CN111427140A - 一种多角度光学接收天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学天线技术领域，具体为一种多角度光学接收天线。本发明多角度光学接收天线是在一个半球形区域内由5个呈中心对称排布的基本结构单元组成，五个基本结构单元的焦点重合；本发明多角度光学接收天线可以同时实现高增益和大视场角，其垂直方向视场角可达180°，水平方向视场角可达360°，有效避免了通信盲区的出现。本发明天线相对于大视场的单元素接收器具有更高增益，同时能够有效抑制背景光噪声、信道干扰和多径干扰的影响。且该光学接收天线所用材料成本低、加工安装方便、绿色环保，能够满足室内可见光通信系统的通信需求。
Description
技术领域
本发明属于光学天线技术领域，具体涉及一种多角度光学接收天线。
背景技术
可见光通信技术（VLC）是以白光发光二极管（LED）为信号源的新兴无线光通信技术，具有绿色环保、无电磁干扰、数据传输速率大、功耗低等特点。在可见光通信系统中，光学天线作为接收端的重要成分，主要起到汇聚信号光、保证系统的传输带宽以及提高系统信噪比的作用，接收端的设计和视场角的选择对通信性能有着至关重要的影响。
在可见光通信系统中，较大的接收端视场角可以使更多的光线进入接收端, 提高接收光功率, 实现无盲点通信, 但是同时也会加剧码间串扰, 降低通信性能, 并且视场角的大小会影响接收端的增益,因此接收端的设计和视场角的选择是一项非常重要的研究内容。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明提供一种多角度光学接收天线。
本发明提供的多角度光学接收天线，由五个在半球形区域内对称排布的基本结构单元组成，极大增加了光学天线的视场角，有效避免了通信盲区的出现，同时能有效地抑制背景光噪声、信道干扰和多径干扰的影响。
本发明提供的多角度光学接收天线，包括五个基本结构单元；在一个半球形区域内，五个基本结构单元成中心对称排布，即以一个基本结构单元位于半球形区域的中心，其余四个基本结构单元在其左、右、上、下等弧度对称排布，五个基本结构单元的焦点重合。参见图4、图5。基本结构单元起到反射和折射光线的作用。
所述基本结构单元为杯状旋转曲面体，包括内、外曲面和底面（平面），如图1、图2所示。具有3个形状参数：内、外曲面在杯状上端部处的切线夹角β，亦称旋转角，单元体的整体高度L’，底部厚度H；其中，所述旋转角度β的大小在4°-8°之间；所述高度L’的大小在12mm-16mm之间；所述底部壁厚H的大小在3mm-8mm之间。
进一步地，所述基本结构单元中形成外曲面的旋转AC满足传统复合抛物面聚光器截面曲线方程的基本特性。
进一步地，所述基本结构单元的视场角大小在80°-100°之间，所述多角度光学接收天线20的垂直方向视场角大小为180°，水平方向视场角为360°。
进一步地，所述基本结构单元的材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
进一步地，所述基本结构单元可杯状旋转曲面体进行截短处理得到，且截短比范围可控制在0.7-0.9之间。这里，所谓“截短处理”：是指装置外曲面的轴截面曲线AC或BD，绕中心轴线旋转得到旋转对称体，对该旋转对称体的上部进行截断，得到本发明装置的本体。所述截短比是指本发明装置高度L’与旋转对称体的高度之比。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明所设计的多角度光学接收天线，垂直方向视场角大小为180°，水平方向视场角为360°，天线由五个在半球形区域内对称排布的基本结构单元组成，极大增加了光学天线的视场角，有效避免了通信盲区的出现；
（2）本发明所设计的多角度光学接收天线，相对于传统的大视场单元素接收器具有更高增益，同时能够有效地抑制背景光噪声、信道干扰和多径干扰的影响。且天线收集光线的光斑能量分布均匀，信道性能好；
（3）发明设计的多角度光学接收天线，所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），成本低、加工安装方便、绿色环保，能够满足室内可见光通信系统的通信需求。
附图说明
图1为本发明的实施例中的基本结构单元外形图。其中，AB为单元上口（光线入射口）宽度，CD为下口（光线出射口）宽度，L单元高度，AC、BD弧为单元外曲面（旋转曲面）的轴截面的曲线；
表示曲线AC和BD所围成复合抛物面聚光器的半视场角；a为单元中心轴线到单元上口的距离，b为单元中心轴线到单元底部边缘的距离。
图2为本发明实施例中的基本结构单元的轴剖图。其中，β为旋转角，L’为单元体的整体高度，H为底部厚度H。
图3为本发明实施例中的基本结构单元的光斑示意图。
图4为本发明实施例中多角度光学接收天线的俯视示意图。
图5为本发明实施例中多角度光学接收天线的封装示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明。
实施例
如图1所示，是组成多角度光学接收天线的基本机构单元的外围曲线。其中，曲线AC和BD的焦距可以通过下式表示： 
其中，b表示光学接收装置的底部半径；
表示曲线AC和BD所围成复合抛物面聚光器的半视场角。
所述基本结构单元在进行截短处理前的高度（L）可以用下式来进行计算：
选取基本结构单元的顶部光线入射口半径a为8mm，底部光线出射口半径b为4mm，截面曲线AC和BD的焦距为6mm，高度L为20mm；截短比为L’/L。
所述基本结构单元是由曲线AC旋转一定角度β后得到的旋转对称结构，主要起到反射和折射光线的作用。所述基本结构单元包括三个基本结构参数：旋转角度β、装置高度L’、底部壁厚H。选取基本结构单元的旋转角度β的大小为5°、装置高度L’的大小为16mm、底部壁厚H的大小为4mm。
所述基本结构单元的视场角大小为100°。
所述基本结构单元的材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。
如图3所示，是所述基本结构单元在室内正常照明条件下的光斑图，所得光斑是基本结构单折射和反射光线聚集而成，光斑均匀性好，能够为系统稳定的信道性能提供保障。
如图4所示，是所述多角度光学接收天线的示意图。所述多角度光学接收天线是由基本结构单元按照半球形对称排布而成。所述多角度光学接收天线中五个基本结构单元的焦点重合。
所述多角度光学接收天线的垂直方向视场角大小为180°，水平方向视场角为360°。
所述多角度光学接收天线能够避免通信盲区的出现，同时能够有效地抑制背景光噪声、信道干扰和多径干扰的影响。
如图5所示，是多角度光学接收天线的封装示意图。
上述实施例仅为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多角度光学接收天线，其特征在于，在一个半球形区域内由5个呈中心对称排布的用于反射和折射光线的基本结构单元组成，即一个基本结构单元位于半球形区域的中心，其余四个基本结构单元在其左、右、上、下等弧度对称排布，五个基本结构单元的焦点重合；
所述基本结构单元为杯状旋转曲面体，包括内、外曲面和底面，具有3个形状参数：内、外曲面在杯状上端部处的切线夹角β，亦称旋转角，单元体的整体高度L’，底部厚度H；其中，所述旋转角度β的大小在4°-8°之间；所述高度L’的大小在12mm-16mm之间；所述底部壁厚H的大小在3mm-8mm之间。
2.根据权利要求1所述的多角度光学接收天线，其特征在于，所述基本结构单元中形成外曲面的旋转曲线满足传统复合抛物面聚光器截面曲线方程的基本特性。
3.根据权利要求1所述的多角度光学接收天线，其特征在于，所述基本结构单元的视场角大小在80°-100°之间，所述多角度光学接收天线20的垂直方向视场角大小为180°，水平方向视场角为360°。
4.根据权利要求1所述的多角度光学接收天线，其特征在于，所述基本结构单元的材料为聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求1-4之一所述的多角度光学接收天线，其特征在于，所述基本结构单元经截短处理，且截短比范围在0.7-0.9之间。
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| CN202010154418.3A CN111427140A (zh) | 2020-03-07 | 2020-03-07 | 一种多角度光学接收天线 |
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2020
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