CN114499683A - 一种无线激光携能通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线激光携能通信系统，包括光轴在同一平面上的源端和受能通信端。这种系统适用范围广、绿色环保、通信带宽大、抗电磁干扰、无微波辐射、成本低。

Description

一种无线激光携能通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其是一端设备采用无线激光向另一端设备提供电能并实现双向无线激光通信的技术，具体是一种无线激光携能通信系统。
背景技术
日常生活中，当人们需要对电能进行传输时，通过电线传输是一种即简单又便捷的方式。而在某些特定环境下，比如在太空环境中、一些航天器件的内部、有一些非接触的部件需要保持激光通信，其中一端还没有电源供电，这时使用输电线进行电能传输，显然就显得不现实，那么就产生了利用无线光进行电能传输的需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种无线激光携能通信系统。这种系统适用范围广、绿色环保、通信带宽大、抗电磁干扰、无微波辐射、成本低。
实现本发明目的的技术方案是：
一种无线激光携能通信系统， 包括源端和受能通信端，源端和受能通信端之间的距离为5-500mm，源端和受能通信端的光轴在同一平面上，其中，
所述源端设有源端电路板，源端电路板设有第一激光器驱动电路、第一激光器调制电路、第一通信探测器信号处理电路和第一数据接口电路，源端电路板上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的源端发射封装筒和源端接收封装筒，携能通信激光器与源端电路板电连接，携能通信激光器与源端准直透镜嵌于源端发射封装筒内，源端准直透镜位于源端发射封装筒的外端口处与携能通信激光器中心线重合且两者间距固定，源端通信探测器与源端电路板电连接，源端接收透镜与源端通信探测器嵌于源端接收封装筒内，源端接收透镜位于源端接收封装筒的外端口处与源端通信探测器的中心线重合且两者间距固定，第一数据接口电路分别与第一激光器调制电路的信号输入端和第一通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第一激光器调制电路的信号输出端与第一激光器驱动电路的输入端相连，第一激光器驱动电路的输出端与携能通信激光器电连接，第一通信探测器信号处理电路的输入端与源端通信探测器电连接；
所述受能通信端设有受能电路板，受能通信端电路板设有第二激光器驱动电路、第二激光器调制电路、第二通信探测器信号处理电路、光电流处理电路和第二数据接口电路，受能通信端电路板上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的受能通信端接收封装筒和受能通信端发射封装筒，受能通信端接收封装筒和受能通信端发射封装筒的轴线分别与源端接收封装筒和源端发射封装筒的轴线在同一直线上，光电池与受能通信端电路板电相连、与分光片和受能通信端接收透镜依次间隔设置嵌于受能通信端接收封装筒内，受能通信端接收透镜位于受能通信端接收封装筒的外端口处与分光片中心线重合且距离固定，光电池安装设置在传能光束焦平面处，受能通信端探测器与受能通信端电路板电相连，也嵌于受能通信端接收封装筒内位于通信光束焦平面处，激光器与受能通信端电路板电连接与受能通信端准直透镜嵌于受能通信端发射封装筒内，且与受能通信端准直透镜中心线重合、两者间距固定，受能通信端准直透镜位于受能通信端发射封装筒的外端口处，第二数据接口电路分别与第二激光器调制电路的信号输入端和第二通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第二激光器调制电路的信号输出端与第二激光器驱动电路的输入端相连，第二激光器驱动电路的输出端与激光器电连接，第二通信探测器信号处理电路的输入端与受能通信端探测器电连接。
所述携能通信激光器和激光器的发射功率均为10-2000mW、调制频率均为0.01-10.3125Gbps、激光器发光面均位于对应准直透镜焦点位置、发射的激光波长均为850nm。
所述源端准直透镜和受能通信端准直透镜的直径均为4-8mm，他们与对应激光器发光面之间的距离为固定值、发射的光束发散角均为1-50mrad，这样能使光束发散并匀束发射出去，而且损失的光功率最小。
所述源端通信探测器与受能通信端探测器均为能将接收850nm波长激光波段能量转换为电波形信号的光电探测器。
所述源端接收透镜与源端通信探测器以及分光片、受能通信端探测器与受能通信端接收透镜均构成通信接收光学系统,接收光束的视场角为50mrad且接收透镜与对应通信探测器的光敏面之间的距离为固定值。
所述分光片的分光比例为5:95-20:80，实现将接收光束分为通信光束和传能光束。
所述光电池为将接收850nm波长激光波段能量转换为电能量的LT-LPC6V型光电能量转换模块。
源端发射封装筒、源端接收封装筒、受能通信端接收封装筒和受能通信端发射封装筒的金属壳体，不但起着结构上的支撑作用，同时为他们内部的激光器、通信探测器或者光电池散热。
本技术方案中源端由电网或电池供电，通过数据接口电路将业务数据送入激光器调制电路，激光器驱动电路驱动携能通信激光器发光，该光信号通过源端准直透镜，以合适的功率和发散角发射出去，受能通信端的受能通信端准直透镜接收到大气环境传输后的光信号，通过分光片分为2个光束，通信光束经受能通信端探测器转换为微弱电信号，受能通信端的通信探测器信号处理电路将此微弱电信号进行放大和整形处理，通过数据接口电路输出业务数据，传能光束经光电池转换为电能，为受能通信端提供工作所需电能。
激光器发射经调制的信号光，经过空间传输到达源端接收透镜，源端接收透镜对空间光聚焦接收，由源端通信探测器转化为电信号，携能通信激光器到受能通信端探测器的信号链路与激光器到源端通信探测器的信号链路构成通信环路，实现双向通信，同时，携能通信激光器到光电池的链路实现能量传输，从而实现无线激光携能通信。
与现有技术相比，本技术方案的优点为：
1）无线激光通信以激光为信息载体，最高通信带宽可达10.3125Gbps，不辐射微波信号、且抗电磁干扰；
2）受能通信端通过分光片将接收光束分为通信光束和传能光束，在源端通信、传能激光器一体化设计，缩小了体积、降低了功耗；
3）无线激光传能以激光为能量载体，光电能量转换效率高，绿色环保，不辐射微波信号；
4）激光准直性强、源端和受能通信端距离适用范围大。
这种系统适用范围广、绿色环保、通信带宽大、抗电磁干扰、无微波辐射、成本低。
附图说明
图1为实施例的本结构示意图；
图2为实施例的电路模块示意图。
图中，1.源端 2.受能通信端 3.携能通信激光器 4.源端准直透镜 5.源端接收透镜 6.源端通信探测器 7.源端电路板 8.源端发射封装筒 9.源端接收封装筒 10.分光片11.光电池 12.激光器 13.受能通信端电路板 14.受能通信端接收封装筒 15.受能通信端发射封装筒 16.受能通信端准直透镜 17.受能通信端探测器 18.受能通信端接收透镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种无线激光携能通信系统， 包括源端1和受能通信端2，源端1和受能通信端2之间的距离为5-500mm，源端1和受能通信端2的光轴在同一平面上，其中，如图2所示：
所述源端1设有源端电路板7，源端电路板7设有第一激光器驱动电路、第一激光器调制电路、第一通信探测器信号处理电路和第一数据接口电路，，源端电路板7上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的源端发射封装筒8和源端接收封装筒9，携能通信激光器3与源端电路板7电连接，携能通信激光器3与源端准直透镜4嵌于源端发射封装筒8内，源端准直透镜4位于源端发射封装筒8的外端口处与携能通信激光器3中心线重合且两者间距固定，源端通信探测器6与源端电路板7电连接，源端接收透镜5与源端通信探测器6嵌于源端接收封装筒9内，源端接收透镜5位于源端接收封装筒9的外端口处与源端通信探测器6的中心线重合且两者间距固定，第一数据接口电路分别与第一激光器调制电路的信号输入端和第一通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第一激光器调制电路的信号输出端与第一激光器驱动电路的输入端相连，第一激光器驱动电路的输出端与携能通信激光器3电连接，第一通信探测器信号处理电路的输入端与源端通信探测器6电连接；
所述受能通信端2设有受能电路板13，受能通信端电路板13设有第二激光器驱动电路、第二激光器调制电路、第二通信探测器信号处理电路、光电流处理电路和第二数据接口电路，受能通信端电路板13上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的受能通信端接收封装筒14和受能通信端发射封装筒15，受能通信端接收封装筒14和受能通信端发射封装筒15的轴线分别与源端接收封装筒9和源端发射封装筒8 的轴线在同一直线上，光电池11与受能通信端电路板13电相连、与分光片10和受能通信端接收透镜18依次间隔设置嵌于受能通信端接收封装筒14内，受能通信端接收透镜18位于受能通信端接收封装筒14的外端口处与分光片10中心线重合且距离固定，光电池11安装设置在传能光束焦平面处，受能通信端探测器17与受能通信端电路板13电相连，也嵌于受能通信端接收封装筒14内位于通信光束焦平面处，激光器12与受能通信端电路板13电连接与受能通信端准直透镜16嵌于受能通信端发射封装筒15内，且与受能通信端准直透镜16中心线重合、两者间距固定，受能通信端准直透镜16位于受能通信端发射封装筒15的外端口处，第二数据接口电路分别与第二激光器调制电路的信号输入端和第二通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第二激光器调制电路的信号输出端与第二激光器驱动电路的输入端相连，第二激光器驱动电路的输出端与激光器12电连接，第二通信探测器信号处理电路的输入端与受能通信端探测器17电连接。
所述携能通信激光器3和激光器的发射功率均为10-2000mW、调制频率均为0.01-10.3125Gbps、激光器发光面均位于对应准直透镜焦点位置、发射的激光波长均为850nm，本例中，携能通信激光器3发射850nm波段激光、发射功率为2W，调制通信信号频率1.25Gbps。
所述源端准直透镜4和受能通信端准直透镜16的直径均为4-8mm，他们与对应激光器发光面之间的距离为固定值、发射的光束发散角均为1-50mrad，这样能使光束发散并匀束发射出去，而且损失的光功率最小，本例中，发射光束的发散角为8mrad。
所述源端通信探测器6与受能通信端探测器17均为能将接收850nm波长激光波段能量转换为电波形信号的光电探测器。
所述源端接收透镜5与源端通信探测器6以及分光片10、受能通信端探测器17与受能通信端接收透镜18均构成通信接收光学系统,接收光束的视场角为50mrad且接收透镜与对应通信探测器的光敏面之间的距离为固定值。
所述分光片10的分光比例为5:95-20:80，实现将接收光束分为通信光束和传能光束，本例中分光片分光比例为10:90。
所述光电池11为将接收850nm波长激光波段能量转换为电能量的LT-LPC6V型光电能量转换模块。
源端发射封装筒8、源端接收封装筒9、受能通信端接收封装筒14和受能通信端发射封装筒15的金属壳体，不但起着结构上的支撑作用，同时为他们内部的激光器、通信探测器或者光电池散热。
本例中源端1由电网或电池供电，通过数据接口电路将业务数据送入激光器调制电路，激光器驱动电路驱动携能通信激光器3发光，该光信号通过源端准直透镜4，以合适的功率和发散角发射出去，受能通信端2的受能通信端准直透镜18接收到大气环境传输后的光信号，通过分光片10分为2个光束，通信光束经受能通信端探测器17转换为微弱电信号，受能通信端的通信探测器信号处理电路将此微弱电信号进行放大和整形处理，通过数据接口电路输出业务数据，传能光束经光电池转换为电能，为受能通信端2提供工作所需电能。
本例中携能通信激光器3发射经调制的大功率信号光，经过空间传输到达受能端接收透镜18，受能端接收透镜18对空间光聚焦接收，由光电池11和受能通信端探测器17分别转化为电能和电信号。
本例中激光器12发射850nm波段激光、发射功率为10mW。携能通信激光器3到受能通信端探测器17的信号链路与激光器12到源端通信探测器6的信号链路构成通信环路，实现双向通信，同时，携能通信激光器3到光电池11的链路实现能量传输，从而实现无线激光携能通信。

Claims (7)

1.一种无线激光携能通信系统，其特征在于，包括源端和受能通信端，源端和受能通信端之间的距离为5-500mm，源端和受能通信端的光轴在同一平面上，其中，
所述源端设有源端电路板，源端电路板设有第一激光器驱动电路、第一激光器调制电路、第一通信探测器信号处理电路和第一数据接口电路，源端电路板上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的源端发射封装筒和源端接收封装筒，携能通信激光器与源端电路板电连接，携能通信激光器与源端准直透镜嵌于源端发射封装筒内，源端准直透镜位于源端发射封装筒的外端口处与携能通信激光器中心线重合且两者间距固定，源端通信探测器与源端电路板电连接，源端接收透镜与源端通信探测器嵌于源端接收封装筒内，源端接收透镜位于源端接收封装筒的外端口处与源端通信探测器的中心线重合且两者间距固定，第一数据接口电路分别与第一激光器调制电路的信号输入端和第一通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第一激光器调制电路的信号输出端与第一激光器驱动电路的输入端相连，第一激光器驱动电路的输出端与携能通信激光器电连接，第一通信探测器信号处理电路的输入端与源端通信探测器电连接；
所述受能通信端设有受能电路板，受能通信端电路板设有第二激光器驱动电路、第二激光器调制电路、第二通信探测器信号处理电路、光电流处理电路和第二数据接口电路，受能通信端电路板上还设有间隔设置的两端开口的金属材质的受能通信端接收封装筒和受能通信端发射封装筒，受能通信端接收封装筒和受能通信端发射封装筒的轴线分别与源端接收封装筒和源端发射封装筒的轴线在同一直线上，光电池与受能通信端电路板电相连、与分光片和受能通信端接收透镜依次间隔设置嵌于受能通信端接收封装筒内，受能通信端接收透镜位于受能通信端接收封装筒的外端口处与分光片中心线重合且距离固定，光电池安装设置在传能光束焦平面处，受能通信端探测器与受能通信端电路板电相连，也嵌于受能通信端接收封装筒内位于通信光束焦平面处，激光器与受能通信端电路板电连接与受能通信端准直透镜嵌于受能通信端发射封装筒内，且与受能通信端准直透镜中心线重合、两者间距固定，受能通信端准直透镜位于受能通信端发射封装筒的外端口处，第二数据接口电路分别与第二激光器调制电路的信号输入端和第二通信探测器信号处理电路的信号输出端相连，第二激光器调制电路的信号输出端与第二激光器驱动电路的输入端相连，第二激光器驱动电路的输出端与激光器电连接，第二通信探测器信号处理电路的输入端与受能通信端探测器电连接。
2. 根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述携能通信激光器和激光器的发射功率均为10 -2000mW、调制频率均为0.01-10.3125Gbps、激光器发光面均位于对应准直透镜焦点位置、发射的激光波长均为850nm。
3.根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述源端准直透镜和受能通信端准直透镜的直径均为4-8mm，他们与对应激光器发光面之间的距离为固定值、发射的光束发散角均为1-50mrad。
4.根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述源端通信探测器与受能通信端探测器均为能将接收850nm波长激光波段能量转换为电波形信号的光电探测器。
5.根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述源端接收透镜与源端通信探测器以及分光片、受能通信端探测器与受能通信端接收透镜均构成通信接收光学系统,接收光束的视场角为50mrad且接收透镜与对应通信探测器的光敏面之间的距离为固定值。
6.根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述分光片的分光比例为5:95-20:80，实现将接收光束分为通信光束和传能光束。
7.根据权利要求1所述的无线激光携能通信系统，其特征在于，所述光电池为将接收850nm波长激光波段能量转换为电能量的LT-LPC6V型光电能量转换模块。
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