[發明專利]角度分集型填充式復合拋物面聚光器的光學接收天線

有效

• 申請號: 201710042246.9
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106850062B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 藍天;王岱;王云;劉品偉;倪國強
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/67;G02B19/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

本發明公開了角度分集型填充式復合拋物面聚光器的光學接收天線，角度分集型復合CPC光學天線可以達到的整體視場角大，水平方向最高可達到360°，垂直方向最高可達到180°。能夠有效防止通信中盲區的出現，且每個CPC單元在半球中對稱排列，放在房間中的任意位置都不會影響接收效果；采用角度分集接收技術，在保持光學天線大視場的同時，不犧牲系統的光能量接收增益。采用漸變折射率透鏡，具有光線匯聚功能，可以有效減少出射光斑大小，提高探測器在單位面積上的接收能量，提高光學接收天線的接收增益；可以根據不同應用要求，選擇不同材料與變化規律的漸變折射率透鏡填充同一規格的CPC，靈活多變；在接收相同視場角下的光信號時，天線體積更小，靈巧方便。

技術領域

本發明涉及可見光通信應用領域的接收天線技術，具體涉及以填充式復合拋物面聚光器為基本單元的角度分集型光學接收天線。用于以白光LED為光源的室內可見光通信系統的大角度光信號接收，可在保證接收增益的同時提高接收視場角。

背景技術

可見光通信(Visible Light Communication，VLC)是以白光發光二極管(LED)為光源的一種新型無線光通信技術，它不占用頻譜帶寬，無電磁干擾，兼具照明和通信功能，因而是一種極具發展潛力的通信方式。系統的光學接收天線放在接收器前會聚盡可能多的光能量到探測器接收面上，也稱為光學聚光器或光學接收機前端。由于室內VLC系統光源的LED發射角較大，為此要求接收光學天線有較大的視場，視場角較小時在室內的一些位置垂直向上接收會出現通信盲區。

傳統光學天線大多增益大就會視場小，而視場角大時難保聚焦效果好，因此難以適用于VLC系統。

復合拋物面聚光器(Compound Parabolic Concentrator，CPC)是根據邊緣光線原理設計的非成像聚光器，它由兩條對稱的拋物線繞對稱軸旋轉而成，凡是入射角度小于CPC視場角的光線都能夠被反射到底部接收端，具有較大的視場以及小角度下增益較高的特點。

發明內容

本發明提供一種角度分集型填充式復合拋物面聚光器的光學接收天線,可用于以白光LED為光源的室內可見光通信系統的大角度光信號接收，可在保證接收增益的同時提高接收視場角。同時，將梯度折射率漸變透鏡切削成CPC的形狀，然后填充入CPC結構中，形成組合式光學天線結構，可根據不同視場要求更換CPC的填充透鏡，達到不同接收效果。

一種填充式復合拋物面聚光器的光學接收天線，包括主體結構、至少四個復合拋物面聚光器以及接收器；所述復合拋物面聚光器嵌入主體結構表面，其入射口朝外，出射口下端設置一個接收器，用于探測復合拋物面聚光器接收到的信號；所述復合拋物面聚光器的內部填充有折射率漸變的透鏡；折射率從中心向外逐漸變小；折射率漸變的方向為球對稱分布，透鏡的對稱軸即為復合拋物面聚光器的中心軸。

較佳的，所述主體結構為半球形殼體結構。

較佳的，復合拋物面聚光器在主體結構上分布的方式滿足：所有復合拋物面聚光器形成的視場角為2π球面度，即水平方向360°，垂直方向180°；復合拋物面聚光器在主體結構上分布的方式為：其中一個復合拋物面聚光器設置在球形主體結構的頂端，其余復合拋物面聚光器環繞頂端的復合拋物面聚光器設置，且復合拋物面聚光器在主體結構上相對于主體結構的中心軸對稱分布。

較佳的，環繞在頂端外圍的復合拋物面聚光器至少為1圈。

較佳的，所述透鏡的焦點與復合拋物面聚光器的焦點重合。

較佳的，所述透鏡的上表面和下表面均為凸面、平面或者凹面。

較佳的，所述透鏡的上表面和下表面為平面。

較佳的，透鏡的材料為PMMA的聚甲基丙烯酸甲酯。

較佳的，透鏡的折射率在半徑為r處的分布為：k＝0.1，n₀＝1.4935為透鏡中心處的折射率。