[發(fā)明專(zhuān)利]一種光學(xué)天線及LED可見(jiàn)光通信系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710110641.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106911385B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏正軍;單秀蓮;郭夢(mèng)月;郭健平;王金東;王申濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B10/116
• 分類(lèi)號(hào): H04B10/116;H04B10/50;H04B10/60;H01Q15/02
• 代理公司: 廣州容大專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)天線及LED可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，該光學(xué)天線包括多個(gè)光纖光錐，每個(gè)光纖光錐具有獨(dú)立的單通道，多個(gè)朝向不同的光纖光錐組成球形。本發(fā)明在球體上分布多個(gè)朝向不同的光纖光錐作為光學(xué)接收天線的結(jié)構(gòu)，體積小、靈敏度高，可見(jiàn)光信號(hào)經(jīng)由接收天線進(jìn)入探測(cè)器，這樣可以縮減探測(cè)器面積，進(jìn)而增強(qiáng)探測(cè)光強(qiáng)，顯著提高通信速率，即使光學(xué)接收天線同光源的相對(duì)位置發(fā)生改變，因?yàn)榭傆幸徊糠止饫w光錐滿(mǎn)足全反射條件，光學(xué)接收天線仍能接收來(lái)自不同方向的光信號(hào)，有效擴(kuò)大接收天線的視場(chǎng)角，實(shí)現(xiàn)僅利用小尺寸探測(cè)器便可接收較大范圍光信號(hào)的構(gòu)想，若使用具有球形光敏面的探測(cè)器或多個(gè)探測(cè)器組合，甚至可以實(shí)現(xiàn)360度視場(chǎng)角。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可見(jiàn)光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光學(xué)天線及LED可見(jiàn)光通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

可見(jiàn)光無(wú)線通信因其無(wú)電磁干擾、節(jié)能、綠色等優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注和研究。隨著可見(jiàn)光無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)天線是可見(jiàn)光無(wú)線通信非常重要的組成部分。針對(duì)不同的無(wú)線通信需求，研制出合適的光學(xué)天線系統(tǒng)，最大限度的提高系統(tǒng)通信性能，是目前備受關(guān)注且亟待解決的問(wèn)題之一。

2000年以來(lái)，基于LED的可見(jiàn)光通信技術(shù)得到了廣泛研究，市場(chǎng)中也出現(xiàn)了許多可見(jiàn)光通信產(chǎn)品。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信解決方案主要是對(duì)發(fā)射端或者接收端進(jìn)行改進(jìn)。發(fā)射端的改進(jìn)方案主要包括采用目標(biāo)跟蹤技術(shù)和角度空間分集發(fā)射器等。接收端的改進(jìn)方案主要包括采用信號(hào)搜索技術(shù)和角度空間分集接收器等。

根據(jù)調(diào)研，目前室內(nèi)可見(jiàn)光通信的接收天線多為傳統(tǒng)的定焦天線或是多個(gè)定焦天線，角度空間分集發(fā)射器和信號(hào)搜索等技術(shù)也有出現(xiàn)。若采用傳統(tǒng)的定焦天線或是多個(gè)定焦天線組合而成的空間分集天線，在實(shí)際通信過(guò)程中，當(dāng)通信距離和位置變化時(shí)，會(huì)使探測(cè)到的信號(hào)光斑產(chǎn)生變化，將較大的影響接收效率，從而影響系統(tǒng)的通信性能；此外，若采用角度空間分集接收器，該天線的視場(chǎng)角為120度，并沒(méi)有解決大視場(chǎng)角的問(wèn)題；信號(hào)搜索技術(shù)則需要將接收器的位置反饋回光源處，光源再將光線轉(zhuǎn)向接收器處，結(jié)構(gòu)會(huì)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種光學(xué)天線及LED可見(jiàn)光通信系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)手段解決上述問(wèn)題：

一種光學(xué)天線，包括多個(gè)光纖光錐，每個(gè)光纖光錐具有獨(dú)立的單通道，多個(gè)朝向不同的光纖光錐組成球形。

進(jìn)一步地，所述光學(xué)天線接收來(lái)自光源處B點(diǎn)的最大半角為

式中R是以錐角頂O為圓心、與多個(gè)光纖光錐出射端相切的圓的半徑，l是光纖光錐長(zhǎng)度，D₁和D₂分別是光纖光錐出射端和入射端的直徑，n₀為空氣介質(zhì)中的折射率，n₁為光纖光錐內(nèi)纖芯的折射率，n₂光纖光錐包層的折射率，BD為光源到光學(xué)天線之間的距離。

進(jìn)一步地，2φ＝2×φ，當(dāng)l一定時(shí)，D₂越大，2φ越小。

進(jìn)一步地，2φ＝2×φ，當(dāng)D₂一定時(shí)，l越大，2φ越大。

進(jìn)一步地，AC的大小為

AC＝(R+l)cosx＝(R+l)cos(φ-α+90°)

式中φ為光學(xué)天線接收來(lái)自光源處B點(diǎn)的最大半角，R是以錐角頂O為圓心、與多個(gè)光纖光錐出射端相切的圓的半徑，l是光纖光錐長(zhǎng)度，AC為入射端可將光線全反射出光纖光錐的最大入射角α的入射點(diǎn)與BO的垂直距離，x為∠OAC。

進(jìn)一步地，2AC＝2×AC，當(dāng)l一定時(shí)，D₂越大，2AC越小。

進(jìn)一步地，2AC＝2×AC，當(dāng)D₂一定時(shí)，l越大，2AC越大。