[發(fā)明專利]一種多角度光學(xué)接收天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010154418.3
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111427140A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔令豹;彭星
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于光學(xué)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多角度光學(xué)接收天線。本發(fā)明多角度光學(xué)接收天線是在一個半球形區(qū)域內(nèi)由5個呈中心對稱排布的基本結(jié)構(gòu)單元組成，五個基本結(jié)構(gòu)單元的焦點重合；本發(fā)明多角度光學(xué)接收天線可以同時實現(xiàn)高增益和大視場角，其垂直方向視場角可達180°，水平方向視場角可達360°，有效避免了通信盲區(qū)的出現(xiàn)。本發(fā)明天線相對于大視場的單元素接收器具有更高增益，同時能夠有效抑制背景光噪聲、信道干擾和多徑干擾的影響。且該光學(xué)接收天線所用材料成本低、加工安裝方便、綠色環(huán)保，能夠滿足室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的通信需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多角度光學(xué)接收天線。

背景技術(shù)

可見光通信技術(shù)（VLC）是以白光發(fā)光二極管（LED）為信號源的新興無線光通信技術(shù)，具有綠色環(huán)保、無電磁干擾、數(shù)據(jù)傳輸速率大、功耗低等特點。在可見光通信系統(tǒng)中，光學(xué)天線作為接收端的重要成分，主要起到匯聚信號光、保證系統(tǒng)的傳輸帶寬以及提高系統(tǒng)信噪比的作用，接收端的設(shè)計和視場角的選擇對通信性能有著至關(guān)重要的影響。

在可見光通信系統(tǒng)中，較大的接收端視場角可以使更多的光線進入接收端, 提高接收光功率, 實現(xiàn)無盲點通信, 但是同時也會加劇碼間串?dāng)_, 降低通信性能, 并且視場角的大小會影響接收端的增益,因此接收端的設(shè)計和視場角的選擇是一項非常重要的研究內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本發(fā)明提供一種多角度光學(xué)接收天線。

本發(fā)明提供的多角度光學(xué)接收天線，由五個在半球形區(qū)域內(nèi)對稱排布的基本結(jié)構(gòu)單元組成，極大增加了光學(xué)天線的視場角，有效避免了通信盲區(qū)的出現(xiàn)，同時能有效地抑制背景光噪聲、信道干擾和多徑干擾的影響。

本發(fā)明提供的多角度光學(xué)接收天線，包括五個基本結(jié)構(gòu)單元；在一個半球形區(qū)域內(nèi)，五個基本結(jié)構(gòu)單元成中心對稱排布，即以一個基本結(jié)構(gòu)單元位于半球形區(qū)域的中心，其余四個基本結(jié)構(gòu)單元在其左、右、上、下等弧度對稱排布，五個基本結(jié)構(gòu)單元的焦點重合。參見圖4、圖5?；窘Y(jié)構(gòu)單元起到反射和折射光線的作用。

所述基本結(jié)構(gòu)單元為杯狀旋轉(zhuǎn)曲面體，包括內(nèi)、外曲面和底面（平面），如圖1、圖2所示。具有3個形狀參數(shù)：內(nèi)、外曲面在杯狀上端部處的切線夾角β，亦稱旋轉(zhuǎn)角，單元體的整體高度L’，底部厚度H；其中，所述旋轉(zhuǎn)角度β的大小在4°-8°之間；所述高度L’的大小在12mm-16mm之間；所述底部壁厚H的大小在3mm-8mm之間。

進一步地，所述基本結(jié)構(gòu)單元中形成外曲面的旋轉(zhuǎn)AC滿足傳統(tǒng)復(fù)合拋物面聚光器截面曲線方程的基本特性。

進一步地，所述基本結(jié)構(gòu)單元的視場角大小在80°-100°之間，所述多角度光學(xué)接收天線20的垂直方向視場角大小為180°，水平方向視場角為360°。

進一步地，所述基本結(jié)構(gòu)單元的材料為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。

進一步地，所述基本結(jié)構(gòu)單元可杯狀旋轉(zhuǎn)曲面體進行截短處理得到，且截短比范圍可控制在0.7-0.9之間。這里，所謂“截短處理”：是指裝置外曲面的軸截面曲線AC或BD，繞中心軸線旋轉(zhuǎn)得到旋轉(zhuǎn)對稱體，對該旋轉(zhuǎn)對稱體的上部進行截斷，得到本發(fā)明裝置的本體。所述截短比是指本發(fā)明裝置高度L’與旋轉(zhuǎn)對稱體的高度之比。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

（1）本發(fā)明所設(shè)計的多角度光學(xué)接收天線，垂直方向視場角大小為180°，水平方向視場角為360°，天線由五個在半球形區(qū)域內(nèi)對稱排布的基本結(jié)構(gòu)單元組成，極大增加了光學(xué)天線的視場角，有效避免了通信盲區(qū)的出現(xiàn)；

（2）本發(fā)明所設(shè)計的多角度光學(xué)接收天線，相對于傳統(tǒng)的大視場單元素接收器具有更高增益，同時能夠有效地抑制背景光噪聲、信道干擾和多徑干擾的影響。且天線收集光線的光斑能量分布均勻，信道性能好；