[發明專利]一種二元自由曲面可見光通信發射天線及其設計方法

在審

• 申請號: 202010219713.2
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111399203A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 任萬樓;劉聰;鄧宏亮
• 申請（專利權）人: 陽光凱訊(北京)科技有限公司;奇趣互聯（北京）科技有限公司
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;G02B27/00
• 代理公司: 北京市京大律師事務所 11321
• 代理人: 劉瑋

本發明提出了一種二元自由曲面可見光通信發射天線及其設計方法，包括：建立自由曲面聚光器模型；對所述自由曲面聚光器根據Snell定律，根據偏微分方程確定入射、反射以及自由曲面法矢三者之間的關系，以確定自由曲面各點的斜率，計算得到自由曲面聚光器的面型；計算LED光源、自由曲面和照射面在參考坐標系下的坐標，建立所述LED光源、二元自由曲面的發光模型。本發明能有效的提高通信距離、減少誤碼率、提高光照強度等，提升了可見光通信系統的整體屬性，具有極大的應用前景。

技術領域

本發明涉及可見光通信技術領域，特別涉及一種二元自由曲面可見光通信發射天線及其設計方法。

背景技術

可見光通信是一種新型的通信方式，接收光學天線是LED可見光通信系統的重要組成部分，它能夠收集大氣散射的微弱信號，并對其進行濾波，可見光通信技術，是利用熒光燈或發光二極管等發出的肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息的，將高速因特網的電線裝置連接在照明裝置上，插入電源插頭即可使用，利用這種技術做成的系統能夠覆蓋室內燈光達到的范圍，電腦不需要電線連接，因而具有廣泛的開發前景，與目前使用的無線局域網(無線LAN)相比，“可見光通信”系統可利用室內照明設備代替無線LAN局域網基站發射信號，其通信速度可達每秒數十兆至數百兆，未來傳輸速度還可能超過光纖通信，利用專用的、能夠接發信號功能的電腦以及移動信息終端，只要在室內燈光照到的地方，就可以長時間下載和上傳高清晰畫像和動畫等數據，該系統還具有安全性高的特點，用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時使用多臺電腦也不會影響通信速度，由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫院等部門可以自由使用該系統。

傳統光學系統所使用的光學元件主要是平面或者球面，需要借助多片光學元件才能實現良好的光學設計要求，因此，光學系統一般較復雜。隨著光學制造業的發展，開始展現了具有復雜面型的非球面，單片非球面就可以消除光學系統的球差，被逐漸的用于需要小型化和輕型化的系統中。而且面對可見光通信中遇到的對準難，距離短等問題，二元自由曲面作為光學發射天線具有極大的發展空間。

發明內容

本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種二元自由曲面可見光通信發射天線及其設計方法。

為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種二元自由曲面可見光通信發射天線的設計方法，二元自由曲面可見光通信發射天線，包括：LED光源、菲涅爾透鏡和自由曲面聚光器，所述二元自由曲面可見光通信發射天線的設計方法，包括如下步驟：

步驟S1，建立自由曲面聚光器模型；

步驟S2，對所述自由曲面聚光器根據Snell定律，根據偏微分方程確定入射、反射以及自由曲面法矢三者之間的關系，以確定自由曲面各點的斜率，計算得到自由曲面聚光器的面型；

步驟S3，計算LED光源、自由曲面和照射面在參考坐標系下的坐標，建立所述LED光源、二元自由曲面的發光模型。

進一步，所述自由曲面聚光器的面型為圓形發光面。

進一步，在所述步驟S3中，

確定坐標系所需法矢，即，

其中，θ為p矢量在x-y平面上的投影與x軸的夾角，為p矢量與z軸的夾角，為p矢量的模

根據Snell定律得到

得到θ、與照明面上各點之間的關系，即：

其中，E(t)為點t處的照度，A為目標照明面面積；