一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線光通信所用的接收天線，尤其涉及工作于移動(dòng)可見光通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]可見光通信是以發(fā)光二極管作為光源的一種新興無線光通信技術(shù)。可見光通信技術(shù)可以與現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，成為“最后一百米”的解決手段?？梢姽馔ㄐ趴梢栽谕瓿烧彰鞯耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)通信，以減小能耗。因此該技術(shù)適用于室內(nèi)照明通信或者一些對(duì)電磁干擾敏感場(chǎng)合的無線通信。并且由于可見光信號(hào)不能穿過墻壁，所以該技術(shù)還具有防竊聽、抗干擾和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]在通信領(lǐng)域中，用于信號(hào)發(fā)射與接收的部分稱為天線。應(yīng)用于可見光通信技術(shù)中的接收天線光學(xué)系統(tǒng)屬于光電探測(cè)型光學(xué)系統(tǒng)，其作用是獲取空間中的信號(hào)光，并將其傳輸給光電探測(cè)器件，完成可見光信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
[0004]現(xiàn)有的可見光通信接收天線均為傳統(tǒng)的定焦天線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且體積較大，僅能實(shí)現(xiàn)位置相對(duì)固定的定點(diǎn)通信。若信號(hào)源或者接收天線移動(dòng)，接收機(jī)與光源之間的距離將會(huì)產(chǎn)生變化，即天線物距縮小。此時(shí)若采用傳統(tǒng)的定焦天線，將會(huì)使探測(cè)面的光斑擴(kuò)大彌撒，減小系統(tǒng)的接收能量。相同情況下，若需要同時(shí)探測(cè)多個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)MMO通信，采用傳統(tǒng)的定焦天線將會(huì)使光斑產(chǎn)生位移，無法用探測(cè)器陣列接收信號(hào)。另一方面，因?yàn)槎ń固炀€的視場(chǎng)角固定，所以當(dāng)通信環(huán)境變化時(shí)，天線在探測(cè)到信號(hào)光的同時(shí)無法輕易的去除視場(chǎng)角內(nèi)的雜散光，導(dǎo)致系統(tǒng)的通信性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種適用于移動(dòng)可見光通信，可以根據(jù)環(huán)境的變化和通信距離的變化調(diào)整系統(tǒng)焦距，具有高環(huán)境適應(yīng)性和移動(dòng)便攜性的可變焦接收天線。
[0006]其技術(shù)解決方案是:
[0007]—種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦接收天線，其特征在于由固定組，變倍組，補(bǔ)償組和探測(cè)器組成。其中固定組收集大氣中的可見光信號(hào)，擴(kuò)大天線的視場(chǎng)角。變倍組根據(jù)通信需求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的焦距，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的接收效果。補(bǔ)償組根據(jù)焦距的變化補(bǔ)償探測(cè)面的位移。探測(cè)器將探測(cè)到的可見光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
[0008]其中，可變焦接收天線采用負(fù)-正-正的結(jié)構(gòu)型式，這樣的結(jié)構(gòu)有利于調(diào)整主光線的角度，使探測(cè)器上探測(cè)到的能量更加均勻。
[0009]其中，固定組采用負(fù)組透鏡組，材料為塑料，負(fù)組透鏡在前可以減小軸外光線對(duì)正組透鏡的視場(chǎng)角，達(dá)到了大視場(chǎng)的目的。
[0010]其中，變倍組采用正組透鏡組，材料為塑料，變倍組通過前后移動(dòng)改變系統(tǒng)的焦距。
[0011]其中，補(bǔ)償組采用負(fù)組透鏡組，材料為塑料，補(bǔ)償組通過前后移動(dòng)補(bǔ)償變焦過程中探測(cè)面的位移。
[0012]其中，探測(cè)器采用單個(gè)APD或單個(gè)PIN或APD陣列或PIN陣列。
[0013]相對(duì)于現(xiàn)有可見光通信接收天線，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于:
[0014]其一是根據(jù)通信環(huán)境的需求可以調(diào)整天線的接收視場(chǎng)角，從而減少雜散光的干擾，保證系統(tǒng)的通信性能，相比現(xiàn)有的可見光通信接收天線具有更高的環(huán)境適應(yīng)性。
[0015]其二是根據(jù)通信距離的變化可以調(diào)整系統(tǒng)的焦距，從而使通信距離改變后天線探測(cè)到的光斑大小保持不變，保證了系統(tǒng)的接收能量，相比現(xiàn)有的可見光通信接收天線具有更強(qiáng)的移動(dòng)性和穩(wěn)定性。
[0016]其三是通過改變系統(tǒng)的焦距，使系統(tǒng)在移動(dòng)過程中能保持探測(cè)面上光斑的大小和位置不變，相比現(xiàn)有的可見光通信接收天線，可以更好的適用于移動(dòng)MMO通信系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的變焦核圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施方式一的可變焦接收天線原理示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施方式二的可變焦接收天線原理示意圖。
[0020](附圖中各部件尺寸和距離等沒有嚴(yán)格按照比例畫出)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面，結(jié)合附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。為了便于描述和突出顯示本發(fā)明，附圖中省略了現(xiàn)有技術(shù)中已有的相關(guān)部件，并將省略對(duì)這些公知部件的描述。
[0022]圖1為可變焦光學(xué)接收天線變焦核圖。該可變焦光學(xué)接收天線由固定組1，變倍組2，補(bǔ)償組3和探測(cè)器4組成。其中固定組I擴(kuò)大天線的視場(chǎng)角，收集大氣中的光信號(hào)；變倍組2通過前后移動(dòng)改變天線的焦距，可以根據(jù)不同通信環(huán)境的需求改變天線的接收視場(chǎng)角；補(bǔ)償組3通過前后移動(dòng)來補(bǔ)償像面的位移，最后將光信號(hào)匯聚到探測(cè)器4上。
[0023]實(shí)施方式一:
[0024]圖2所示為本發(fā)明的實(shí)施方式一的用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]結(jié)合圖2，圖中可變焦光學(xué)天線由固定組201，變倍組202，補(bǔ)償組203和探測(cè)器204組成。下面對(duì)本實(shí)施方式的可變焦光學(xué)天線的各光學(xué)元件進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]a)固定組 201
[0027]固定組201由一片非球面透鏡組成，材料采用塑料，降低天線的加工成本。固定組采用正組透鏡，從而調(diào)整主光線的角度，使探測(cè)器上探測(cè)到的能量更加均勻。固定組201的孔徑范圍是I?6mm，優(yōu)選3?4mm。
[0028]b)變倍組 202
[0029]變倍組202為兩片非球面透鏡組成的透鏡組，材料為塑料，采用負(fù)組透鏡。透鏡組中各透鏡之間的相對(duì)位置保持不變，通過整體前后移動(dòng)改變系統(tǒng)的焦距和視場(chǎng)角。
[0030]c)補(bǔ)償組 203
[0031]補(bǔ)償組203由一片非球面鏡構(gòu)成，材料為塑料，采用負(fù)組透鏡。根據(jù)變倍組202的變倍情況，補(bǔ)償組203進(jìn)行前后移動(dòng)，補(bǔ)償像面的位移，使天線達(dá)到連續(xù)變焦的效果。補(bǔ)償組203的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離與變倍組202的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離不一定相同。
[0032]d)探測(cè)器 204
[0033]如果用于單信號(hào)光源的可見光通信系統(tǒng)中，探測(cè)器204由單個(gè)探測(cè)器組成。若該天線應(yīng)用于MMO通信系統(tǒng)中，探測(cè)器204由探測(cè)器陣列組成。探測(cè)器類型為對(duì)可見光波段敏感的APD或者PIN，探測(cè)器光敏面直徑范圍為0.5?3_。
[0034]實(shí)施方式一中可變焦光學(xué)天線的總體參數(shù):
[0035]?視場(chǎng)角:可以根據(jù)需求在10°?40°之間變化；
[0036]?系統(tǒng)孔徑:4mm ；
[0037]?焦距:可以根據(jù)需求在3mm?9mm之間變化；
[0038]?探測(cè)器光敏面直徑:2.5mm ;
[0039]?系統(tǒng)尺寸:13*5mm ；
[0040]實(shí)施方式二:
[0041]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式二的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)天線結(jié)構(gòu)圖。與實(shí)施方式一相比，該可變焦光學(xué)天線的固定組301加入了直角反射棱鏡，折疊空間光路，使透鏡組變焦時(shí)沿光學(xué)天線長(zhǎng)度方向移動(dòng)，增大了各透鏡組的移動(dòng)空間，減小了光學(xué)接收天線的厚度，使其更加方便用戶使用。實(shí)施方式二的變倍組302，補(bǔ)償組303和探測(cè)器304與實(shí)施方式一相同，具體說明見實(shí)施方式一。
[0042]上述實(shí)施方式中未述及的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
[0043]需要說明的是，本說明書所述的只是本發(fā)明的一種較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于由固定組，變倍組，補(bǔ)償組和探測(cè)器組成。該可變焦光學(xué)接收天線可以對(duì)大氣中的可見光信號(hào)進(jìn)行接收，針對(duì)不同的通信環(huán)境和通信距離調(diào)節(jié)天線的焦距，提高了系統(tǒng)的信噪比和增益，并可以較好的適用于移動(dòng)多輸入多輸出通信系統(tǒng)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，利用固定組接收可見光信號(hào)，擴(kuò)大天線的視場(chǎng)角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，通過前后移動(dòng)變倍組，可以改變天線的焦距。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，通過前后移動(dòng)補(bǔ)償組，可以補(bǔ)償探測(cè)面的位移。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，該接收天線采用負(fù)-正-正的結(jié)構(gòu)型式，這樣的結(jié)構(gòu)有利于調(diào)整主光線的角度，使探測(cè)器上探測(cè)到的能量更加均勻。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，探測(cè)波段范圍為0.4?0.7mm，覆蓋可見光波段。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，天線透鏡材料為塑料，降低天線加工成本。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線，其特征在于，該接收天線為可連續(xù)變焦的接收天線，在變焦過程中可以始終保持良好的接收效果。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于移動(dòng)可見光通信的可變焦光學(xué)接收天線。該可變焦光學(xué)接收天線由固定組(1)，變倍組(2)，補(bǔ)償組(3)和探測(cè)器(4)組成。其中固定組(1)擴(kuò)大天線的視場(chǎng)角，收集大氣中的光信號(hào)；變倍組(2)通過前后移動(dòng)改變天線的焦距，可以根據(jù)不同通信環(huán)境和通信距離的需求改變天線的接收視場(chǎng)角；補(bǔ)償組(3)通過前后移動(dòng)來補(bǔ)償探測(cè)面的位移，最后將光信號(hào)匯聚到探測(cè)器(4)上。
【IPC分類】G02B17/08, H04B10/116
【公開號(hào)】CN105093508
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510441636
【發(fā)明人】唐義, 張學(xué)彬, 崔璐, 付澍, 趙寒
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年7月24日