无线照明通信用多光谱光学接收天线设计与理论研究.pdf

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1、无线照明通信用多光谱光学接收天线设计与理论研究郭蕾2015年01月中图分类号：TN929.1UDC分类号：535无线照明通信用多光谱光学接收天线设计与理论研究作者姓名郭蕾学院名称光电学院指导教师白廷柱教授唐义副教授答辩委员会主席崔志刚研究员申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignandTheoreticalResearchonMulti-spectralOpticalAntennaforLightWirelessCommunicationCandidateName：LeiGuoS

2、choolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:Prof.TingzhuBaiProf.YiTangChair,ThesisCommittee：Researcher.ZhigangCuiDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，可见光照明

3、通信（VisibleLightCommunication，VLC）具有发射功率高、无电磁辐射、不易受到干扰、节约能源等优势引起了广泛的关注和研究。目前，国内外对于可见光照明通信的研究大多集中于电学处理方面，针对光学接收、发射系统进行的研究相对较少，其发展水平与VLC技术的进步程度不相协调。研究人员发现光学接收系统的性能限制了整体系统的通信性能，比如，传统光学接收系统的视场角小，采集光少，严重影响了系统的通信能力。为了进一步提高可见光照明通信系统性能，本文提出了多光谱照明无线通信的概念，与传统VLC技术相比，多光谱照明无线通信将白光（

4、Light-emittingDiode，LED）替换为多光谱的可见光LED，通过混光、合成为白光进行照明发射，多光谱接收系统利用大视场聚焦、波分复用系统色散分光和（AvalanchePhotoDiode，APD）阵列探测，从而实现了光学多通道高速率信号传输。论文主要研究了可以满足多光谱照明无线通信要求的前置光学接收天线。在分析传统可见光通信接收技术的基础上，论文采用透射式和折反射式两种方式进行了设计，可满足大视场兼顾微小接收面聚焦的要求。其中透射式结合反远距思想，利用ZEMAX设计优化仿真，设计出的透射式前置光学接收天线全视场角为9

5、0°×22°，聚光倍数为28；折反射式结合全天空云检测方案，通过简化其面型，计算曲率半径，设计出的折反射式前置光学接收天线半视场角为5~30°，遮拦比为33%，聚光倍数达263。同时，论文还对前置光学接收天线的评价方法进行了相应的探索。本文最后将设计出的两种前置光学接收天线与多光谱波分复用系统联立，构成多光谱照明接收光学系统，仿真验证了透射式前置光学接收天线和折反射式前置光学接收天线设计的合理可行性。关键词：多光谱照明无线通信；光学天线；大视场；光学设计；评价方法I北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,

6、thevisiblelightcommunication(VLC)haveattractedmuchattentionandbeingwidelyresearchedforitssomeadvantages,suchashightransmittingpower,noelectromagneticradiation,lessinterferenceandlessenergy.Atpresent,theresearchofVLC,bothinChinaandabroad,mostlyfocusesonelectronicprocess

7、ing,whilethestudyofopticalreceivingandtransmittingsystemsisrelativelyweak.Thedevelopmentofopticalreceivingandtransmittingsystemsneedmoreattention.Researchersfoundthatopticalreceivingandtransmittingsystemscanlimitthecommunicationperformanceofthewholesystem,forexample,tr

8、aditionalopticalreceivingsystemcanseriouslyimpactonthecommunicationcapabilitybecauseofsmallfieldofview(FOV)andlesslig