一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線光通信所用的接收天線，尤其涉及工作于移動可見光通信領域。
【背景技術】
[0002]可見光通信是以發光二極管作為光源的一種新興無線光通信技術。可見光通信技術可以與現有的無線通信網絡結合，成為“最后一百米”的解決手段。可見光通信可以在完成照明的同時實現高速的數據通信，以減小能耗。因此該技術適用于室內照明通信或者一些對電磁干擾敏感場合的無線通信。并且由于可見光信號不能穿過墻壁，所以該技術還具有防竊聽、抗干擾和可靠性高等優點。
[0003]在通信領域中，用于信號發射與接收的部分稱為天線。應用于可見光通信技術中的接收天線光學系統屬于光電探測型光學系統，其作用是獲取空間中的信號光，并將其傳輸給光電探測器件，完成可見光信號向電信號的轉換。
[0004]現有的可見光通信接收天線均為傳統的定焦天線，結構簡單且體積較大，僅能實現位置相對固定的定點通信。若信號源或者接收天線移動，接收機與光源之間的距離將會產生變化，即天線物距縮小。此時若采用傳統的定焦天線，將會使探測面的光斑擴大彌撒，減小系統的接收能量。相同情況下，若需要同時探測多個信號實現MMO通信，采用傳統的定焦天線將會使光斑產生位移，無法用探測器陣列接收信號。另一方面，因為定焦天線的視場角固定，所以當通信環境變化時，天線在探測到信號光的同時無法輕易的去除視場角內的雜散光，導致系統的通信性能下降。
【發明內容】
[0005]本發明涉及一種適用于移動可見光通信，可以根據環境的變化和通信距離的變化調整系統焦距，具有高環境適應性和移動便攜性的可變焦接收天線。
[0006]其技術解決方案是:
[0007]—種用于移動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，補償組和探測器組成。其中固定組收集大氣中的可見光信號，擴大天線的視場角。變倍組根據通信需求調節系統的焦距，使系統達到最佳的接收效果。補償組根據焦距的變化補償探測面的位移。探測器將探測到的可見光信號轉化為電信號。
[0008]其中，可變焦接收天線采用負-正-正的結構型式，這樣的結構有利于調整主光線的角度，使探測器上探測到的能量更加均勻。
[0009]其中，固定組采用負組透鏡組，材料為塑料，負組透鏡在前可以減小軸外光線對正組透鏡的視場角，達到了大視場的目的。
[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改變系統的焦距。
[0011]其中，補償組采用負組透鏡組，材料為塑料，補償組通過前后移動補償變焦過程中探測面的位移。
[0012]其中，探測器采用單個APD或單個PIN或APD陣列或PIN陣列。
[0013]相對于現有可見光通信接收天線，本發明的創新點在于:
[0014]其一是根據通信環境的需求可以調整天線的接收視場角，從而減少雜散光的干擾，保證系統的通信性能，相比現有的可見光通信接收天線具有更高的環境適應性。
[0015]其二是根據通信距離的變化可以調整系統的焦距，從而使通信距離改變后天線探測到的光斑大小保持不變，保證了系統的接收能量，相比現有的可見光通信接收天線具有更強的移動性和穩定性。
[0016]其三是通過改變系統的焦距，使系統在移動過程中能保持探測面上光斑的大小和位置不變，相比現有的可見光通信接收天線，可以更好的適用于移動MMO通信系統中。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的變焦核圖。
[0018]圖2為本發明實施方式一的可變焦接收天線原理示意圖。
[0019]圖3為本發明實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格按照比例畫出)。
【具體實施方式】
[0021]下面，結合附圖詳細描述根據本發明的優選實施方式。為了便于描述和突出顯示本發明，附圖中省略了現有技術中已有的相關部件，并將省略對這些公知部件的描述。
[0022]圖1為可變焦光學接收天線變焦核圖。該可變焦光學接收天線由固定組1，變倍組2，補償組3和探測器4組成。其中固定組I擴大天線的視場角，收集大氣中的光信號；變倍組2通過前后移動改變天線的焦距，可以根據不同通信環境的需求改變天線的接收視場角；補償組3通過前后移動來補償像面的位移，最后將光信號匯聚到探測器4上。
[0023]實施方式一:
[0024]圖2所示為本發明的實施方式一的用于移動可見光通信的可變焦光學天線結構示意圖。
[0025]結合圖2，圖中可變焦光學天線由固定組201，變倍組202，補償組203和探測器204組成。下面對本實施方式的可變焦光學天線的各光學元件進行詳細說明。
[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，從而調整主光線的角度，使探測器上探測到的能量更加均勻。固定組201的孔徑范圍是I?6mm，優選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，采用負組透鏡。透鏡組中各透鏡之間的相對位置保持不變，通過整體前后移動改變系統的焦距和視場角。
[0030]c)補償組 203
[0031]補償組203由一片非球面鏡構成，材料為塑料，采用負組透鏡。根據變倍組202的變倍情況，補償組203進行前后移動，補償像面的位移，使天線達到連續變焦的效果。補償組203的移動方向和移動距離與變倍組202的移動方向和移動距離不一定相同。
[0032]d)探測器 204
[0033]如果用于單信號光源的可見光通信系統中，探測器204由單個探測器組成。若該天線應用于MMO通信系統中，探測器204由探測器陣列組成。探測器類型為對可見光波段敏感的APD或者PIN，探測器光敏面直徑范圍為0.5?3_。
[0034]實施方式一中可變焦光學天線的總體參數:
[0035]?視場角:可以根據需求在10°?40°之間變化；
[0036]?系統孔徑:4mm ；
[0037]?焦距:可以根據需求在3mm?9mm之間變化；
[0038]?探測器光敏面直徑:2.5mm ;
[0039]?系統尺寸:13*5mm ；
[0040]實施方式二:
[0041]圖3所示為根據本發明的實施方式二的一種用于移動可見光通信的可變焦光學天線結構圖。與實施方式一相比，該可變焦光學天線的固定組301加入了直角反射棱鏡，折疊空間光路，使透鏡組變焦時沿光學天線長度方向移動，增大了各透鏡組的移動空間，減小了光學接收天線的厚度，使其更加方便用戶使用。實施方式二的變倍組302，補償組303和探測器304與實施方式一相同，具體說明見實施方式一。
[0042]上述實施方式中未述及的有關技術內容采取或借鑒已有技術即可實現。
[0043]需要說明的是，本說明書所述的只是本發明的一種較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明的限制。凡本領域技術人員依本發明的構思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發明的范圍之內。
【主權項】
1.一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于由固定組，變倍組，補償組和探測器組成。該可變焦光學接收天線可以對大氣中的可見光信號進行接收，針對不同的通信環境和通信距離調節天線的焦距，提高了系統的信噪比和增益，并可以較好的適用于移動多輸入多輸出通信系統中。2.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，利用固定組接收可見光信號，擴大天線的視場角。3.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，通過前后移動變倍組，可以改變天線的焦距。4.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，通過前后移動補償組，可以補償探測面的位移。5.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，該接收天線采用負-正-正的結構型式，這樣的結構有利于調整主光線的角度，使探測器上探測到的能量更加均勻。6.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，探測波段范圍為0.4?0.7mm，覆蓋可見光波段。7.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，天線透鏡材料為塑料，降低天線加工成本。8.根據權利要求1所述的一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線，其特征在于，該接收天線為可連續變焦的接收天線，在變焦過程中可以始終保持良好的接收效果。
【專利摘要】本發明公開了一種用于移動可見光通信的可變焦光學接收天線。該可變焦光學接收天線由固定組(1)，變倍組(2)，補償組(3)和探測器(4)組成。其中固定組(1)擴大天線的視場角，收集大氣中的光信號；變倍組(2)通過前后移動改變天線的焦距，可以根據不同通信環境和通信距離的需求改變天線的接收視場角；補償組(3)通過前后移動來補償探測面的位移，最后將光信號匯聚到探測器(4)上。
【IPC分類】G02B17/08, H04B10/116
【公開號】CN105093508
【申請號】CN201510441636
【發明人】唐義, 張學彬, 崔璐, 付澍, 趙寒
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月24日