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室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

刘浩杰 蓝天 倪国强

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

刘浩杰, 蓝天, 倪国强
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  • 提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型, 对室内可见光通信发射天线进行了优化设计. 分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响. 通过仿真模拟和分析, 得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线, 并且提高了10 %左右; 同时得出了在满足室内照明情形下, 发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势, 因此, 光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值; 照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加, 并给出了5 m5 m3 m 普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值, 使发射性能得到了优化, 同时节省光源数13%, 降低了成本. 这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据, 具有实用价值.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB329202)资助的课题.
    [1]

    Li P L, Yang Z P, Wang Z J, Guo Q L 2008 Chin. Phys. B 17 1907

    [2]

    Wang Z J, Yang Z P, Guo Q L, Li P L, Fu G S 2009 Chin. Phys. B 18 2068

    [3]
    [4]

    Pei L, Ning T G, Li T J, Dong X W, Jian S S 2005 Acta Phys. Sin. 54 1630 (in Chinese) [裴丽, 宁提纲, 李唐军, 董小伟, 简水生 2005 物理学报 54 1630]

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    [7]

    O'brien D 2009 Proc. SPIE 7464 74640B

    [8]

    Grubor J, Randel S, Langer K D, Walewski J W 2008 IEEE J. Light. Technol. 26 3883

    [9]
    [10]
    [11]

    Komine T, Nakagawa M 2004 IEEE Trans. Consum. Electron 50 100

    [12]
    [13]

    Komine T, Nakagawa M 2003 IEEE Trans. Consum. Electron 49 71

    [14]
    [15]

    Wang D Y, Sun H Q, Xie X Y, Zhang P J 2012 Acta Phys. Sin. 61 227303 (in Chinese) [王度阳, 孙慧卿, 解晓宇, 张盼君 2012 物理学报 61 227303]

    [16]
    [17]

    Liu H Z, Ji Y F 2013 Acta Phys. Sin. 62 114203 (in Chinese) [刘宏展, 纪越峰 2013 物理学报 62 114203]

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    [19]

    Moreno I, Avendao M, Tzonchev R I 2006 Appl. Opt. 45 2265

    [20]
    [21]

    Moreno I, Muoz J 2007 Opt. Eng. 46 033001

    [22]

    Moreno I, Sun C C 2008 Proc. SPIE 7058 70580R

    [23]
    [24]
    [25]

    Ding D Q, Ke X Z, Li J X 2011 J. Appl. Sci. 29 238 (in Chinese) [丁德强, 柯熙政, 李建勋 2011 应用科学学报 29 238]

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    Grubor J, Randel S, Langer K D, Walewski J W 2008 IEEE J. Light. Technol. 26 3883

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  • [1] 张逸伦, 蓝天, 高明光, 赵涛, 沈振民. 二级级联式室内可见光通信光学接收天线设计. 物理学报, 2015, 64(16): 164201. doi: 10.7498/aps.64.164201
    [2] 李湘, 蓝天, 王云, 王龙辉. 室内可见光通信系统中菲涅尔透镜接收天线的设计研究. 物理学报, 2015, 64(2): 024201. doi: 10.7498/aps.64.024201
    [3] 彭星, 孔令豹. 基于室内可见光通信技术的新型两级光学接收天线设计与分析. 物理学报, 2018, 67(9): 094201. doi: 10.7498/aps.67.20172341
    [4] 王云, 蓝天, 倪国强. 室内可见光通信复合光学接收端设计与分析. 物理学报, 2017, 66(8): 084207. doi: 10.7498/aps.66.084207
    [5] 崔璐, 唐义, 朱庆炜, 骆加彬, 胡珊珊. 多光谱可见光通信信道串扰分析. 物理学报, 2016, 65(9): 094208. doi: 10.7498/aps.65.094208
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    [7] 王云, 蓝天, 李湘, 沈振民, 倪国强. 复合抛物面聚光器作为可见光通信光学天线的设计研究与性能分析. 物理学报, 2015, 64(12): 124212. doi: 10.7498/aps.64.124212
    [8] 班章, 梁静秋, 吕金光, 梁中翥, 冯思悦. 微型曲面发光二极管阵列照度一致性研究. 物理学报, 2018, 67(7): 070701. doi: 10.7498/aps.67.20172596
    [9] 莫秋燕, 赵彦立. 光通信用雪崩光电二极管(APD)频率响应特性研究. 物理学报, 2011, 60(7): 072902. doi: 10.7498/aps.60.072902
    [10] 徐昕伟, 崔碧峰, 朱彦旭, 郭伟玲, 李伟国. 利用介质光子晶体提高红光发光二极管的光通量的研究. 物理学报, 2012, 61(15): 154213. doi: 10.7498/aps.61.154213
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-23
  • 修回日期:  2014-07-26
  • 刊出日期:  2014-12-05

室内可见光通信发光二极管阵列发射性能的研究

  • 1. 北京理工大学光电学院, 光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2013CB329202)资助的课题.

摘要: 提出了一种基于Lambert辐射模型的发光二极管光源阵列发射天线光照度计算模型, 对室内可见光通信发射天线进行了优化设计. 分析了光源的空间分布形式、光源间距、光源中心光束与系统光轴夹角以及空间分布层间距等因素对光照度均匀性的影响. 通过仿真模拟和分析, 得到了圆形阵列天线在照度均匀性和通信传输信号稳定性方面都优于相同光源数目的矩形阵列天线, 并且提高了10 %左右; 同时得出了在满足室内照明情形下, 发光二极管阵列发射天线照度均匀度随光源间距及光源中心光束与系统光轴夹角的增加均呈现出先增加后减小的变化趋势, 因此, 光源间距和光源中心光束与系统光轴夹角均存在最优值; 照度均匀度随空间分布层间距的减小而增加, 并给出了5 m5 m3 m 普通房间内发射天线阵列设计参数的最优值, 使发射性能得到了优化, 同时节省光源数13%, 降低了成本. 这些研究为发射天线系统的设计提供了理论依据, 具有实用价值.

English Abstract

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