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

针对室内可见光通信系统的应用需求,设计了一种新型两级光学接收天线.根据复合抛物面聚光器光学增益随视场增大而减小的聚光特性,将复合抛物面聚光器截面基准曲线旋转设计得到具有一定旋转角与厚度的透镜壁复合抛物面聚光器.进一步结合透镜壁复合抛物面聚光器和半球透镜的优势设计了一种新型两级光学接收天线,在增益保持的情况下视场角增大了近20~?.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间,通过Trace Pro建立光学天线的分析模型,Matlab软件对室内可见光通信系统进行信道建模.计算结果表明,采用这种新型两级光学接收天线,与直接接收的情况相比,平均接收功率增幅为757.2%,是复合抛物面聚光器的5.62倍;信噪比平均值增幅为28.07%,是复合抛物面聚光器的1.67倍;光学增益为11.49,是复合抛物面聚光器的2.81倍.且光斑半径仅为2.5 mm,较复合抛物面聚光器减小了近37.5%,使得能量集中均匀分布,进一步证实该新型两级光学接收天线适用于室内可见光通信系统.     

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

针对室内可见光通信的特点, 选择复合抛物面聚光器作为可见光通信系统光学天线, 介绍了复合抛物面聚光器的几何结构和光学特性, 利用光学仿真软件 TracePro对复合抛物面聚光器进行了设计、建模与仿真. 通过对不同光源条件下复合抛物面聚光器聚光特性的仿真发现: 在光源为朗伯辐射模型时复合抛物面聚光器的聚光性能更好, 且视场角越小增益越高; 但接收端与光源的相对位置对小视场复合抛物面聚光器的实际增益有明显影响, 在仿真条件下, 视场角为10°的复合抛物面聚光器实际增益为22.88, 比理论值降低了31%. 在此基础上, 在一个5 m×5 m×3 m的房间中对采用复合抛物面聚光器为光学天线的室内可见光通信系统进行了建模, 分别得到了直射链路和非直射链路下房间内各个位置的光功率分布. 仿真结果表明, 采用一个视场角为60°的复合抛物面聚光器为光学天线, 两种链路下平均接收功率分别提高了4.29 dBm和4.77 dBm, 非直射链路比直射链路的平均接收功率提高了11.2%.     

阵列馈源偏置抛物面天线合成高功率微波的研究

 运用物理光学分析方法，对使用7单元的扇形喇叭一维阵列和角锥喇叭或圆锥喇叭三角形阵列喇叭束作为单偏置抛物面天线的馈源，空间合成高功率微波进行了比较研究，数值分析表明在阵元输入功率、口面最大场强、天线口径、净空间及天线边缘照度相同,且阵列馈源具有准轴对称主瓣条件下，扇形喇叭构成的一维阵列馈源与单偏置抛物面组成的天线系统的方向性系数和溢出效率优于采用角锥喇叭三角形阵列馈源或圆锥喇叭三角形阵列馈源的天线系统。若将喇叭束直接作为辐射天线使用，由于圆锥喇叭三角形阵列方向性系数对阵元间相位波动的稳定性较好，而更具优势。     

TEM喇叭超宽带接收特性分析

 采用时域有限差分（FDTD）和离散傅里叶变换（DFFT）相结合的方法计算了不同长度及不同张角TEM喇叭接收天线的传递函数及灵敏度，采用最大相对误差和相对平均偏差分析了TEM喇叭超宽带接收的波形保真性与其几何尺寸之间的关系。分析结果表明：在设计高灵敏度及高波形保真性的超宽带TEM喇叭脉冲测量天线时，对TEM喇叭的张角和长度应进行折衷考虑。     

FAST及其科学目标

<正>1引言射电(1)波段是除光学外另一个对大气透明的波段,为人类了解宇宙提供了重要的观测窗口。自20世纪30年代央斯基(K.Jansky)第一次接收到来自地球之外天体的射电辐射以来,射电天文技术取得了长足进步。20世纪60年代的四大天文发现——脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子都与射电天文学紧密相关。已于2016年9月25日落成的我国自主建设的世界上最大的单天线射电望远镜——500 m口径球面射电望远镜(FAST)是射电天文技术发展史上又一里程碑。FAST覆盖70 MHz~3000 MHz频段,配备脉冲星、谱线和甚长基线干涉(VLBI)数字终端,可以开展脉冲     

1993年诺贝尔物理学奖获奖项目——脉冲双星与引力波

 脉冲星和中子星1967年,英国剑桥大学的天文学家安东尼·休伊什(Antony Hewish)和他的一位年轻女研究生乔斯林·贝尔(Jocelyn Bell)一起,用他们的射电望远镜偶然记录到一种来自某个天体的射电脉冲信号。     

超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统

 介绍了一套自行研制的高功率超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统，该系统主要由TEM喇叭接收天线、同轴传输线、宽带示波器及微型计算机组成。其中，TEM喇叭上极板为等腰三角形金属板，顶角14°，高60 cm，下极板为80 cm×30 cm矩形金属板，两金属板间夹角为7°，采用同轴线直接馈电方式，馈电点高度1 mm。分析了测量系统的基本理论，采用时域有限差分和离散傅里叶变换相结合的方法对TEM喇叭接收天线的传递函数进行了计算，建立了信号衰减补偿方法。实测了抛物反射面脉冲辐射天线的辐射场，测得主轴上远区辐射场主脉冲波形与辐射天线的激励信号近似成微分关系，当激励信号的前后沿变快时，测得的辐射场也相应增大。测量结果表明，该系统能够反映脉冲辐射场的变化特性，具有良好的波形保真性和宽频带特性。     

卡塞格伦光学天线偏轴及性能分析

设计了具有抛物面结构的卡塞格伦光学天线.通过对偏轴下的卡塞格伦光学天线系统的分析,得到了不同偏转角所对应的接收光斑面积表达式和功率衰减曲线.讨论了偏轴下的接收天线增益与波长及偏转角的关系,仿真出在偏轴与轴对准两种情形下的增益曲线.仿真结果表明,〖JP2〗最大偏轴比轴对准情形增益降低了6.564dB.最后分别针对轴对准与某种偏轴情形下的系统做了光斑测试实验与天线耦合效率测试实验.结果为：偏轴下天线耦合效率降低了26.966%.这些研究为星间光通信中控制系统实现光轴的精确对准提供了理论依据,具有重要的实用价值 关键词： 偏轴 卡塞格伦光学天线 偏转角 增益     

平方公里阵列射电望远镜SKA启动建设

正耗资20亿欧元,由197只碟型天线和超过十三万只阵子天线组成的平方公里阵列射电望远镜SKA一期已经开始建设,将于2029年交付使用。建设SKA这个全世界最大的射电望远镜网络,从构想提出到开工建设历时30年。望远镜将采用双台址,分别建于澳大利亚和南部非洲,在2029年建成后将运行50年。顾名思义,     

能量收发效率对共焦点反射式光通信组网天线系统性能的影响

激光通信组网天线系统能量发射效率与接收效率的高低决定了其通信能力的强弱。针对这一问题,提出了一种新型组网天线系统基本模型,分析其能量发射效率与接收效率的算法并进行数学建模,推导出了其能量发射效率与接收效率的计算公式,深入讨论了能量发射效率和能量接收效率与旋转抛物面上下开口直径、焦距以及会聚透镜单元口径、焦距等光学结构参数的准确函数关系,相关结论可应用于激光通信组网天线光学结构的设计与优化。最后以三颗低地球轨道(LEO)卫星在距离1000km范围内、以高于2.5Gb/s的速率进行组网通信为背景,通过分析和计算得出满足通信条件的激光器最小发射功率、组网天线系统的发射效率随跟踪通信角度的变化曲线以及接收效率。     

宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真

 针对单馈源超宽带抛物面天线波束较窄的问题，设计了一种宽波束双馈源超宽带抛物面天线。该抛物面天线是由一个普通的抛物面从中间对称分式，并在中间以平板连接而成的。馈源采用改进型平面TEM喇叭天线，同轴垂直馈电方式。两个馈源分别置于抛物面的两个焦点上。并利用时域有限差分数值方法分析了该天线的辐射性能。通过改变抛物面的结构，调节双馈源与天线主轴的夹角等方法可以有效改善天线的辐射性能。结果表明，所设计的宽波束双馈源抛物面天线可以在远区更宽的空间上形成峰值功率比较均匀的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度；在抛物面天线两边进行少量切割不会对辐射场产生明显影响，节省了空间。     

室内可见光通信复合光学接收端设计与分析

本文提出了一种适用于室内可见光通信的新型光学接收端的设计.根据复合抛物面聚光器的聚光特性,将光电探测器与复合抛物面聚光器耦合作为接收子单元,并将这些接收子单元按照特定的几何关系嵌入一个半球面中,得到角度分集型的复合光学接收端,达到水平方向360°,垂直方向180°的大视场.对每个接收单元接收到的光能量,低传输数据时进行相加求和作为最终的接收功率,高数据速率时取各个子单元的最大值作为接收功率.在一个5 m×5 m×3 m的空旷房间中,通过MATLAB对室内可见光通信系统建模仿真.计算结果表明,采用这种复合型光学接收端后,两种不同处理算法下的接收功率相对于直接接收分别提高了11.85和7.47 dB,增益分别为15.31和5.98.信噪比较高,两种情况下的平均值分别为79.17和72.26 dB,且接收信噪比分布平缓,波动较小.这说明采用本文设计的光学接收端,不仅能够得到较大的接收端视场角,同时获得较高的增益和接收功率,以及稳定的接收信噪比,避免了室内可见光通信系统中通信盲区的存在,保证了室内通信性能的稳定性.     

邮票上的物理学史(66)--天体物理学:恒星及其演化(续)

1967年,剑桥大学卡文迪什实验室的射电天文学家休伊什领导一个小组,研制了一台射电望远镜,以观测小角直径射电源的行星际闪烁现象.和其他射电望远镜相比,它的特点是时间分辨率达到0.1 s,能够记录快速变化的信号(当时不知道有发射快变信号的射电源,为了平滑掉噪声,普遍将接收机设计成只能接收经过几 s积分的平均信号).休伊什让他的研究生贝尔(女)负责观测和分析数据.贝尔做事是极其认真细致的.     

椭圆、抛物面凹反射镜之间光学性质的关系

在现代无线电通讯等应用中，为了增强接收信号，人们将接收天线制成旋转抛物面，这是利用了抛物线的光学性质，图１即抛物线焦点处的点光源射到抛物线的凹反射镜上，反射后与其对称轴平行（如图１），或者说平行于抛物线对称轴的光射到抛物线的凹反射镜上，反射后会聚在其...     

微波两径传播模型影响因素分析

研究微波两路径传播模型效果及影响因素.应用电磁波和天线理论,推导出两径波叠加电场振幅和接收功率的表达式,给出了叠加电场振幅和功率与天线水平距离关系的图像.结果表明,微波两路径传播时,接收点处电场振幅和接收功率都随天线间的距离呈现波动性,天线高度和天线间距离直接地影响接收点电场的振幅和接收功率,但天线间距离的影响更大.     

HT-7装置电子回旋辐射系统接收天线改进

为了提高HT-7装置上等离子体电子回旋辐射(ECE)超外差诊断系统的极向分辨率,根据高斯光学原理,分析了诊断系统天线的改进方案。优化了天线的圆形角锥喇叭尺寸和凸透镜参数以及在装置上的相对位置,使天线接收到的等离子体ECE异常模二次谐波辐射的高斯光束束半径只有30mm左右,能量的高斯光学性质损失不大于13%。     

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为了提高HT-7装置上等离子体电子回旋辐射(ECE)超外差诊断系统的极向分辨率,根据高斯光学原理,分析了诊断系统天线的改进方案。优化了天线的圆形角锥喇叭尺寸和凸透镜参数以及在装置上的相对位置,使天线接收到的等离子体ECE异常模二次谐波辐射的高斯光束束半径只有30mm左右,能量的高斯光学性质损失不大于13%。     

用于抛物柱面空间功率合成天线的功分喇叭阵列

 提出了一种用于偏馈抛物柱面反射天线的功分喇叭。由于改善了口面上的电磁分布,该功分喇叭可以让馈源阵列的栅瓣电平抑制到－28 dB。用FEKO进行仿真发现,与传统用角锥喇叭阵列作为馈源的抛物柱面反射天线相比,使用功分喇叭直线阵列可以使空间功率合成天线的效率从68%提高到80%,同时天线的增益也能增加0.7 dB。     

收音机在实验中的巧用

一、做电磁波发射和接收的演示在缺乏仪器的农村中学,教师可用收音机对学生做电磁波发射和接收的演示。找甲、乙两台中波段晶体管超外差式收音机,甲机作发射机,乙机作接收机用。作发射机用的甲机需作如下简单改接。 1.将磁性天线次级线圈两端连接,短路外来信号。 2.将喇叭与输出变压器次级不接地的一端的连接处断开,并将音量控制电位器与检波级相连的一端断开;然后,将喇叭断开的一端接在电位器断开的一端;将输出变压器次级断开的一端串一个30μF电容器接到     

一种基于运动式发射天线的光学接收天线设计

设计一款应用于多发射天线多接收天线自由空间激光通信系统中的折射式光学接收天线。天线焦距120.02 mm,相对孔径1∶1.13,工作波长为850 nm,波长范围覆盖820 nm ~880 nm,在50 lp/mm频率处0视场的MTF为0.5。接收天线可以在发射天线移动48 mm范围内利用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管（APD）接收3 mrad发散角的光信号。该天线由两组、共4片球面透镜组成,结构简单,可实现对运动式发射天线的光信号的接收。