[发明专利]一种二元自由曲面可见光通信发射天线及其设计方法

权利要求书

1.一种二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，其特征在于，二元自由曲面可见光通信发射天线，包括：LED光源、菲涅尔透镜和自由曲面聚光器，所述二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立自由曲面聚光器模型；

步骤S2，对所述自由曲面聚光器根据Snell定律，根据偏微分方程确定入射、反射以及自由曲面法矢三者之间的关系，以确定自由曲面各点的斜率，计算得到自由曲面聚光器的面型；

步骤S3，计算LED光源、自由曲面和照射面在参考坐标系下的坐标，建立所述LED光源、二元自由曲面的发光模型。

2.如权利要求1所述的二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，其特征在于，所述自由曲面聚光器的面型为圆形发光面。

3.如权利要求1所述的二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

确定坐标系所需法矢，即，

其中，θ为p矢量在x-y平面上的投影与x轴的夹角，为p矢量与z轴的夹角，为pp矢量的模

根据Snell定律得到

得到θ、与照明面上各点之间的关系，即：

其中，E(t)为点t处的照度，A为目标照明面面积；

进一步求解一阶常微分方程初值；得到在一系列离散点处的近似值(ρ₁,ρ₂,...ρ_N),对进行离散，令：其中，为步长，且

令N为离散点的数目，即离散点为等距的，此时

采用Euler方法数值求解微分方程，得到

其中，ρ₀为已知初始值；

求解微分方程，求得在区间上的N个等距点的近似值。

4.如权利要求1所述的二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，其特征在于，所述菲涅尔透镜和采用塑料材质，表面涂有增加反射的光学薄膜，所述菲涅尔透镜置于所述自有曲面聚光器的自由曲面表面。

5.如权利要求1所述的二元自由曲面可见光通信发射天线的设计方法，其特征在于，所述LED光源位于所述菲涅尔透镜的前端。

6.一种采用权利要求1-5中任一项所述方法制作的二元自由曲面可见光通信发射天线，其特征在于，包括：LED光源、菲涅尔透镜和自由曲面聚光器，其中，所述菲涅尔透镜和自由曲面聚光器采用塑料材质，表面涂有增加反射的光学薄膜，所述菲涅尔透镜置于所述自有曲面聚光器的自由曲面表面，所述LED光源位于所述菲涅尔透镜的前端。

7.如权利要求6所述的二元自由曲面可见光通信发射天线，其特征在于，所述自由曲面聚光器的光斑采用圆形光斑。