仿生复眼多级耦合光学天线优化设计及分析

在阴影遮挡等非视距应用场景中, 可见光通信系统的性能受限于严重的光功率衰减影响。基于仿生复眼的工作原理, 设计了一种球面仿生复眼微透镜组和复合抛物面聚光器耦合的光学接收天线。利用TracePro软件分析球面仿生复眼的非成像特性, 发现当探测面面积一定时, 随着邻子眼光轴夹角减小, 能量收集比率逐步提高, 当邻子眼光轴夹角小于局部最优值时, 能量收集比率达90%以上, 接近最优。光轴夹角的局部最优值与探测器面积呈正相关。复眼的大视场特性随邻子眼光轴夹角的增大而逐步丧失, 最终趋近于单透镜特性。对于可见光通信非视距链路的应用, 可获得天线增益达56.45, 视场角大于90°。利用MATLAB对室内信道进行数值分析, 证明了仿生复眼多级耦合光学天线在阴影遮挡严重的场景下依旧能保持较高的馈入光功率, 与普通的单透镜天线相比, 平均功率提高了20 dBm, 表明所设计的光学天线具有大视场和高增益的特性, 可有效提高室内可见光通信系统的抗阴影遮挡性能。