专利名称：发射天线和采用该发射天线的自由空间光通信系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光通信设备的发射天线和采用该发射天线的通信系统，尤其涉及一种自由空间光通信(Free Space Optics，FSO)的发射天线和采用该发射天线的自由空间光通信系统。
背景技术：
用物理线路或电缆连接两个或多个地点的传统通信系统通常受限于相对低速、低容量的应用中，为克服这些缺陷，近年来，开发的系统使用了光纤。然而，光纤仍要求使用物理电缆连接。为解决这个问题，已经开发出利用自由空间发射一个或多个调制数据的光束的系统。使用这种光束的系统相比传统的基于有线的系统大大提高了数据速率和数据容量，高达每秒10G字节，同时，避免了在传统的通信系统中，铺设光缆以物理连接系统中的各个地点所耗费的基础设施成本。
自由空间光通信技术是一种基于光传输方式、采用红外激光承载高速信号的无线传输技术，它以激光为载体，以空气为介质，用点对点或者点对多点的方式实现连接。自由空间光通信系统一般包括发射端与接收端，发射端的信号经过发射端的发射天线后传输至自由空间中，接收端依靠接收天线接收发射端发出的信号。因此，发射天线与接收天线的耦合效率直接影响到通信质量的好坏。
一种现有技术发射天线如图1所示。该发射天线主要包括由凸透镜11和弯月透镜12构成的胶合透镜，该凸透镜11和弯月透镜12的光轴重合，且该弯月透镜12的凹边与该凸透镜11相配合。从发射端光源10发出的光线1、3分别从该弯月透镜11的凸边的两端附近如射，而光线3沿着该胶合透镜的光轴入射。由于凸透镜11和弯月透镜11只是普通的对激光光束进行准直输出，并以一定的发散角在空间形成一个光斑，而不能改变激光光束的空间能量分布，这样的结构形成的空间能量分布比较集中，使得空间接收天线空间接收耦合效率比较低。光线1，2，3经过该胶合透镜后，将激光光束准直后向自由空间发射。由于发散天线存在一定的发散角，因此在空间就会形成一个大的光斑，而接收天线只要在这个光斑之内就可以接收到有用的信号，这样就可以完成自由空间光通信系统的空间通信。
但是，接收天线对光信号的接收有一定的灵敏度，即只有达到一定能量的光信号才能被接收天线所接收，实践证明，上述现有技术发射天线由于出射光束的空间能量分布过于集中，而不利于接收天线对光信号的接收，从而导致发射天线与接收天线的空间耦合效率较低。因此，采用该现有技术发射天线的自由空间光通信系统的通信质量较差。
实用新型内容为克服现有技术自由空间光通信系统采用的发射天线出射光束的能量分布过于集中而不利于接收天线接收的缺陷，本实用新型提供一种使得出射光束的能量分布较均匀的发射天线。
本实用新型还提供一种采用上述发射天线的自由空间光通信系统。
本实用新型解决技术问题的技术方案是提供一种发射天线，包括一组合透镜，该组合透镜包括光轴重合的第一透镜和第二透镜，其中，该发射天线进一步包括一对来自光源的光起发散作用的第三透镜，该第三透镜的光轴与该第一、二透镜的光轴重合，该第三透镜靠近第二透镜设置，激光光束传输至该第三透镜，被第三透镜发散后，使得激光光束能量分布达到分布比较均匀，再传输至该组合透镜准直后输出。
本实用新型还提供一种自由空间光通信系统包括光源、发射天线和接收天线，该接收天线包括一透镜，该发射天线包括一组合透镜，该组合透镜包括光轴重合的第一透镜和第二透镜，其中，该发射天线进一步包括一对来自光源的光起发散作用的第三透镜，该第三透镜的光轴与该第一、二透镜的光轴重合，该第三透镜靠近第二透镜设置，从光源发出的光线被第三透镜发散后再传输至该组合透镜。
与现有技术相比，本实用新型发射天线多包括一个对来自光源的光起发散作用的第三透镜，从光源发出的光线被第三透镜发散后再传输至该组合透镜，因此从该发射天线的出射的光线的能量会比从现有技术发射天线出射的光线的能量分布更均匀，而不是集中在较小的区域。
根据上面的结论得出从本实用新型的发射天线出射的光线会更多光线的能量满足接收天线的灵敏度，更利于接收天线的接收，因此，与现有技术相比，本实用新型的发射天线的自由空间光通信系统的耦合效率更高，通信质量更好。
图1是一种现有技术发射天线的光路原理图。
图2是本实用新型发射天线的光路原理图。
图3是图1与图2所示的发射天线的出射光束能量分布对比图。
图4是本实用新型自由空间光通信系统的部分光路示意图。
具体实施方式请参阅图2，是本实用新型发射天线的光路原理图。该发射天线包括胶合透镜(未标示)和弯月透镜23，该弯月透镜23的光轴与该胶合透镜的光轴重合，且该弯月透镜23的凸边靠近该胶合透镜设置。该胶合透镜由凸透镜21和弯月透镜22胶合而成，该凸透镜21和该弯月透镜22的光轴重合，且该弯月透镜22的凹边与该凸透镜21相配合。
从发射端光源20发出的光线1，3分别从该弯月透镜23的凹边入射该发射天线，从发射端光源20发出的光线3沿着该弯月透镜23的光轴入射。所以，从光源20发出的光线经过弯月透镜23发散后再被胶合透镜准直成平行光束后向自由空间发射。
比较图1与图2可知，由于加入了弯月透镜23，所以经过本实用新型发射天线后，光线1，2，3在被胶合透镜准直之前，首先被弯月透镜23发散，因此，从胶合透镜出射的平行光束的能量分布更均匀，会有更多光线的能量满足接收天线的灵敏度，更利于接收天线的接收。
请参阅图3，是本实用新型发射天线和现有技术发射天线的出射光束的能量分布的比较图。根据上面的分析，由于本实用新型的发射天线比现有技术发射天多包括一个弯月透镜23，使得本实用新型发射天线的出射光束的能量分布更均匀，因此，本实用新型发射天线的出射光束的能量分布不会只是集中在一个较小的区域。
由于自由空间光通信系统是以光波为载体，接收端采用接收天线来接收光信号。接收天线作为一个光学元件，具有一定的灵敏度。换句话说，只有传输至接收天线的光信号具有一定的能量才能被该接收天线接收并输出。如图3所示，线FWHM为一条能量强度分割线。激光光束能量强度主要集中分布在位于该线FWHM上方，这个区域的光信号都能被接收天线接收，而位于该线FWHM下方的能量强度只占整个能量强度的很小一部分，这个区域的光信号基本不能被接收天线接收。本实用新型发射天线的出射光束的能量在线FWHM上方的能量分布区域的宽度为W2，现有技术发射天线的出射光束的能量在线FWHM上方的能量分布区域的宽度为W1，因此，本实用新型发射天线的出射光束的有用信号(能被接收天线接收)的区域要较现有技术发射天线的出射光束的有用信号的区域大。
请参阅图4，是本实用新型自由空间光通信系统的部分光路原理图。该自由空间通信系统光源20、包括如图2所示的发射天线和接收天线。该发射天线包括胶合透镜(未标示)和弯月透镜23，该弯月透镜23的光轴与该胶合透镜的光轴重合，且该弯月透镜23的凸边靠近该胶合透镜设置。该胶合透镜由凸透镜21和弯月透镜22胶合而成，该凸透镜21和该弯月透镜22的光轴重合，且该弯月透镜22的凹边与该凸透镜21相配合。该接收天线包括一凸透镜24。该发射天线将激光光束发散准直变成平行光束后向自由空间发射，该接收天线用来接收从发射天线出射的光信号。
由于图2所示的发射天线的出射光束的有用信号(能被接收天线接收)的区域要较现有技术发射天线的出射光束的有用信号的区域大。因此本实用新型自由空间光通信系统的发射天线和接收天线的耦合效率(即自由空间光通信系统的耦合效率)大于现有技术的发射天线和接收天线的耦合效率。因此，本实用新型自由空间光通信系统的通信质量要优于采用现有技术发射天线的自由空间光通信系统的通信质量。
另外，本实用新型发射天线和自由空间光通信系统不限于上述实施方式所述，例如该凸透镜21、弯月透镜22、弯月透镜23和凸透镜24都可以采用其他具有相同作用的透镜替换；该凸透镜21和弯月透镜可以采用除胶合以外的其他方法构成一组合透镜等。
权利要求1.一种发射天线，包括一组合透镜，该组合透镜包括光轴重合的第一透镜和第二透镜，其特征在于该发射天线进一步包括一对来自光源的光起发散作用的第三透镜，该第三透镜的光轴与该第一、二透镜的光轴重合，该第三透镜靠近第二透镜设置，激光光束传输至该第三透镜，被第三透镜发散后，再传输至该组合透镜准直后输出。
2.如权利要求1所述的发射天线，其特征在于该第三透镜是弯月透镜，且该弯月透镜的凸边靠近组合透镜设置。
3.如权利要求1所述的发射天线，其特征在于该第一透镜是凸透镜。
4.如权利要求1所述的发射天线，其特征在于该第二透镜是弯月透镜，且该弯月透镜的凹边与该凸透镜相配合。
5.如权利要求1所述的发射天线，其特征在于该第一透镜和第二透镜胶合而构成组合透镜。
6.一种自由空间光通信系统，包括光源、发射天线和接收天线，该接收天线包括一透镜，该发射天线包括一组合透镜，该组合透镜包括光轴重合的第一透镜和第二透镜，其特征在于该发射天线进一步包括一对来自光源的光起发散作用的第三透镜，该第三透镜的光轴与该第一、二透镜的光轴重合，该第三透镜靠近第二透镜设置，从光源发出的光线被第三透镜发散后再传输至该组合透镜。
7.如权利要求6所述的自由空间光通信系统，其特征在于该第三透镜是弯月透镜，且该弯月透镜的凸边靠近组合透镜设置。
8.如权利要求6所述的自由空间光通信系统，其特征在于该第一透镜是凸透镜。
9.如权利要求6所述的自由空间光通信系统，其特征在于该第二透镜是弯月透镜，且该弯月透镜的凹边与该凸透镜相配合。
10.如权利要求6所述的自由空间光通信系统，其特征在于该第一透镜和第二透镜胶合而构成组合透镜。
专利摘要本实用新型涉及一种发射天线，包括一组合透镜，该组合透镜包括光轴重合的第一透镜和第二透镜，其中，该发射天线进一步包括一对来自光源的光起发散作用的第三透镜，该第三透镜的光轴与该第一、二透镜的光轴重合，该第三透镜靠近第二透镜设置，传输至该第三透镜的光被第三透镜发散后再传输至该组合透镜。与现有技术相比，本实用新型发射天线的出射光束改变了激光光束在空间的能量分布从而使有用信号的能量分布区域较大，使得接收天线的空间耦合效率大大提高。另外，本实用新型还提供一种采用上述发射天线的自由空间光通信系统，该自由空间光通信系统的耦合效率高于现有技术的自由空间光通信系统。
文档编号H04B10/10GK2760866SQ200420095470
公开日2006年2月22日 申请日期2004年11月16日 优先权日2004年11月16日
发明者刘自力, 马亚荣 申请人:深圳市世纪人无线通讯设备有限公司