光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法技术方案

本发明专利技术提出了光通信系统中LED串联为最优的LED连接方式，并且提供了一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，其步骤包括：使用矢量网络分析仪确定不同串联数量的LED阵列交流小信号模型；使用Multisim仿真得到流经不同串联数量LED阵列的交流电流；使用Matlab结合朗伯体辐射方程确定接收端的等效总电流；最终根据总电流最大的导通LED数量作为最佳LED串联数量。本发明专利技术验证了LED阵列串联有利于提高光通信系统中的发射机效率，并且提供了确定最佳LED串联数量的方法。

A method for determining the optimal number of LED Series in optical communication systems

The invention provides optical communication system LED series is the best LED connection, and provides an optimum LED optical communication system and the method of determining the number of series, which comprises the following steps: determining the different series of LED array AC small signal model of the number of vector network analyzer; using Multisim simulation of AC current flowing through different the number of series LED array; Matlab is used to calculate the equivalent total current receiver with Lambertian radiation equation; finally according to the total current maximum conduction quantity of LED as the best LED serial number. The invention verifies that the LED array series is beneficial to improving the transmitter efficiency in the optical communication system, and provides a method for determining the optimal number of LED series.

【技术实现步骤摘要】
光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法
本专利技术涉及光通信领域，具体而言涉及一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法。
技术介绍
光通信技术近年来逐渐成为通信领域研究的热点。其拥有独立于射频频谱的宽带频谱资源，无电磁干扰和辐射，绿色安全，易于隔断信号，保密性好等优点。在光通信系统设计中，发光二极管(LightEmittingDiode,简称LED)由于其技术条件上的优势，成为光通信系统中电光转换器件的首选。在基于LED的光通信方案中，在发射端通过LED将电信号转化为光信号，用光强表示信号幅度，在接收端检测光强来收取信号。在发射端增加LED管的数量，能增加发射光强，从而提高整个系统的信噪比，改善系统性能，LED串联又是最简单有效的优化方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于提出了串联是光通信系统中最优的LED连接手段，提供了一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，在光发射机其余参数不变的条件下，找到最佳的LED串联数量，使得发射交流功率最大化。技术方案：为达成上述目的，本专利技术采的一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法用技术方案为：使用N个LED管串联构成LED阵列，假设LED阵列中每个LED管可独立受控导通或截止，改变串联LED管导通数量，使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型，使用电路仿真确定流经不同导通数量下LED阵列的交流小电流；固定接收位置，固定LED阵列N个LED管串联布局，改变LED管导通数量，使得接收等效电流最大的串联数量即为LED最佳串联数量。其中：所述使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型，具体步骤包括：1)设置矢量网络分析仪的测试频率范围为300kHz-100MHz，设置端口1的信号输出功率为-30dBm，使用开路负载、短路负载以及50Ω匹配负载校准网络分析仪的端口1，并保存校准参数；2)参照实验系统图连接好电路，保证LED阵列中仅有一盏灯可导通；3)调整直流电流源输出电流从1mA-10mA，步进1mA，由小变大，分别保存矢量网络分析仪测量得到的不同频点下的阻抗参数；4)改变LED阵列中的导通LED数量，重复步骤3)；5)参照单个LED交流小信号电路模型，其输入阻抗为其中，Rs为等效电路串联电阻，Rd和Cd为等效并联电路的电阻和电容，Ls为等效电路串联电感；可确定单个LED交流小信号电路模型中的Rs、Rd、Ls、Cd参数；6)通过步骤4)得到的结果，多个LED管串联的交流小信号模型可近似等效为单个LED管小信号模型间的串联。所述使用电路仿真确定流经不同导通数量下LED阵列的交流小电流，具体体现在：使用通过搭建电路图的方式进行电路仿真的Windows平台软件Multisim提供的接入交流信号的功率放大器，改变LED阵列中LED的导通数量，将不同导通数量下的LED阵列等效电路串联在功率放大器后级，测量流经等效电路的交流电流，得到不同导通数量的LED阵列等效交流电流。所述固定接收位置，固定LED阵列N个LED管串联布局，改变LED管导通数量，使得接收等效电流最大的串联数量即为LED最佳串联数量，具体为：1)假设不同LED管到接收端路径损耗近似相同，利用不同串联数量下流经LED阵列的交流电流，并且每一个LED管在接收端的电流都有一个加权系数，不同情况下电流的加权和即为等效接收功率，每一个灯的权重由朗伯体辐射方程确定，方程如下：E＝cosmθ其中E为归一化辐射功率，θ为辐射角度，m是功率衰减阶数，取决于LED发光区域与球面密封材料的曲率中心的相对位置。有益效果：本专利技术提供的光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，其有益效果在于：1.使用LED管串联在提升光通信发射功率优于其他各种LED管的连接方式；2.在最大化发射功率的条件下，同时找到了最佳的LED管的串联数量，降低了系统成本，实现性价比最大化。附图说明图1为本专利技术的实验系统图。图2为LED交流小信号电路模型。图3为选用TSFF6410LED管为实例，在单个LED管导通状态下，在300kHz至100MHz频率范围内，通过矢量网络分析仪测量得到的LED阻抗的实部与虚部。图4为选用TSFF6410LED管为实例，在300kHz的频率下，阻抗的模与偏置电流倒数折线图。图5为实例给出的LED阵列的排布方式及相应LED灯编号。图6为选用TSFF6410LED管为实例，在不同LED灯串联数量下的等效总电流。具体实施方式利用N个LED管，串联构成LED阵列。假设LED阵列中每个LED可独立受控导通或截止，改变串联LED管导通数量，使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型。使用接入交流信号的功率放大器，将不同导通数量下的LED阵列等效电路串联在功率放大器后级，测量流经等效电路的交流电流，得到不同导通数量的LED阵列电流。固定接收位置，根据LED的朗伯体辐射方程，确定每个导通LED管可接收到的电流权重。电流权重大的LED管为优先导通的LED管。根据不同权重得到加权后的总电流，总电流最大的导通LED数量，即为最佳LED串联数量。本专利技术能在使用多个LED提高系统信噪比的情况下，找到最佳的LED连接方式及最佳串联数量。具体来说，上述方案中的测量及仿真包括如下步骤：1)设置矢量网络分析仪的测试频率范围为300kHz-100MHz，设置端口1的信号输出功率为-30dBm，使用开路负载、短路负载以及50Ω匹配负载校准网络分析仪的端口1，并保存校准参数；2)参照图1连接，保证LED阵列中仅有一盏灯可导通；3)调整电流源输出电流从1mA-10mA，步进1mA，由小变大，分别保存矢量网络分析仪所测量得到的不同频点下的阻抗参数；4)改变LED阵列中的导通LED数量，重复步骤(3)；5)参照单个LED交流小信号电路模型，见附图2，其输入阻抗为根据公式其中Rs可由此一次曲线的截距得到，则Rd＝|Zin|-Rs.LED的3dB带宽可通过LED阻抗实部确定，记为进一步得到Cd.最后根据阻抗的虚部，得到Ls.6)通过步骤4)测量得到的结果，多个LED管串联的交流小信号模型可近似等效为单个LED管小信号模型间的串联，即可进一步得到LED阵列等效电路。7)参照附图1在Multisim中进行电路仿真，读出交流电流表数值，改变LED阵列等效电路中的串联网络数量，从而得到不同串联数量下LED的等效交流电流。8)固定接收位置，固定LED阵列N个LED管串联布局，假设不同LED管到接收端路径损耗近似相同，改变LED管导通数量，利用不同串联数量下流经LED阵列等效电路的交流电流，并且每一个LED管在接收端的等效功率都有一个加权系数，不同情况下电流的加权和即为等效接收功率，记为：其中为I为不同导通数量下LED阵列等效电路的交流电流。每一个灯的权重Ej由朗伯体辐射方程确定，方程如下：E＝cosmθ其中E为归一化辐射功率，θ为辐射角度，m取决于LED发光区域与球面密封材料的曲率中心的相对位置。为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。实例说明：LED管选型：TSFF6410阵列大小：N＝16阵列排布:方形排布，相邻LED管间隔0.2m，见附图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，其特征在于：使用N个LED管串联构成LED阵列，假设LED阵列中每个LED管可独立受控导通或截止，改变串联LED管导通数量，使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型，使用电路仿真确定流经不同导通数量下LED阵列的交流小电流；固定接收位置，固定LED阵列N个LED管串联布局，改变LED管导通数量，使得接收等效电流最大的串联数量即为LED最佳串联数量。

【技术特征摘要】
1.一种光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，其特征在于：使用N个LED管串联构成LED阵列，假设LED阵列中每个LED管可独立受控导通或截止，改变串联LED管导通数量，使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型，使用电路仿真确定流经不同导通数量下LED阵列的交流小电流；固定接收位置，固定LED阵列N个LED管串联布局，改变LED管导通数量，使得接收等效电流最大的串联数量即为LED最佳串联数量。2.根据权利要求1所述的光通信系统中的最佳LED串联数量的确定方法，其特征在于，所述使用矢量网络分析仪确定不同导通数量下的串联LED阵列的交流小信号电路模型，具体步骤包括：1)设置矢量网络分析仪的测试频率范围为300kHz-100MHz，设置端口1的信号输出功率为-30dBm，使用开路负载、短路负载以及50Ω匹配负载校准网络分析仪的端口1，并保存校准参数；2)参照实验系统图连接好电路，保证LED阵列中仅有一盏灯可导通；3)调整直流电流源输出电流从1mA-10mA，步进1mA，由小变大，分别保存矢量网络分析仪测量得到的不同频点下的阻抗参数；4)改变LED阵列中的导通LED数量，重复步骤3)；5)参照单个LED交流小信号电路模型，其输入阻抗为其中，Rs为等效电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁霄，田原，王家恒，赵春明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32