[发明专利]一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法

说明书

本发明公开了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，用以解决高速可见光通信中LED的小阻抗和通信系统50Ω阻抗不匹配的问题，涉及可见光通信技术领域。其包括：测量目标LED的S参数并导入软件；根据LED等效电路模型拟合实测的S11曲线获得寄生参数网络；以寄生参数网络作为负载阻抗，设计归一化低通原型阻抗变换器；计算各元件的实际值；采用理查德变换和Kuroda等效将阻抗变换器变成微带线结构并设计PCB板。所述方法既可以集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，也可以在LED封装壳内制作在介电常数为30‑50的陶瓷衬底上，降低LED输入信号界面的反射，提高通信效率的同时，显著缩小可见光通信发射模块的尺寸。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，更具体地，涉及一种用于可见光通信的LED阻抗匹配方法

背景技术

基于LED的可见光通信将通信和照明结合起来，是下一代无线通信的重点。和射频、毫米波等无线通信对比，可见光通信频谱资源丰富；没有电磁辐射，能在电磁辐射限制严格的场所使用；以及保密性好。

在高速的可见光通信系统中，如果传输线与负载不匹配，传输线上有驻波存在，这样一方面会使传输线功率容量降低。另一方面会增加衰减，使得负载无法获得最大功率。目前的LED制造都不带阻抗匹配设计，输出阻抗较小，一般只有几Ω-30Ω左右，与通信系统的50Ω阻抗失配，会导致通信信号输入LED界面的时候发生反射，直接影响了LED发射模块发射高速信号的质量。

发明内容

针对的现有可见光通信系统中，LED阻抗与通信系统中其他模块50Ω的标准阻抗之间失配的问题，对LED这种复数阻抗在较宽的带宽内实现较好的阻抗匹配，本发明提供了一种用于可见光通信系统的LED阻抗匹配方法，具体包括以下步骤：

步骤1：采用矢量网络分析仪测量目标LED的S11特性曲线，并将得到的S1P文件及测试用的PCB版图导入ADS软件中；

步骤2：串联测试用PCB版图，SMA接口模型和LED等效电路模型，用ADS软件对测得的S11特性曲线进行拟合，获得LED的寄生参数网络；

步骤3：以获得的LED寄生参数网络为负载，通过给定的带宽，阻抗变换比和最大衰减，估算低通滤波器原型阻抗变换器的阶数N，设计归一化低通原型阻抗变换器；

步骤4：根据步骤2中获得的负载阻抗及频率映射，由归一化元件值求得各元件的实际值；

步骤5：采用理查德变换和Kuroda等效将步骤3得到的阻抗变换器转变成微带线结构并设计PCB电路。

在一种优选方案中，步骤2中的等效电路模型包括封装寄生参数网络、LED芯片寄生参数网络及LED-PD本征响应网络。封装寄生参数网络包括第一寄生电容C_p、第一寄生电感L_p及第一寄生电容R_p。LED芯片寄生参数网络包括第二寄生电容C_C及第二寄生电阻R_C。步骤2中的S11特性曲线只与LED等效电路模型中的封装寄生参数网络及LED芯片寄生参数网络有关，与LED-PD本征响应网络无关。拟合LED的S11特性曲线就可以得到LED的寄生参数网络。

在一种优选方案中，步骤3中的归一化低通原型阻抗变换器包括N个串接的归一化电感和N个并接的归一化电容，它们交替连接。

在一种优选方案中，步骤5中的微带线结构，为N级串联“L”型网络。

在一种优选方案中，该方法进一步包括：所述步骤S5中的PCB电路可集成在可见光通信系统发射模块的PCB上，或在LED封装壳内制作在LED封装和散热陶瓷基板上。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：