有源光旋转连接器的研究

摘要

该文为弥补传统的光旋转连接系统在机械精度要求高、结构复杂、成本高等方面的局限,提出了红外空间互连旋转连接器和采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器两种设计方案,它们都具有机械结构简单,光信号耦合容易实现等特点.对这两种系统的设计方案和系统优化方法的探索,在现有技术的综合应用,以及开发新型光旋转连接器并推广使用方面具有开拓性意义.该文的主要工作:1.提出将红外无线数据传输技术引入旋转连接器的设计思想,并根据旋转连接器的基本设计要求,及其与红外无线传输技术相结合的具体要求,完成了红外空间互连旋转连接器的整体设计方案.2.设计了红外空间互连旋转连接器的电路.从微机接口、通信控制和红外收发三个层次讨论了电路的实现方法,并完成了信号调制与解调的时序仿真.采用多种新型器件和功能模块,设计了具有功能齐全,体积小等特点的电路硬件.3.通过实验检验了红外空间互连旋转连接器的适应性.在不同主机操作系统下,对红外空间互连旋转连接器的传输性能进行分析与评估,测试了系统的通信速率、传输稳定性和可靠性等重要指标,并总结了红外空间互连旋转连接器的传输特点.4.优化设计了旋转连接器中的红外光链路.分析了IrDA协议规定的红外无线信道的特性,从改善红外互连旋转连接器光链路,优化系统的角度设计了准直光学系统,用其减小红外光发散角,从而提高旋转连接器的传输性能.5.设计了采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器.该系统综合了有源及无源光纤旋转连接器的系统结构,转动部分用自聚焦透镜准直光信号,固定接收部分用光电和电光变换电路,从而完成光信号的旋转连接.文中根据系统性能要求,完成了系统整体结构和各组成部分的设计,并模拟和计算了系统的耦合效率,从理论上分析了该光电混合光纤旋转连接器传输光信号的有效性.

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1旋转连接技术及其研究意义

§1.2光旋转连接器概述

§1.2.1光旋转连接器的基本工作原理

§1.2.2光旋转连接器的分类

§1.2.3典型的光旋转连接器设计方案

§1.3本论文的研究目标及主要研究内容

第二章红外空间互连旋转连接器的总体设计

§2.1红外无线传输技术与旋转连接器设计的结合

§2.1.1采用无线传输技术的旋转连接器设计原理

§2.1.2旋转连接器中无线传输方式的选择

§2.1.3红外空间互连技术及IrDA规范

§2.2红外空间互连旋转连接器的系统设计

§2.2.1红外空间互连旋转连接器的设计要求

§2.2.2红外空间互连旋转连接器的总体结构

本章小结

第三章红外空间互连旋转连接器的电路设计

§3.1系统硬件电路的总体设计方案

§3.2微机接口的选择和设计

§3.2.1几种标准计算机接口的比较和选择

§3.2.2 USB接口的特性

§3.2.3接口电路的设计

§3.3通信控制电路的原理及设计

§3.3.1 USB的数据编码

§3.3.2 4Mb/s红外无线数据传输的调制方式

§3.3.3红外信号调制与解调的实现

§3.4红外收发层的电路原理及设计

§3.4.1红外发射电路

§3.4.2红外接收电路

§3.5红外无线数据传输卡的PCB设计

本章小结

第四章红外空间互连旋转连接器的传输实验

本章小结

第五章旋转连接器中红外光链路的优化设计

§5.1红外无线信道分析

§5.1.1红外光链路的对称性

§5.1.2红外无线信道模型

§5.1.3红外收发器物理性能对红外信道的影响

§5.2准直光学系统的设计

§5.2.1准直光学系统的作用

§5.2.2红外光学系统的特点及设计原则

§5.2.3光学系统的设计及计算

§5.2.4光学系统的集成

本章小结

第六章光电混合光纤旋转连接器的研究

§6.1光电混合光纤旋转连接器的设计

§6.1.1系统的总体结构

§6.1.2自聚焦透镜的特性及其在系统中的重要作用

§6.1.3光电探测器的特性及其选择

§6.1.4半导体激光二极管的特性及其选择

§6.1.5探测器及半导体激光器的外围电路设计

§6.1.6电路的PCB设计

§6.2自聚焦透镜与光电探测器的耦合效率分析

§6.2.1影响光信号耦合效率的因素

§6.2.2系统的光信号耦合效率理论分析

本章小结

第七章工作总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢