CN103247848A

CN103247848A - 集成有太阳能电池的天线

Info

Publication number: CN103247848A
Application number: CN2013100174901A
Authority: CN
Inventors: 三上成信
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-08-14
Also published as: US9178273B2; JP2013162276A; JP5708519B2; US20130201063A1

Abstract

天线（12）集成有太阳能电池（11）。天线（12）具有布置在太阳能电池（11）上的辐射单元部（13）。辐射单元部（13）由金属线材（13a）制成并且形成为网状样式。

Description

集成有太阳能电池的天线

技术领域

本发明涉及一种集成有太阳能电池的天线。

背景技术

集成有太阳能电池的天线在本领域中是已知的，例如，如在日本专利公布No.H10-270925中所公开的。由电导体薄膜和阵列天线元件构成的现有技术的天线形成于太阳能电池上。该天线的电导体薄膜由形成在薄膜中的金属材料制成。因为电导体薄膜的电阻率很高，所以天线的整体损耗很大。因此天线增益被大幅减小。

发明内容

鉴于上述观点做出了本发明。本发明的目标是提供一种集成有太阳能电池的天线，根据该天线，能够减小天线的总体损耗，以便改进天线增益。

根据本发明的特征，集成有太阳能电池的天线由太阳能电池（11）和天线（12、22、32）构成，其中该天线具有在太阳能电池上的辐射单元部（13、23、33A、33B）。辐射单元部由金属材料制成，并且不是以薄膜样式形成，而是以网状样式形成。这样的辐射单元部的电阻率未被增加，而且总体能够使天线的损耗变得更小。相应地，改进了天线增益。

附图说明

根据下面参考附图作出的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加清楚。在附图中：

图1A是根据本发明第一实施例的集成有太阳能电池的天线的结构的示意性截面图；

图1B是示出了集成有太阳能电池的天线的示意性平面图，其中从图中省略了介电体；

图2是示出了天线结构的示意性透视图；

图3是示出了天线的相关部分的放大示意图，其中线材彼此相交；

图4A-4C是用于解释一个波长中包括的线材的数量与针对一个波长的分割数之间的关系的示意图；

图5是示出了关于天线的针对一个波长的分割数与太阳光透射率之间的关系的曲线图；

图6A和图6B是截面图和平面图，每个均示意性地示出了根据本发明第二实施例的集成有太阳能电池的天线；

图7A和图7B是截面图和平面图，每个均示意性地示出了根据本发明第三实施例的集成有太阳能电池的天线；

图8A和图8B是截面图和平面图，每个均示意性地示出了第一实施例的变型；

图9A和9B是截面图和平面图，每个均示意性地示出了第二实施例的变型；以及

图10A和图10B是截面图和平面图，每个均示意性地示出了第三实施例的变型。

具体实施方式

（第一实施例）

将参照图1-5来介绍本公开的第一实施例。下面将介绍的以扁平形状形成的天线（所谓的贴片天线）的结构。

如图1A所示，集成有太阳能电池的天线10由太阳能电池11和贴片天线12构成。

如图1B所示，太阳能电池11形成为矩形形状，其中一个表面指向向上的方向。太阳能电池11由多个汇流排电极11a和多个网格线11b构成，网格线11b与汇流排电极11a以直角相交。在太阳能电池11中，发电单元接收太阳光以产生电力，经由各自的网格线11b在汇流排电极11a处收集该电力，并将该电力充电到电池中。

贴片天线12具有布置在太阳能电池11的上侧上的辐射单元部13。如图1B和图2所示，辐射单元部13由细金属线材13a制成，并且形成为网状样式。贴片天线12具有布置在太阳能电池11之上的底板部14。同样地，底板部14由细金属线材14a制成，并且形成为网状样式。贴片天线12还具有馈线部15，馈线部15被布置在太阳能电池11上，但是被布置在底板部14下面。如图2所示，同样地，馈线部15由细金属线材15a制成，并且形成为网状样式。馈线部15由在垂直方向上延伸的垂直馈线部15A和在水平方向上延伸的水平馈线部15B构成。

辐射单元部13、底板部14和馈线部15的线材13a、14a和15a在垂直方向上彼此重叠。此外，线材13a、14a和15a被布置为在垂直方向上与汇流排电极11a和网格线11b重叠。辐射单元部13、底板部14和馈线部15由透明介电体16支撑。介电体16由例如玻璃基材料或树脂基材料制成。当在垂直方向观察时，介电体16具有矩形外形。介电体16的外形在垂直方向上与太阳能电池11的矩形外形相一致。

如图2所示，垂直馈线部15A的每个线材15a在辐射单元部13和垂直馈线部15A之间的每个连接点处，连接到辐射单元部13的相应线材13a。以类似的方式，垂直馈线部15A的每个线材15a在垂直馈线部15A和水平馈线部15B之间的每个连接点处，连接到水平馈线部15B的相应线材15a。当在垂直方向观察时，垂直馈线部15A的多个线材15a被布置为十字形式。

每个线材13a、14a和15a的线径（图3所示）大于在贴片天线12的可使用频率下的每个线材13a、14a和15a的表皮深度（epidermal depth）“d”。可以由下列公式1获得表皮深度“d[m]”：

<公式1>

d = \sqrt{(2 / ω \cdot μ \cdot ρ)}

ω：2πf

f：天线的可使用频率[Hz]

μ：导磁率[H/m]

ρ：导电率[S/m]

例如，在天线的可使用频率“f”为“100×10⁶[Hz]”、线材的导磁率“μ”为“4π×10^-7[H/m]”、线材（铜）的导电率“ρ”为“58×10⁶[S/m]”的情况下，则表皮深度变为“6.6×10^-6[m]”。

各个线材13a、14a和15a之间的每个间隔“K”（图3所示）被选定为满足下列公式2：

<公式2>K=λ/N

λ：根据天线的可使用频率获得的波长[m]

N：一个波长的分割数

如上所述，各个间隔“K”中的每一个被设定为小于从天线可使用频率获得的波长“λ”。

一个波长的分割数“N”表示一个波长的波形的分割部分的数量，其中一个波长“λ”被包括在一个波长范围中的多个线材分割成多个部分。换句话说，一个波长的分割数“N”与包括在一个波长范围中的线材数量有关。

例如，如图4A所示，当一个波长范围中包括的线材数量为5（五个）时，分割数“N”变为4（四个）。如图4B所示，在线材数量为3（三个）的情况下，分割数“N”变为2（两个）。另外，如图4C所示，当一个波长范围内存在2个（两个）线材时，分割数“N”变为1（一个）。

当一个波长范围中包括的线材数量变小时，相邻线材之间的间隔“K”变大。例如，在贴片天线12的可使用频率为“100[MHz]”，而且光速为“3×10⁸[m/s]”的情况下，通过“3×10⁸[m/s]”/“100[MHz]”来计算波长“λ”。结果，波长“λ”变为“3[m]”。

在上面介绍的结构中，由于介电体16被设置在底板部14和水平馈线部15B（馈线部15的一部分）之间，所以形成了用于微带传输路径的结构。通过辐射单元部13发射或接收的无线电波，通过用于微带传输路径的结构被发送自电路（未示出）或被发送到电路（未示出）。

将参照图5介绍一个波长的分割数“N”和太阳光穿过贴片天线12的透射率“T”之间的关系。

图5示出了一种情况的示例，根据该情况，线材材料是铜（ρ=58x10⁶[S/m]），而且可使用频率“f”是100[MHz]。由字母“a”、“b”或“c”表示的每个特征曲线的线径

大于（或等于）表皮深度“d”。更确切地，字母“a”示出了一种情况，其中线材的线径

比表皮深度“d”大十（10.0）倍。字母“b”示出了一种情况，其中线材的线径

比表皮深度“d”大三（3.0）倍。字母“c”示出了一种情况，其中线材的线径

比表皮深度“d”大一（1.0）倍。字母“d”示出了一种情况，其中线材的线径比表皮深度“d”大0.3倍。换句话说，其示出了线材的线径小于表皮深度“d”的情况。

在图5中，阴影区域Z1表示线材的线径

小于表皮深度“d”的区域。在该区域Z1中贴片天线12的性能极度下降。另一个阴影区域Z2表示这样的区域，其中一个波长的分割数“N”小于“1”。换句话说，一个波长范围中包括的线材数量变为小于2，从而线材之间的间隔“K”变得大于波长“λ”。因此，在该区域Z2中贴片天线12的性能也极度下降。

太阳光的透射率“T（%）”表示太阳光穿过贴片天线12的程度，其可由下列公式3获得：

<公式3>

如图5所示，在由字母“a”表示的情况下，当一个波长的分割数“N”小于200时，线材之间的间隔“K”变得足够大，使得太阳光的透射率“T（%）”变为大于99（%）的值。在由字母“b”表示的情况下，当一个波长的分割数“N”小于600时，线材之间的间隔“K”变得足够大，使得太阳光的透射率“T（%）”变为大于99（%）的值。在由字母“c”表示的情况下，当一个波长的分割数“N”小于2000时，线材之间的间隔“K”变得足够大，使得太阳光的透射率“T（%）”变为大于99（%）的值。

在由字母“d”表示的情况下，即线材的线径

小于表皮深度“d”的情况下，当一个波长的分割数“N”小于5000时，期望太阳光的透射率“T（%）”变为大于99（%）。然而，因为字母“d”的情况被包括在区域Z1中（其中线径

小于表皮深度“d”），所以贴片天线12的性能极度下降。也就是说，天线12不能足够地显示出天线的功能。

根据本实施例，如上所述，集成有太阳能电池的天线具有太阳能电池11和贴片天线12，其中贴片天线12具有布置在太阳能电池11上的辐射单元部13。辐射单元部13由金属材料制成，并且辐射单元部13不是以薄膜形式，而是通过线材13a以网状样式形成。在这样的结构的辐射单元部13中，电阻率没有增大太多，由此贴片天线12的损耗整体上会变得更小。相应地，能够改进天线增益。

另外，底板部14被布置在太阳能电池11上，并且形成贴片天线12的一部分，底板部14由网状样式的金属线材14a制成。另外，馈线部15也被布置在太阳能电池11上，并且形成贴片天线12的一部分，馈线部15由网状样式的金属线材15a制成。底板部14的电阻率和馈线部15的电阻率没有增大。因此，使贴片天线12的损耗整体变小，从而进一步改进贴片天线的增益。

辐射单元部13、底板部14和馈线部15布置在太阳能电池11上，并且线材13a、14a和15b被布置为在垂直方向上彼此重叠。根据这样的结构，那些部分13、14和15不会大量阻挡太阳光到达太阳能电池11，从而太阳能电池11能够有效和充分地接收阳光。

另外，因为辐射单元部13、底板部14和馈线部15由透明介电体16支撑，所以到达太阳能电池11的阳光的透射率不会受到不利影响。辐射单元部13、底板部14和馈线部15由介电体16稳定和稳固地支撑。

介电体16的外形在垂直方向上与太阳能电池11的外形一致。太阳能电池11的上侧表面不直接暴露到外面。换句话说，布置在太阳能电池11上的天线12保护了太阳能电池11的上侧表面。

另外，使各个线材13a、14a和15a的线径大于表皮深度“d”，表皮深度“d”是根据贴片天线12的可使用频率“f”获得。使相邻线材13a、14a和15a之间的间隔“K”小于波长“λ”，波长“λ”也是根据贴片天线12的可使用频率“f”获得。贴片天线12的性能没有下降，从而贴片天线12能够0有效地显示出其功能。

各个线材13a、14a和15a在垂直方向上被布置为与汇流排电极11a和网格线11b重叠。线材13a、14a和15a不会大量阻挡阳光到达太阳能电池11。换句话说，可以使被线材13a、14a和15a阻挡的阳光量最小化，从而太阳能电池11能够充分地接收阳光。

（第二实施例）

将参考图6A和图6B介绍本公开的第二实施例。如图6A所示，集成有太阳能电池的天线20具有取代贴片天线12的倒F形天线22。

倒F形天线22具有布置在太阳能电池11的上侧上的辐射单元部23。如图6B所示，辐射单元部23由细金属线材23a制成，并且被形成为网状样式。倒F形天线22具有被布置在太阳能电池11上的底板部24。如图6B所示，同样地，底板部24由细金属线材24a制成，并且形成为网状样式。倒F形天线22进一步具有馈线部25，馈线部25被布置在太阳能电池11之上，但是在底板部24下面。同样地，馈线部25由细金属线材（未示出）制成，并且形成为网状样式。馈线部25由在垂直方向上延伸的垂直馈线部25A和在水平方向上延伸的水平馈线部25B构成。倒F形天线22进一步具有连接线部26，连接线部26用于将辐射单元部23的一端连接到底板部24。虽然在图中未示出，同样地，连接线部26由细金属线材制成，并且形成为网状样式。

根据第二实施例，辐射单元部23（其为倒F形天线22的一部分）由细金属线材23a制成，而且形成为网状样式。因为辐射单元部23的电阻率没有增大太多，所以使倒F形天线22的损耗整体上变得更小。相应地，能够改进天线增益。另外，因为底板部24、馈线部25和连接线部26（它们是倒F形天线22的部件）由细金属线材以网状样式形成，所以可以使倒F形天线22的损耗整体上变得更小，由此进一步改进天线增益。

（第三实施例）

将参考图7A和图7B介绍本发明的第三实施例。如图7A所示，集成有太阳能电池的天线30具有取代贴片天线12的偶极天线32。

偶极天线32具有被布置在太阳能电池11的上侧上的一对辐射单元部33A和33B。如图7B所示，辐射单元部33A和33B中的每个由细金属线材33a制成，并且形成为网状样式。偶极天线32具有被布置在太阳能电池11上的底板部34。如图7B所示，同样地，底板部34由细金属线材34a制成，并且形成为网状样式。偶极天线32进一步具有馈线部35，馈线部35被布置在太阳能电池11上，但是在底板部34下面。同样地，馈线部35由细金属线材（未示出）制成，并且形成网状样式。馈线部35由在垂直方向上延伸的垂直馈线部35A和在水平方向上延伸的水平馈线部35B构成。偶极天线32进一步具有连接线部36，连接线部36用于将辐射单元部33B的一端连接到底板部34。虽然在图中未示出，同样地，连接线部36由细金属线材制成，并且形成为网状样式。

以与第一实施例和第二实施例相同的方式，在第三实施例中，辐射单元部33A和33B（其为偶极天线32的一部分）由细金属线材33a制成，而且形成为网状样式。因为辐射单元部33A和33B的电阻率没有增大太多，所以可以使偶极天线32的损耗整体上变得更小。另外，因为底板部34、馈线部35和连接线部36（它们为偶极天线32的部件）由细金属线材以网状样式形成，所以可以使偶极天线32的损耗整体上变得更小，由此能够进一步改进天线增益。

（另外的实施例和/或变型）

本公开应该不限于上述实施例，而可以以各种方式改变本发明，而不背离本公开的精神。例如，可作如下变型。

底板部和馈线部可不形成在太阳能电池上面，而是在太阳能电池下面。例如，图8A和图8B示出了第一实施例的变型，根据该变型，底板部14和水平馈线部15B（馈线部15的一部分）被布置在太阳能电池11下面。图9A和图9B示出了第二实施例的变型，根据该变型，底板部24和水平馈线部25B（馈线部25的一部分）被布置在太阳能电池11下面。图10A和图10B示出了第三实施例的变型，根据该变型，底板部34和水平馈线部35B（馈线部35的一部分）被布置在太阳能电池11下面。根据上述变型，仅各个天线12、22和32的辐射元件13、23、33A和33B被布置在太阳能电池11上。能够进一步减少将被天线部件阻挡的阳光量，由此增大太阳能电池11接收的阳光量。

根据本公开，天线部件由多个细线材制成，并且形成为网状样式。可以容易地使天线形成各种期望的形状，以便显示出合适的天线性能。

本发明中的上述实施例和变型可以彼此组合。

Claims

1.一种集成有太阳能电池的天线，包括：

所述太阳能电池（11）；以及

天线（12、22、32），其具有被布置在所述太阳能电池（11）上侧以上的辐射单元部（13、23、33A、33B），

其中，所述辐射单元部（13、23、33A、33B）由金属线材（13a、23a、33a）制成并且以网状样式形成。

2.根据权利要求1所述的天线，还包括：

被布置在所述太阳能电池（11）以上的底板部（14、24、34），

其中，所述底板部（14、24、34）由金属线材（14a、24a、34a）制成并且以网状样式形成。

3.根据权利要求2所述的天线，还包括：

被布置在所述底板部（14、24、34）以下的馈线部（15、25、35），

其中，所述馈线部（15、25、35）由金属线材（15a）制成并且以网状样式形成。

4.根据权利要求2所述的天线，其中

所述辐射单元部（13、23、33A、33B）的所述线材（13a、23a、33a）和所述底板部（14、24、34）的所述线材（14a、24a、34a）在所述天线的垂直方向上彼此重叠。

5.根据权利要求3所述的天线，其中

所述辐射单元部（13、23、33A、33B）的所述线材（13a、23a、33a）、所述底板部（14、24、34）的所述线材（14a、24a、34a）和所述馈线部（15、25、35）的所述线材（15a）在所述天线的垂直方向上彼此重叠。

6.根据权利要求2或4所述的天线，其中

由透明介电体（16）支撑所述辐射单元部（13、23、33A、33B）和所述底板部（14、24、34）。

7.根据权利要求3或5所述的天线，其中

由透明介电体（16）支撑所述辐射单元部（13、23、33A、33B）、所述底板部（14、24、34）和所述馈线部（15、25、35）。

8.根据权利要求6所述的天线，其中

所述介电体（16）具有在所述天线的垂直方向上与所述太阳能电池（11）的外形一致的外形。

9.根据权利要求1至5中的任一项所述的天线，其中

所述线材（13a、23a、33a）的线径

大于在所述天线的可使用频率下的表皮深度（d）。

10.根据权利要求1至5中的任一项所述的天线，其中

所述线材（13a、23a、33a）之间的间隔（K）小于所述天线的可使用频率的波长（λ）。

11.根据权利要求1至5中的任一项所述的天线，其中

所述线材（13a、23a、33a）被布置为在所述天线的垂直方向上，与所述太阳能电池（11）的汇流排电极（11a）和网格线（11b）的区域重叠。