CN105846048A - 一种太阳能电池天线 - Google Patents

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CN105846048A CN201610220880.2A CN201610220880A CN105846048A CN 105846048 A CN105846048 A CN 105846048A CN 201610220880 A CN201610220880 A CN 201610220880A CN 105846048 A CN105846048 A CN 105846048A
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吴知航
薛美
章可卿
王正斌
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Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池天线，属于天线与太阳能技术的交叉领域，包括贴片，半导体晶体，接地板，馈线，去耦电路和微波发生器。贴片位于半导体晶体的上表面，通过馈线和去耦电路与微波发生器相连接，微波发生器与接地板通过导线连接，贴片、半导体晶体与接地板构成太阳能电池，贴片作为天线辐射元件的同时也作为太阳能电池的上电极，半导体晶体作为介质基板，天线的接地板同时也作为太阳能电池的下电极。本发明将太阳能电池与天线一体化集成，较普通光伏天线集成度更高，能够实现通信设备的小型化、节能化、便携性及智能化。贴片天线采用环状结构，可以有效减少天线对电池板的光学遮挡，提高光伏天线整体的效率。

Description

一种太阳能电池天线
技术领域
本发明属于天线与太阳能技术的交叉领域，具体涉及一种太阳能电池与天线的集成技术。
背景技术
随着通信技术和无线设备的迅速发展，人们对天线设备的依赖越来越强，天线性能和外观结构对整个通信系统都有重要的影响。光伏太阳能是一种取之不尽，用之不竭的无污染绿色能源，光伏太阳能通信天线即是将太阳能电池与天线一体化设计的集成创新技术，目的是实现无线通信系统设备的小型化、节能化、智能化、便携化、低成本以及多功能化。
然而目前的太阳能供电系统与通信系统大多分属独立结构而简单组合，而且辐射贴片对太阳光的遮挡很大程度上降低了天阳能的效率，从而使整体的集成度不高，不利于系统的小型化、便携性以及低成本。
目前的太阳能供电系统与通信系统大多分属独立结构而简单组合，集成度不高。公告号为CN102097503B，名称为"太阳能电池集成天线的装置"的国内授权专利以及公告号为US6395971，名称为"Apparatus for converting solar energy into electricalenergy and for radiating and/or receiving high frequency electromagnetic waves"的美国专利都公开了将太阳能电池与贴片天线集成为一个整体的技术，但上述技术存在着辐射贴片对太阳光的遮挡很大，一定程度上降低了太阳能的效率，从而不利于系统的小型化、便携性以及低成本的实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中太阳能电池与贴片天线集成技术中存在的集成度不高及效率低下的问题。
鉴于此，本发明提出一种太阳能电池天线，包括贴片，半导体晶体，天线接地板，馈线，去耦电路和微波发生器。贴片位于半导体晶体的上表面，分别通过馈线和去耦电路与微波发生器相连接，微波发生器与天线接地板通过导线连接，贴片、半导体晶体与天线接地板构成太阳能电池，贴片作为天线辐射元件的同时也作为太阳能电池的上电极，半导体晶体作为介质基板，天线接地板同时也作为太阳能电池的下电极，所述贴片中间设有通孔。
上述通孔优选为圆形，贴片的形状呈环状结构。
上述半导体晶体可以是砷化镓、锗等制造太阳能电池的半导体晶体材料，优选为单晶硅。
为了减少直流总线对天线性能得影响，采用DC/RF去耦电路消除阻抗匹配性能的影响。
上述微波发生器由稳压电路、晶振和倍频器组成。
本发明技术方案的有益效果：
(1)将太阳能电池与天线一体化集成，较普通光伏天线集成度更高，能够实现通信设备的小型化、节能化、便携性及智能化。
(2)采用环状的辐射贴片天线，有效减少了天线对电池板的光学遮挡，提高了光伏天线整体的效率。
(3)提出了整体结构：采用微波发生器，将直流信号转化为微波信号。为了减少直流总线对天线性能得影响，采用DC/RF去耦电路消除阻抗匹配性能的影响。
附图说明
图1为太阳能电池天线的结构示意图。
标识说明：1-贴片；2-单晶硅；3-接地板；4-馈线；5-微波发生器。
图2为环状贴片天线、馈线与接地板的结构示意图。
标识说明：1-贴片；2-单晶硅；3-接地板；4-馈线。
图3为微波发生器的原理框图。
图4为天线的S11图。
图5为天线的E面方向性图。
图6为天线的H面方向性图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施进行详细说明。
如图1所示，太阳能电池天线的结构包括：1、贴片；2、单晶硅；3、接地板，材料通常为Al；4、馈线；5、微波发生器，光伏天线装置，包括太阳能电池和贴片天线集成结构，DC/RF去耦电路，微波发生器。其中，DC/RF去耦电路用导线将其与集成结构中的贴片接上。微波发生器用导线将其与集成结构太阳能电池接地板接上。最后将DC/RF去耦电路和微波发生器连接起来构成本发明整体结构。
其中的辐射贴片内开设通孔，通孔可以是任何形状，优选为环状贴片，如图2所示，辐射贴片同时作为太阳能电池的电上极；介质基板由太阳能电池结构中的晶体硅材料(包含N型半导体、P型半导体形成的PN结)构成；天线接地板同时也作为太阳能电池的电下极。微波发生器由稳压电路、晶振和倍频器组成，如图3所示。微波发生器与DC/RF去耦电路相连，两端分别接到馈线和接地板，形成谐振回路。
本发明的工作原理如下：首先，太阳光照射在晶体硅等半导体晶体上，晶体硅材料吸收光子后，产生电子-空穴对；然后，电性相反的光生载流子被半导体中PN结所产生的静电场分开；最后，光生载流子被太阳能电池的两极所收集，也就是被天线的辐射贴片和接地板收集，并在电路中产生电流，从而获得电能。贴片天线连接到DC/RF去耦电路，减少直流总线对天线性能的影响，去耦电路再由导线连接到晶振和倍频器，即微波发生器，将直流信号转化为微波信号，最后将将微波发生器连接到接地板形成谐振回路，达到给天线馈电的目的。
本发明还提供了一个具体实施例及其仿真结果：
本实施例中，天线的集成结构为：内外径差为2mm，厚度为0.017mm的铜构成的环状辐射贴片天线，同时也作为太阳能电池的电极；构成太阳能电池的0.4mm厚的单晶硅材料，同时作为贴片天线的介质基板；0.04mm厚的金属材料Al作为天线接地板的同时也作为太阳能电池的电极。馈线由0.2mm宽的铜构成，形成50Ω的馈带线。所述天线部分的增益为9.042dbB。
图4,5,6为根据以上结构做出的仿真结果。其中，图4为天线的S11图，图5为天线的E面方向性图，图6为天线的H面方向性图，体现了天线在一定频率范围内的性能，如方向性和带宽。
以上所述仅为本发明的优先实施例，在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能电池天线，包括贴片，半导体晶体，天线接地板，馈线，去耦电路和微波发生器，所述贴片位于半导体晶体的上表面，分别通过馈线和去耦电路与微波发生器相连接，微波发生器与天线接地板通过导线连接，贴片、半导体晶体与天线接地板构成太阳能电池，贴片作为天线辐射元件的同时也作为太阳能电池的上电极，半导体晶体作为介质基板，天线接地板同时也作为太阳能电池的下电极，其特征在于：所述贴片中间设有通孔。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池天线，其特征在于：所述通孔为圆形，贴片的形状为环状结构。
3.如权利要求1或2所述的一种太阳能电池天线，其特征在于：所述半导体晶体为单晶硅。
4.如权利要求1或2所述的一种太阳能电池天线，其特征在于：所述去耦电路为DC/RF电路。
5.如权利要求1所述的一种太阳能电池天线，其特征在于：所述微波发生器由稳压电路、晶振和倍频器组成。
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