CN108493607B - 一种有源天线和太阳电池集成大阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有源天线和太阳电池集成大阵列，包括太阳电池板、天线、电能管控模块、有源射频模块、馈电线、传输线；所述太阳电池板和天线共面集成设置，所述电能管控模块和有源射频模块分别设置在太阳电池板之下，所述馈电线穿过太阳电池板，所述馈电线的两端分别连接天线和有源射频模块，所述传输线分别连接有源射频模块和电能管控模块。本发明实现了有源天线自持式工作，依靠太阳电池供能，不需要额外提供电能，拓展了太阳电池的应用形式，实现天线阵列和太阳能光伏阵列一体化，使太阳电池阵列具备电磁感知能力，同时增加了有源阵列天线的应用自由度。可根据应用需要，因地制宜，设计构建电磁感知和能源自给的“复眼”大阵列信息装备系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线和太阳电池集成技术，尤其涉及的是一种有源天线和太阳电池集成大阵列。
背景技术
目前，太阳电池作为光能向电能转化装置广泛应用于太阳能光伏发电站、屋顶发电阵列、太阳能路灯、太阳能飞机、汽车等方面，太阳电池设计、加工、制备均有成熟工艺技术。有源天线作为电磁发射接收装置广泛应用于各种通讯设备、电磁探测设备等方面，有源天线技术发展亦有系列成熟理论技术。不过，将有源天线和太阳电池集成设计，实现有源天线和太阳电池共面设计、模块化封装、电能自我维持和智能调控的技术尚无相关报道。
将有源天线和太阳电池集成设计，由于太阳电池基底损耗大，造成天线效率降低，而且天线及其馈线对太阳电池结构的破坏及遮挡，造成太阳电池发电效率降低。将二者集成设计具有较大的技术挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：有源天线和太阳电池无法集成，提供了一种有源天线和太阳电池集成大阵列。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括太阳电池板、天线、电能管控模块、有源射频模块、馈电线、传输线；所述太阳电池板和天线共面集成设置，所述电能管控模块和有源射频模块分别设置在太阳电池板之下，所述馈电线穿过太阳电池板，所述馈电线的两端分别连接天线和有源射频模块，所述传输线分别连接有源射频模块和电能管控模块。
所述集成大阵列还包括密封外壳，所述密封外壳包覆在整个集成大阵列的外部。密封外壳用于保护和支撑“复眼”大阵列，并提供固定和安装接口。
所述密封外壳的朝太阳照射面的表面为透光透波材料制成。密封外壳具备防水能力，为整个阵列提供支撑和保护，并附有安装接口。
所述太阳电池板包括多个依次拼接而成的太阳电池基片，各个太阳电池基片之间通过导电线栅连通。可以根据实际需要进行拼接。
相邻太阳电池基片的拼接处具有空隙部，所述馈电线位于所述空隙部。可以减小馈电线对太阳电池板的影响。
所述太阳电池基片拼接处设置有馈电通道，所述馈电通道外围设置有一层用于阻断干扰的绝缘隔离层。能够降低馈电通道对太阳电池板之间的影响。
所述天线为介质透光天线或透光导电薄膜天线。有效降低了天线对太阳电池光照的遮挡，天线馈电线位于太阳电池基片拼接处，降低了天线馈电线对太阳电池模块的影响。
所述电能管控模块包括储能电池和控制芯片，所述储能电池用于收集存储太阳电池板产生的电能，所述控制芯片用于调控储能电池状态并向有源射频模块进行供电。
所述有源射频模块用于射频信号的发射接收和调制处理，所述有源射频模块通过馈电线向天线同轴馈电。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明将有源天线和太阳电池集成设计的思想，提出了一种有源天线和太阳电池集成大阵列技术及其应用，初步解决了有源天线和太阳电池集成设计带来的系列技术问题，实现了有源天线自持式工作，依靠太阳电池供能，不需要额外提供电能，拓展了太阳电池的应用形式，实现天线阵列和太阳能光伏阵列一体化，使太阳电池阵列具备电磁感知能力，同时增加了有源阵列天线的应用自由度。可根据应用需要，因地制宜，设计构建电磁感知和能源自给的“复眼”大阵列信息装备系统。本发明从系统集成角度，合理设计太阳电池，天线布局，较好的解决了现有技术不能完成的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是太阳电池板的俯视图；
图3是复眼大阵列稀疏化布阵示意图；
图4是复眼大阵列零扫描方向图；
图5是复眼大阵列扫描60°方向图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例包括太阳电池板2、天线1、电能管控模块3、有源射频模块4、馈电线5、传输线6和密封外壳7；所述太阳电池板2和天线1共面集成设置，所述电能管控模块3和有源射频模块4分别设置在太阳电池板2之下，所述馈电线5穿过太阳电池板2，所述馈电线5的两端分别连接天线1和有源射频模块4，所述传输线6分别连接有源射频模块4和电能管控模块3，所述密封外壳7包覆在整个集成大阵列的外部。密封外壳7用于保护和支撑“复眼”大阵列，并提供固定和安装接口。
在进行“复眼”大阵列设计前，首先需要根据应用需求确定“复眼”大阵列指标参数，确定天线1工作频率、工作带宽、扫描范围，天线1是收发共用还是收发分置，以此确定天线1形式、单元间距、有源射频模块4组件功能、太阳电池基片大小及结构形式。
所述密封外壳7的朝太阳照射面的表面为透光透波材料制成。通常选用玻璃。密封外壳7具备防水能力，为整个阵列提供支撑和保护，并附有安装接口，便于子阵的安装架设。
所述太阳电池板2包括多个依次拼接而成的太阳电池基片11，各个太阳电池基片11之间通过导电线栅连通。可以根据实际需要进行拼接。
所述太阳电池基片11拼接处设置有馈电通道，所述馈电通道外围设置有一层用于阻断干扰的绝缘隔离层。能够降低馈电通道对太阳电池板2之间的影响。
太阳电池板2为常规成熟技术制备的太阳电池，它由许多太阳电池基片11拼接组装而成，用于收集太阳电池转化的电能。不同之处在于有天线1馈电线5的太阳电池基片11需要设计馈电通道，馈电通道位于太阳电池基片11边缘拼接处。此种设计方案充分借用了传统成熟太阳电池制备技术，有利于提高产品可靠性和降低成本，馈电通道设置在太阳电池基片11边缘拼接处，可尽量减小馈电线5对太阳电池板2发电及电流传输的影响。
相邻太阳电池基片11的拼接处具有空隙部12，所述馈电线5位于所述空隙部12。可以减小馈电线5对太阳电池板2的影响。
馈电线5穿过太阳电池，采用同轴馈电形式，上端连接天线1，下端连接有源射频模块4。有馈电通道的太阳电池基片11需要与馈电通道做好隔离设计，可以将馈电通道周围一小圈区域设计为绝缘区，防止太阳电池发电电流对馈电线5的干扰，或者在馈电通道外壁增加一圈介质隔离层，起到隔离效果。
所述天线1为介质透光天线1或透光导电薄膜天线1。有效降低了天线1对太阳电池光照的遮挡，它位于太阳电池上方，与太阳电池共面集成设计。根据应用需求，如工作带宽、扫描范围、增益、方向图灵活选取天线1形式、单元间距。采用介质透光天线1或透光导电薄膜天线1目的在于降低天线1对光照的遮挡，确保太阳电池获得足够的光照量。
所述电能管控模块3包括储能电池和控制芯片，所述储能电池用于收集存储太阳电池板2产生的电能，所述控制芯片用于调控储能电池状态并向有源射频模块4进行供电。电能管控模块3同时为天线1在发射状态提供发射功率。电能管控模块3安装固定于太阳电池下方，有独立的封装外壳，该外壳可隔离外部环境影响。
所述有源射频模块4用于射频信号的发射接收和调制处理，所述有源射频模块4通过馈电线5向天线1同轴馈电。通常包含有发射组件模块、接收组件模块、信号调制和处理模块等，采用集成电路技术，实现有源射频模块4的整体设计、加工、封装。有源射频模块4安装固定于太阳电池下方，有独立的封装外壳，该外壳可隔离外部环境影响。电能管控模块3通过传输线6路为有源射频模块4提供电能并进行智能管控。
传输线6位于太阳电池下方，分别连通电能管控模块3和有源射频模块4，传输线6的接头形式根据电能管控模块3和有源射频模块4接头形式确定。
本实施例以某个光照充足的平整戈壁地作为应用场景。选取直径560m的圆形区域安装架设复眼大阵列。
根据天线1工作频带及扫描要求设计“复眼”大阵列子阵大小，以馈电线5位于太阳电池基片11拼接处及“复眼”大阵列子阵对称性为设计依据，保证“复眼”大阵列子阵具备通用化和模块化，便于批量生产、架设安装。
本实施例的“复眼”大阵列采用稀疏化布阵优化设计方法，可有效减少“复眼”大阵列中有源天线1及通道数量，在保证天线1阵性能情况下显著降低成本。
在直径560m区域内，稀疏化后不包含有源天线1的区域采用传统的太阳能光伏面板，通过连线为有源天线1提供电能。传统太阳能光伏阵比“复眼”大阵列成本更低，因此，天线1稀疏化设计可更进一步降低成本。
在直径560m圆形区域“复眼”大阵列分布如图3所示。该“复眼”大阵列组成的阵列天线1具备很窄的波束宽度和良好的波束扫描能力，如图4和图5所示。
基于应用环境和应用需要，“复眼”大阵列技术可构建成相应的信息装备平台。部分应用场景举例如下：沙漠、戈壁、湖面、海平面、山坡、屋顶、太阳能路灯、空间飞行器太阳能帆板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，包括太阳电池板、天线、电能管控模块、有源射频模块、馈电线、传输线；所述太阳电池板和天线共面集成设置，所述电能管控模块和有源射频模块分别设置在太阳电池板之下，所述馈电线穿过太阳电池板，所述馈电线的两端分别连接天线和有源射频模块，所述传输线分别连接有源射频模块和电能管控模块；所述太阳电池板包括多个依次拼接而成的太阳电池基片，各个太阳电池基片之间通过导电线栅连通；相邻太阳电池基片的拼接处具有空隙部，所述馈电线位于所述空隙部；所述太阳电池基片拼接处设置有馈电通道，所述馈电通道外围设置有一层用于阻断干扰的绝缘隔离层。
2.根据权利要求1所述的一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，所述集成大阵列还包括密封外壳，所述密封外壳包覆在整个集成大阵列的外部。
3.根据权利要求2所述的一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，所述密封外壳的朝太阳照射面的表面为透光透波材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，所述天线为介质透光天线或透光导电薄膜天线。
5.根据权利要求1所述的一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，所述电能管控模块包括储能电池和控制芯片，所述储能电池用于收集存储太阳电池板产生的电能，所述控制芯片用于调控储能电池状态并向有源射频模块进行供电。
6.根据权利要求1所述的一种有源天线和太阳电池集成大阵列，其特征在于，所述有源射频模块用于射频信号的发射接收和调制处理，所述有源射频模块通过馈电线向天线同轴馈电。
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