CN109103609B - 一种集成太阳电池的一体化天线及阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成太阳电池的一体化天线及阵列，所述太阳电池位于介质隔离板上方，所述贴片天线位于介质隔离板的下方，所述介质隔离板的厚度大于八分之一的天线工作波长，所述太阳电池包括电池基片，与分别包覆在电池基片上下表面的上保护层和下保护层，所述电池基片的上表面和下表面分别具有纵横垂直排列的金属线栅电极，所述线栅电极的疏密与所述贴片天线的极化方向相匹配，所述贴片天线位于所述天线基板上。本发明的天线可不依赖外部供能自持式工作，具有便捷、高效、灵活的特点，可应用于目标探测与识别、信息通信、微波无线输能、智慧城市家居等领域。

Description

一种集成太阳电池的一体化天线及阵列
技术领域
本发明涉及天线和太阳电池领域，尤其涉及的是一种集成太阳电池的一体化天线及阵列。
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。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。阵列天线和太阳电池均需要一定的口径面积用于提供有效增益和收集太阳光，将太阳电池和天线阵列一体化集成设计，可以设计出同时具备天线和太阳电池功能的新型系统，进一步，太阳电池发电电能可以供天线有源组件使用，缩短了馈电网络的供电线路，降低了传输损耗。天线和太阳电池一体化设计，对天线性能，太阳电池的性能均会造成不利影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：无法将天线和太阳电池集成为一体，提供了一种集成太阳电池的一体化天线及阵列。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种集成太阳电池的一体化天线，包括太阳电池、介质隔离板、贴片天线和天线基板；所述太阳电池位于介质隔离板上方，所述贴片天线位于介质隔离板的下方，所述介质隔离板的厚度大于八分之一的天线工作波长，所述太阳电池包括电池基片，与分别包覆在电池基片上下表面的上保护层和下保护层，所述电池基片的上表面和下表面分别具有纵横垂直排列的金属线栅电极，所述线栅电极的疏密与所述贴片天线的极化方向相匹配，所述贴片天线位于所述天线基板上。
所述贴片天线为覆铜膜，按三条横线一条竖线贴成E字形，位于E字上下两端的横线的右端分别具有指向中间横线的90°弯折部。贴片天线，通常为微带贴片天线，也可采用玻璃、陶瓷等基板制作贴片天线。
所述位于E字上下两端的横线的弯折部延伸连为一体，贴片天线形成日字形。
所述贴片天线的三条横线沿纵向依次设置，纵向分布的线栅电极排布密集，横向分布线栅电极排布稀疏。金属线栅非常细，与贴片天线极化方向相匹配。
作为本发明的优选方式之一，所述天线基板上连接有同轴馈电端口，所述同轴馈电端口连接在E字形的中间横线上。
所述天线基板为一种或多种，一层或多层介质板组合而成，所述天线基板的背面采用覆铜层或者增加金属板作为天线的反射地板。天线基板厚度可根据天线工作频率及性能来优化确定，可以采用微带板和泡沫板组合形式。
所述介质隔离板为玻璃、纸蜂窝、泡沫、空气中的任一种制成。介质隔离板的厚度与天线工作频率相关，工作频率越低，介质隔离板越厚。若采用空气做介质隔离，则需要额外设置支撑柱或支撑块用于支撑固定太阳电池和天线。
所述上保护层为玻璃制成，所述下保护层为玻璃或介质薄膜制成。具有一定厚度的透光、透波性能良好。
一种一体化天线组成的阵列，所述阵列由一体化天线按矩形栅格、三角栅格、稀疏化随机布阵排布而成。
所述阵列整体封装为密封防水的功能模块，连接线栅电极的汇流线路布置在功能模块边缘，减小对天线性能的影响，同轴馈电端口做防水处理，以保证其野外露天工作能力。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明由太阳电池和天线单元可组成太阳电池光伏阵列和天线阵列，太阳电池光伏阵可发电，天线阵列可实现电磁波的收发。基于集成太阳电池的一体化天线及其阵列，使得传统太阳电池具备电磁感知能力，同时太阳电池获得的电能可供天线使用。这种一体化天线可不依赖外部供能自持式工作，具有便捷、高效、灵活的特点，可应用于目标探测与识别、信息通信、微波无线输能、智慧城市家居等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是单个天线单元的模型图；
图3是天线单元驻波曲线图；
图4是天线单元增意图。
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所示，本实施例包括太阳电池、介质隔离板4、贴片天线5和天线基板7；所述太阳电池位于介质隔离板4上方，所述贴片天线5位于介质隔离板4的下方，所述介质隔离板4的厚度大于八分之一的天线工作波长，所述太阳电池包括电池基片1，与分别包覆在电池基片1上下表面的上保护层2和下保护层3，所述电池基片1的上表面和下表面分别具有纵横垂直排列的金属线栅电极，所述线栅电极的疏密与所述贴片天线5的极化方向相匹配，所述贴片天线5位于所述天线基板7上。
本实施例的阵列由图2的天线单元按矩形栅格排布而成，其他实施例中可以为三角栅格、稀疏化随机布阵等。
阵列整体封装为密封防水的功能模块，连接线栅电极的汇流线路布置在功能模块边缘，减小对天线性能的影响，同轴馈电端口6做防水处理，以保证其野外露天工作能力。
所述贴片天线5为覆铜膜，按三条横线一条竖线贴成E字形，位于E字上下两端的横线的右端分别具有指向中间横线的90°弯折部。贴片天线5，通常为微带贴片天线5，也可采用玻璃、陶瓷等基板制作贴片天线5。
如图2所示，本实施例以X波段贴片天线5单元为例。
本实施例的硅基太阳电池基片1厚度约为0.25mm，电池基片1的上保护层2和下保护层3均为玻璃，厚度为1mm。十字交错的金属线栅电极纵向分布较密，间距约为2mm，横向分布较稀，约20mm。由于天线单元模型较小，横向金属线栅电极在图2中未能显示出来。
中间的介质隔离板4采用蜂窝芯隔离板，厚度约6mm，蜂窝芯具有质量轻、强度高、介电常数低的优点。
贴片天线5采用0.506mm厚度的Rogers 6002微带覆铜板制备，为了增加带宽，微带贴片天线5下方增加了一定厚度的泡沫介质板作为天线基板7，泡沫介质板下方是金属板，该金属板也是太阳电池和天线整体封装框架结构的一部分。
集成太阳电池的一体化天线，天线单元间距、布阵形式不受太阳电池分布影响。
本实施例的贴片天线5工作带宽在8.5-9.8GHz，在该频带天线驻波小于2，如图3所示。对应的天线单元增益图如图4所示，图中给出了8.5GHz、9.1GHz、9.7GHz频点的天线增益图。由此可见，天线单元具有较高的增益，太阳电池对天线增益影响较小。由于太阳电池位于天线上方，中间由介质隔离板4隔开，太阳电池的性能基本不受天线影响。
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 (8)

1.一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，包括太阳电池、介质隔离板、贴片天线和天线基板；所述太阳电池位于介质隔离板上方，所述贴片天线位于介质隔离板的下方，所述介质隔离板的厚度大于八分之一的天线工作波长，所述太阳电池包括电池基片，与分别包覆在电池基片上下表面的上保护层和下保护层，所述电池基片的上表面和下表面分别具有纵横垂直排列的金属线栅电极，所述线栅电极的疏密与所述贴片天线的极化方向相匹配，所述贴片天线位于所述天线基板上；
所述贴片天线为覆铜膜，按三条横线一条竖线贴成E字形，位于E字上下两端的横线的右端分别具有指向中间横线的90°弯折部；
所述天线基板上连接有同轴馈电端口，所述同轴馈电端口连接在E字形的中间横线上。
2.根据权利要求1所述的一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，所述位于E字上下两端的横线的弯折部延伸连为一体，贴片天线形成日字形。
3.根据权利要求1所述的一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，所述贴片天线的三条横线沿纵向依次设置，纵向分布的线栅电极排布密集，横向分布线栅电极排布稀疏。
4.根据权利要求1所述的一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，所述天线基板为一种或多种，一层或多层介质板组合而成，所述天线基板的背面采用覆铜层或者增加金属板作为天线的反射地板。
5.根据权利要求1所述的一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，所述介质隔离板为玻璃、纸蜂窝、泡沫、空气中的任一种制成。
6.根据权利要求1所述的一种集成太阳电池的一体化天线，其特征在于，所述上保护层为玻璃制成，所述下保护层为玻璃或介质薄膜制成。
7.一种使用如权利要求1～6任一项所述一体化天线组成的阵列，其特征在于，所述阵列由一体化天线按矩形栅格、三角栅格、稀疏化随机布阵排布而成。
8.根据权利要求7所述的阵列，其特征在于，所述阵列整体封装为密封防水的功能模块，连接线栅电极的汇流线路布置在功能模块边缘，同轴馈电端口做防水处理。
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