CN111326864B - 耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，包括微带介质基片；微带介质基片的顶面中部，具有辐射金属片；微带介质基片的顶面在辐射金属片左右两边，分别具有第一耦合馈电微带线和第二耦合馈电微带线；微带介质基片的底面，在第一耦合馈电微带线和第二耦合馈电微带线正下方的位置，分别设置有第一同轴馈电端和第二同轴馈电端；辐射金属片的顶面左右两端，设置有第一太阳能电池片和第二太阳能电池片；辐射金属片的前后两端中部，分别开有第一中央缝隙和第二中央缝隙：微带介质基片的底部，设有金属地面。本发明能够在双压缩高次模式下，通过增加双缝隙以及过孔实现增加带宽及增益，并且进一步将天线与太阳能电池一体化。

Description

耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化
技术领域
本发明涉及贴片天线和太阳能技术领域，特别是涉及耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化。
背景技术
目前，移动通信的出现，极大的便利了人们的生活。
无线通讯市场对小型、全集成射频(RF)前端产品的需求日益增加。天线是收发机系统中的重要组成部分，它主要承载着发射与接收电磁波信号的功能，在军用或者民用方面都扮演着重要的角色。
但是，目前许多产品未能将天线与太阳能进行结合，从而整体体积相对较大，并且增加了制作的成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化。
为此，本发明提供了耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其特征在于，包括微带介质基片；
微带介质基片的顶面中部，具有横向分布的辐射金属片；
微带介质基片的顶面，在辐射金属片左右两边，分别具有第一耦合馈电微带线和第二耦合馈电微带线；
微带介质基片的底面，在第一耦合馈电微带线和第二耦合馈电微带线正下方的位置，分别设置有第一同轴馈电端和第二同轴馈电端；
微带介质基片的底面与第一同轴馈电端和第二同轴馈电端之间，设有金属地面；
第一耦合馈电微带线的底面，通过垂直分布的第一馈电探针与第一同轴馈电端的顶面相连接；
第二耦合馈电微带线的底面，通过垂直分布的第二馈电探针与第二同轴馈电端的顶面相连接；
辐射金属片的顶面左右两端，设置有横向间隔的第一太阳能电池片和第二太阳能电池片；
辐射金属片的前后两端中部，分别开有一条纵向分布的第一中央缝隙和第二中央缝隙；
辐射金属片的正中心，开有第一矩形环缝隙；
金属地面的正中心，开有第二矩形环缝隙。
其中，第一太阳能电池片的右端中部和第二太阳能电池片的左端中部，通过横向分布的第三太阳能电池栅线相连接。
其中，第一太阳能电池片包括从下往上依次设置的第一太阳能电池片铜层、第一太阳能电池外延层和第一太阳能电池栅线；
第二太阳能电池片包括从下往上依次设置的第二太阳能电池片铜层、第二太阳能电池外延层和第二太阳能电池栅线；
第一太阳能电池栅线和第二太阳能电池栅线，通过第三太阳能电池栅线相连接。
其中，第三太阳能电池栅线的底面中心位置，通过铜质圆柱体，与辐射金属片的中心矩形面相连接。
其中，第一太阳能电池栅线的顶部，设置有第一太阳能电池玻璃胶；
第二太阳能电池栅线的顶部，设置有第二太阳能电池玻璃胶。
其中，微带介质基片上，设置有横向间隔分布的两列过孔阵列；
每列过孔阵列包括纵向分布的、等间隔设置的多个过孔，多个过孔的中心位于同一直线上；
位于左右两边的两列过孔阵列，以第一中央缝隙和第二中央缝隙所在纵向直线为中间线，呈左右对称分布；
位于中间的单过孔，与第一中央缝隙和第二中央缝隙的投影，位于同一直线上，通过单过孔将辐射金属片的中心矩形面与金属地面的中心矩形面相连接。
其中，每个过孔的半径为0.5mm。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其结构设计科学，能够在双压缩高次模式下，通过增加双缝隙以及过孔，实现增加带宽及增益的耦合差分馈电贴片天线，并且进一步将天线与太阳能电池一体化，从而在保证天线性能的前提下，显著缩小产品的体积，减小制作的成本。
对于本发明，天线在高次模式下谐振，能将贴片的面积变大，这使得附着在贴片上的太阳能电池的面积随之变大，这样不仅能将天线的性能增强，还能使得太阳能电池片获得更多的能量。
附图说明
图1为本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化的俯视图；
图2为本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化的前侧视图；
图3为本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化中，去除太阳能电池片后的天线部分结构示意图；
图4为本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化底部结构示意图；
图5为本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，具有的相对带宽|S11|与增益的示意图；
图中，1为微带介质基片，21为第一耦合馈电微带线，22为第二耦合馈电微带线，3为辐射金属片；
41为第一太阳能电池片，42为第二太阳能电池片，51为第一中央缝隙，52为第二中央缝隙，6为第一矩形环形缝隙。
61为第一馈电探针，62为第二馈电探针；
7为金属地面；8为第二矩形环形缝隙
81为第一太阳能电池片铜层，82为第二太阳能电池片铜层；
91为第一太阳能电池外延层，92为第二太阳能电池外延层；
101为第一太阳能电池栅线，102为第二太阳能电池栅线，103为第三太阳能电池栅线；
111为第一太阳能电池玻璃胶，112为第二太阳能电池玻璃胶；
121为第一同轴馈电端，122为第二同轴馈电端；
14为过孔阵列，15为单过孔。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图5，本发明提供了耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，包括微带介质基片1；
微带介质基片1的顶面中部，具有(例如通过印刷的方式)横向分布的辐射金属片3；
微带介质基片1的顶面，在辐射金属片3左右两边，分别具有第一耦合馈电微带线21和第二耦合馈电微带线22；
微带介质基片1的底面，在第一耦合馈电微带线21和第二耦合馈电微带线22正下方的位置，分别设置有第一同轴馈电端121和第二同轴馈电端122；
微带介质基片1的底面与第一同轴馈电端121和第二同轴馈电端122之间，设有金属地面7；
第一耦合馈电微带线21的底面，通过垂直分布的第一馈电探针61与第一同轴馈电端121的顶面相连接；
第二耦合馈电微带线22的底面，通过垂直分布的第二馈电探针62与第二同轴馈电端122的顶面相连接；
辐射金属片3的顶面左右两端，设置有横向间隔的第一太阳能电池片41和第二太阳能电池片42；
辐射金属片3的前后两端中部，分别开有一条纵向分布的第一中央缝隙51和第二中央缝隙52；
辐射金属片3的正中心，开有第一矩形环缝隙6；
金属地面7的正中心，开有第二矩形环缝隙8。
在本发明中，具体实现上，第一太阳能电池片41的右端中部和第二太阳能电池片42的左端中部，通过横向分布的第三太阳能电池栅线103相连接。
具体实现上，第一太阳能电池片41包括从下往上依次设置的第一太阳能电池片铜层81、第一太阳能电池外延层91和第一太阳能电池栅线101；
第二太阳能电池片42包括从下往上依次设置的第二太阳能电池片铜层82、第二太阳能电池外延层92和第二太阳能电池栅线102；
第一太阳能电池栅线101和第二太阳能电池栅线102，通过第三太阳能电池栅线103相连接。也就是说，第三太阳能电池栅线103是串联栅线。
具体实现上，第三太阳能电池栅线103(即串联栅线)的底面中心位置，通过铜质圆柱体100，与辐射金属片3的中心矩形面相连接。
具体实现上，第一太阳能电池栅线101的顶部，设置有第一太阳能电池玻璃胶111；
第二太阳能电池栅线102的顶部，设置有第二太阳能电池玻璃胶112。
需要说明的是，第一太阳能电池片41，包括第一太阳能电池片铜层81、第一太阳能电池外延层91和第一太阳能电池栅线101，以及第一太阳能电池玻璃胶111；
第二太阳能电池片42，包括第二太阳能电池片铜层82、第二太阳能电池外延层92和第二太阳能电池栅线102以及第二太阳能电池玻璃胶112。
在本发明中，具体实现上，微带介质基片1上，设置有横向间隔分布的两列过孔阵列14；
每列过孔阵列14包括纵向分布的、等间隔设置的多个过孔(即金属化孔)，多个过孔的中心位于同一直线上。
位于左右两边的两列过孔阵列14，以第一中央缝隙51和第二中央缝隙52所在纵向直线为中间线，呈左右对称分布；
位于中间的单过孔15，与第一中央缝隙51和第二中央缝隙52的投影，位于同一直线上，通过单过孔15将辐射金属片3的中心矩形面与金属地面7的中心矩形面相连接。
具体实现上，每个过孔的半径为0.5mm。
需要说明的是，对于本发明，如图1所示，为了实现天线的高增益和太阳能电池收到更多的能量，贴片(即辐射金属片3)工作在高次模式，其尺寸为是45mm*45.3mm，并且在贴片的前后两侧加入双缝隙(即第一中央缝隙51和第二中央缝隙52)。同时，为了增加其带宽，加入了关于长缝隙对称分布的过孔阵列。
对于本发明，为了实现天线与太阳能电池的一体化，将太阳能电池放置于天线的表面，太阳能的串联栅线与贴片之间通过铜质圆柱体相连再通过单过孔将贴片(即辐射金属片3)中心矩形面与金属地的中心矩面连接，使得天线的阴极(金属地面)与太阳能电池片阴极(栅线)相结合。
对于本发明，在加入太阳能电池后，太阳能电池与天线都能处于正常的工作状态。并且在进行一系列的优化后，如图5所示，可以得到在4.8～5GHz的频率上，贴片天线可达到大于11.7dBi的增益。
对于本发明，如图1、2、3、4所示，耦合差分馈电双压缩模式贴片天线的金属片上，增加半径为0.5mm的过孔阵列14。将天线的中心频率调整在5GHz左右。贴片天线采用的是耦合差分馈电，馈电端口为第一同轴馈电端121和第二同轴馈电端122。在天线中心的两侧增设细长的双缝隙(第一中央缝隙51和第二中央缝隙52)。图5为天线与太阳能电池一体化的增益与相对带宽|S11|图，其结果表明：在频率4.6Ghz-5.1Ghz时，本发明的天线增益能维持在11.5dBi。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其结构设计科学，能够在双压缩高次模式下，通过增加双缝隙以及过孔，实现增加带宽及增益的耦合差分馈电贴片天线，并且进一步将天线与太阳能电池一体化，从而在保证天线性能的前提下，显著缩小产品的体积，减小制作的成本。
对于本发明，天线在高次模式下谐振，能将贴片的面积变大，这使得附着在贴片上的太阳能电池的面积随之变大，这样不仅能将天线的性能增强，还能使得太阳能电池片获得更多的能量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其特征在于，包括微带介质基片(1)；
微带介质基片(1)的顶面中部，具有横向分布的辐射金属片(3)；
微带介质基片(1)的顶面，在辐射金属片(3)左右两边，分别具有第一耦合馈电微带线(21)和第二耦合馈电微带线(22)；
微带介质基片(1)的底面，在第一耦合馈电微带线(21)和第二耦合馈电微带线(22)正下方的位置，分别设置有第一同轴馈电端(121)和第二同轴馈电端(122)；
微带介质基片(1)的底面与第一同轴馈电端(121)和第二同轴馈电端(122)之间，设有金属地面(7)；
第一耦合馈电微带线(21)的底面，通过垂直分布的第一馈电探针(61)与第一同轴馈电端(121)的顶面相连接；
第二耦合馈电微带线(22)的底面，通过垂直分布的第二馈电探针(62)与第二同轴馈电端(122)的顶面相连接；
辐射金属片(3)的顶面左右两端，设置有横向间隔的第一太阳能电池片(41)和第二太阳能电池片(42)；
辐射金属片(3)的前后两端中部，分别开有一条纵向分布的第一中央缝隙(51)和第二中央缝隙(52)；
辐射金属片(3)的正中心，开有第一矩形环缝隙(6)；
金属地面(7)的正中心，开有第二矩形环缝隙(8)；
第一太阳能电池片(41)的右端中部和第二太阳能电池片(42)的左端中部，通过横向分布的第三太阳能电池栅线(103)相连接；
第三太阳能电池栅线(103)的底面中心位置，通过铜质圆柱体(100)，与辐射金属片(3)的中心矩形面相连接；
微带介质基片(1)上，设置有横向间隔分布的两列过孔阵列(14)。
2.如权利要求1所述的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其特征在于，第一太阳能电池片(41)包括从下往上依次设置的第一太阳能电池片铜层(81)、第一太阳能电池外延层(91)和第一太阳能电池栅线(101)；
第二太阳能电池片(42)包括从下往上依次设置的第二太阳能电池片铜层(82)、第二太阳能电池外延层(92)和第二太阳能电池栅线(102)；
第一太阳能电池栅线(101)和第二太阳能电池栅线(102)，通过第三太阳能电池栅线(103)相连接。
3.如权利要求1所述的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其特征在于，每列过孔阵列(14)包括纵向分布的、等间隔设置的多个过孔，多个过孔的中心位于同一直线上；
位于左右两边的两列过孔阵列(14)，以第一中央缝隙(51)和第二中央缝隙(52)所在纵向直线为中间线，呈左右对称分布；
位于中间的单过孔(15)，与第一中央缝隙(51)和第二中央缝隙(52)的投影，位于同一直线上，通过单过孔(15)将辐射金属片(3)的中心矩形面与金属地面(7)的中心矩形面相连接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的耦合差分馈电双压缩模式贴片天线与太阳能电池一体化，其特征在于，每个过孔的半径为0.5mm。
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