CN111987430A - 一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，包括辐射模块和太阳能电池片模块；该天线的分布结构包括相互平行的上层结构和下层结构；其中，上层结构包括两个太阳能电池片；两个太阳能电池片相对一侧的左右两端，分别通过一个金属片相连接；两个太阳能电池片和两个金属片一起围成中央槽；其中，下层结构包括微带线；太阳能电池片模块包括两个太阳能电池片；辐射模块包括矩形微带线和中央槽；辐射模块中微带线的后端，用于与外部激励相连；本发明在同样为太阳能电池天线的情况下，通过金属片连接两个太阳能电池片，形成适当长度的矩形长槽的方式来达到较宽频带的性能。

Description

一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线
技术领域
本发明涉及太阳能电池天线技术领域，特别是涉及一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线。
背景技术
目前，科学技术的不停创新，促使了现代无线通信技术的发展，通信系统对天线的需求量在稳步提升，系统所消耗的能源也愈来愈大。
现有的无线通信系统主要依靠化石燃料供电，化石燃料燃烧所排放的气体，会导致温室效应，燃烧残留物质导致雾霾天气频发，而太阳能作为最有发展前途的可再生能源，是实现绿色通信的有效方法之一。
但是，现有的天线对太阳能的利用率不高，结构复杂，频带窄。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线。
为此，本发明提供了一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，包括辐射模块和太阳能电池片模块
该天线的分布结构，具体包括相互平行的上层结构和下层结构；
上层结构和下层结构在垂直方向相互间隔；
其中，上层结构包括横向分布且纵向间隔的两个太阳能电池片；
两个太阳能电池片的形状为矩形，相互平行；
两个太阳能电池片相对一侧的左右两端，分别通过一个纵向分布的金属片相连接；
两个太阳能电池片和两个金属片一起围成矩形的中央槽；
其中，下层结构包括纵向分布的、矩形形状的微带线；
其中，太阳能电池片模块包括所述两个太阳能电池片；
其中，辐射模块包括所述矩形微带线和所述中央槽；
其中，辐射模块中的微带线的后端，用于与外部激励相连；
优选地，上层结构和下层结构在垂直方向上的间距为0.7875毫米。
优选地，每个太阳能电池片的尺寸是宽度32.5毫米和长度75毫米。
优选地，中央槽的尺寸是宽度10毫米和长度70毫米；
微带线的尺寸是长度63毫米和宽度1.2毫米。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其结构设计科学，在同样为太阳能电池天线的情况下，通过金属片连接两个太阳能电池片，以形成适当长度的矩形长槽的方式来达到较宽频带的性能，具有重大的实践意义。
此外，本发明提供的集成太阳能电池片的宽带全向缝隙天线，利用两个太阳能电池片之间的中央槽向外辐射能量，实现了太阳能电池宽带天线一体化设计，覆盖了基站天线的1.7GHz～2.7GHz频段，结构科学，系统复杂度低，具有实际应用和推广价值。
附图说明
图1为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线的结构图；
图2为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线中的馈电部分的结构示意图；
图3为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线的俯视图；
图4为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，进行模拟仿真得到的相对带宽匹配图；
图5为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，进行模拟仿真得到的增益曲线图；
图6为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，进行模拟仿真得到的辐射效率曲线图；
图7为本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，进行模拟仿真得到的辐射方向图。
图中：1、太阳能电池片；2、微带线；3、外部激励；4、中央槽；5、金属片。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。
对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1至图7，本发明提供了一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其工作在1.6GHz～3.5GHz频段；
该天线包括辐射模块和太阳能电池片模块；
该天线的分布结构，具体包括相互平行的上层结构和下层结构；
上层结构和下层结构在垂直方向相互间隔；
其中，上层结构包括横向分布且纵向间隔的两个太阳能电池片1；
两个太阳能电池片1的形状为矩形，相互平行；
两个太阳能电池片1相对一侧的左右两端，分别通过一个纵向分布的金属片5相连接；
两个太阳能电池片1和两个金属片5一起围成矩形的中央槽4；
其中，下层结构包括纵向分布的、矩形形状的微带线2；
其中，太阳能电池片模块包括所述两个太阳能电池片1；
其中，辐射模块包括所述矩形微带线2和所述中央槽4；
其中，辐射模块中的微带线2的后端与外部激励相连；
在本发明中，具体实现上，上层结构和下层结构在垂直方向上的间距为 0.7875毫米。
在本发明中，具体实现上，参见图2所示，本发明的天线分为上层结构和下层结构两层，中间被0.7875毫米的空气隔开，其中两个太阳能电池片1 位于上层结构中，作为天线的主辐射结构，微带线2位于下层结构中，辐射模块中的微带线2的后端可与外部激励相连。
对于本发明，通过改变金属片5的大小，可改变两个太阳能电池片1之间的中央槽4的大小，从而可以实现较宽的频带。
在本发明中，具体实现上，对于本发明采用缝隙耦合馈电形式，实现阻抗匹配设计，每个太阳能电池片1的尺寸是宽度32.5毫米和长度75毫米，两个太阳能电池片1之间的中央槽4的尺寸是宽度10毫米和长度70毫米，微带线2的尺寸是长度63毫米和宽度1.2毫米，采用所述尺寸设计，能够使得所述太阳能电池天线有宽带的阻抗匹配；
在本发明中，具体实现上，对于上层结构和下层结构两层，两者的中间间距为0.7875毫米。上述设计方法与尺寸，使所述太阳能电池天线结构简单，不用在电池片上进行开槽，降低了系统复杂度，利于无线通信系统向小型化、便携化发展，且利用太阳能电池这一环保材料，有助于实现低碳经济和建设节能环保型社会。
需要说明的是，对于本发明，太阳能电池片1，用于利用太阳能，把光能转化成电能。且与两片金属片5连接围成中央槽4，来向外辐射能量。
微带线2，其一端与外部激励相连，能够有效传输端口信号能量，与其他部分构成一个匹配网络，使天线有良好的阻抗匹配，将能量传输到中央槽下方，以激励缝隙向外辐射能量。
外部激励3，与微带线2的一端连接，用于为天线提供激励。
中央槽4，用于向外辐射能量。
金属片5，用于连接两片太阳能电池片1，和太阳能电池片1一起共同围成中央槽4。
具体实现上，金属片5的材质可以为铜，选用铜材质，是因为铜是良导体，且价格相对不高。
具体实现上，外部激励3，与外部射频电路接收机或发射机相连，其中，当与外部射频电路接收机相连时，用于将自由空间的电磁波转换为导行波，而当与外部射频电路发射机相连时，用于将导行波转换为自由空间电磁波。
参见图4至图7所示，图4、图5、图6和图7展示了采用本发明所述设计方法与尺寸的太阳能电池天线的各项辐射性能。可以看出，本发明提供的采用这种设计方式的太阳能电池天线，覆盖了1.6GHz～3.5GHz的频段，实现了74.5％的相对带宽匹配设计；并且在整个频段内，增益随着频率的升高而升高，且增益峰值为6.14dBi；同时，在2.55GHz的方向图符合全向天线的特征，主极化前向后向均匀对称，能够实现较大范围的信号覆盖，交叉极化水平在-25dB以下，天线的E面(电面，即指平行于电场方向的方向平面)和H面(磁面，即指平行于磁场方向的方向平面)辐射能量主要集中于法向方向，具有较好的稳定性，辐射方向图在目标频段保持了良好的方向性；辐射效率达到97％以上，能达到较好的辐射性能。
因此，基于以上技术方案可知，对于本发明，首次提出了一种集成太阳能电池片的宽带全向缝隙天线。这种天线采用金属片连接两个太阳能电池片，以形成中央槽进行辐射，将太阳能电池与宽带天线集成一体化，使所述太阳能电池天线结构简单，降低了系统复杂度,。太阳能电池天线结构如图1 所示。
经过实践检验，本发明提供的天线能够可靠地工作在1.6GHz～3.5GHz 频段。
与现有技术相比较，本发明提供的集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，具有如下有益效果：
1、本发明的太阳能电池天线，采用金属片连接两个太阳能电池片，以在中央形成适当长度的矩形长槽的方式，具有较宽频带的性能，相对带宽达到了74.5％，且技术科学。
2、本发明的集成太阳能电池片的宽带全向缝隙天线，利用两个太阳能电池片之间的中央槽向外辐射能量，实现了太阳能电池宽带天线一体化设计，覆盖了基站天线的1.7GHz～2.7GHz频段，结构简单，系统复杂度低，具有实际应用和推广价值。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其结构设计科学，在同样为太阳能电池天线的情况下，通过金属片连接两个太阳能电池片，以形成适当长度的矩形长槽的方式来达到较宽频带的性能，具有重大的实践意义。
此外，本发明提供的集成太阳能电池片的宽带全向缝隙天线，利用两个太阳能电池片之间的中央槽向外辐射能量，实现了太阳能电池宽带天线一体化设计，覆盖了基站天线的1.7GHz～2.7GHz频段，结构科学，系统复杂度低，具有实际应用和推广价值。
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)

1.一种集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其特征在于，包括辐射模块和太阳能电池片模块；
该天线的分布结构，具体包括相互平行的上层结构和下层结构；
上层结构和下层结构在垂直方向相互间隔；
其中，上层结构包括横向分布且纵向间隔的两个太阳能电池片(1)；
两个太阳能电池片(1)的形状为矩形，相互平行；
两个太阳能电池片(1)相对一侧的左右两端，分别通过一个纵向分布的金属片(5)相连接；
两个太阳能电池片(1)和两个金属片(5)一起围成矩形的中央槽(4)；
其中，下层结构包括纵向分布的、矩形形状的微带线(2)；
其中，太阳能电池片模块包括所述两个太阳能电池片(1)；
其中，辐射模块包括所述微带线(2)和所述中央槽(4)；
其中，辐射模块中的微带线(2)的后端，用于与外部激励(3)相连。
2.如权利要求1所述的集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其特征在于，上层结构和下层结构在垂直方向上的间距为0.7875毫米。
3.如权利要求1所述的集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其特征在于，每个太阳能电池片(1)的尺寸是宽度32.5毫米和长度75毫米。
4.如权利要求1所述的集成太阳能电池片的宽带缝隙天线，其特征在于，中央槽(4)的尺寸是宽度10毫米和长度70毫米；
微带线(2)的尺寸是长度63毫米和宽度1.2毫米。
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