CN114039194A - 一种金属太阳电池天线及天线阵 - Google Patents

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陈见
乔子林
闫松林
吕聚良
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Abstract

本发明公开一种金属太阳电池天线及天线阵，包括由上至下依次设置的天线振子、太阳电池片和天线底座；所述天线振子通过匹配柱、接地金属柱和所述天线底座连接，且所述天线振子垂直于所述天线底座，所述太阳电池片设置有过孔，所述天线振子、所述接地金属柱和所述匹配柱设置在所述过孔，且不与所述太阳电池片接触；本发明采用镂空“禾苗”状振子天线，天线占有体积小，剖面低，具有遮光少，透光率高的优点，并且采用镂空“禾苗”状天线振子，辅以匹配柱和馈电柱的两级台阶变换，有效扩展了天线工作带宽，匹配柱和馈电柱也起到支撑“禾苗”状振子的作用。

Description

一种金属太阳电池天线及天线阵
技术领域
本发明涉及天线设备技术领域，具体涉及一种金属太阳电池天线及天线阵。
背景技术
在能源危机驱动下，太阳能作为清洁能源越发受到重视，与太阳电池相关产品不断涌现，将太阳电池与天线一体化集成，太阳电池发电电能供天线系统使用，给传统天线系统供电方式提供了新思路。特别是在航天领域，太阳电池是空间载荷的主要能源来源，考虑到天线阵列与太阳帆板均具有很大的口径，将两者集成到一起，有利于提高空间载荷性能，此发明提出的金属太阳电池天线具有很好的环境适应性，有望应用于空间载荷系统。
太阳电池与天线集成一体化的主要瓶颈在于天线结构对太阳电池采光的遮挡，太阳电池对天线性能的影响。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种金属太阳电池天线，包括由上至下依次设置的天线振子、太阳电池片和天线底座；所述天线振子通过匹配柱、接地金属柱和所述天线底座连接，且所述天线振子垂直于所述天线底座，所述太阳电池片设置有过孔，所述天线振子、所述接地金属柱和所述匹配柱设置在所述过孔，且不与所述太阳电池片接触。
较佳的，所述太阳电池片和所述天线底座之间设置有绝缘层进行隔离。
较佳的，所述天线振子包括对称设置的第一振子部和第二振子部，所述第一振子部和所述第二振子部不连通，所述第一振子部和所述第二振子部沿远离所述天线底座的方向弯曲延伸，且所述第一振子部和所述第二振子部之间的间距以远离所述天线底座的方向逐渐增大。
较佳的，所述第一振子部和所述第二振子部内均设置有镂空槽。
较佳的，所述第一振子部靠近所述天线底座的端部设置接地金属柱，所述第二振子部靠近所述天线底座的端部设置馈电金属柱，所述接地金属柱与所述天线底座固定连接，所述馈电金属柱和射频同轴连接器金属探针互连。
较佳的，所述接地金属柱和所述馈电金属柱均垂直于所述天线底座设置，所述接地金属柱和所述馈电金属柱均为长方体。
较佳的，所述接地金属柱内设置有与所述镂空槽连通的设置槽，所述馈电金属柱设置为厚度阶梯变化的片状结构。
较佳的，所述匹配金属柱下端与所述天线底座相连，所述匹配金属柱为长方体结构，所述匹配金属柱上端与所述第一振子部或所述第二振子部连接。
较佳的，一种天线阵，包括若干所述金属太阳电池天线，各所述金属太阳电池天线按矩形栅格排列。
较佳的，同一直线设置的相邻所述金属太阳电池天线上，所述金属太阳电池天线上所述第一振子部的上端与相邻所述金属太阳电池天线上所述第二振子部的上端连接。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，采用镂空“禾苗”状振子天线，天线占有体积小，剖面低，具有遮光少，透光率高的优点，并且采用镂空“禾苗”状天线振子，辅以匹配柱和馈电柱的两级台阶变换，有效扩展了天线工作带宽，匹配柱和馈电柱也起到支撑“禾苗”状振子的作用；2，由天线单元组成的天线阵，在合适的单元间距布阵下，具备宽频带大角度相扫能力；3.所述金属太阳电池天线，采用全金属结构，具有很好的结构强度及抗辐照特性，适合空间恶劣环境，准备较高的工程应用价值。
附图说明
图1为所述金属太阳电池天线的结构立体图；
图2为所述金属太阳电池天线的结构俯视图；
图3为所述金属太阳电池天线的侧视剖面图；
图4为所述金属太阳电池天线的尺寸参数图；
图5为所述金属天线有太阳电池与无太阳电池的S11对比图；
图6为所述金属天线有太阳电池与无太阳电池在E面的方向图对比图；
图7为所述金属天线有太阳电池与无太阳电池在H面的方向图对比图；
图8为所述天线阵的结构侧视图；
图9为所述天线阵的结构俯视图。
图中数字表示：
1-天线振子；2-匹配柱；3-射频同轴连接器金属探针；4-太阳电池片；5-绝缘层；6-天线底座；7-射频同轴连接器馈电通孔；8-过孔；9-馈电金属柱；10-接地金属柱；11-上电极；12-下电极。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1、图2、图3所示，图1为所述金属太阳电池天线的结构立体视图；图2为所述金属太阳电池天线的结构俯视图；图3为所述金属太阳电池天线的结构剖视图。
本发明所述金属太阳电池天线包括由上至下依次设置的天线振子1、太阳电池片4和天线底座6；所述天线振子1通过匹配柱2和所述天线底座6连接，且所述天线振子1垂直设置于所述天线底座6，所述太阳电池片4设置有过孔8，所述天线振子1和所述匹配柱2设置在所述过孔8，且不与所述太阳电池片4接触，所述匹配柱2对所述天线振子1提供支撑。
所述太阳电池片4和所述天线底座6之间设置有绝缘层5进行隔离。
所述天线振子1、所述匹配柱2和所述天线底座6为纯金属材质，通常工程上采用铝材或者铝合金制备。
所述天线振子1采用内部镂空设置，对称排列，以减少对太阳电池采光的影响。
所述天线振子1包括对称设置的第一振子部和第二振子部，所述第一振子部和所述第二振子部不连通，所述第一振子部和所述第二振子部沿远离所述天线底座6的方向弯曲延伸，且所述第一振子部和所述第二振子部之间的间距以远离所述天线底座6的方向逐渐增大，从而形成金属围成的封闭树叶状镂空“禾苗”状结构。
较佳的，所述第一振子部和所述第二振子部内均设置有镂空槽，所述第一振子部靠近所述天线底座6的端部设置接地金属柱10，所述第二振子部靠近所述天线底座6的端部设置馈电金属柱9，所述接地金属柱10与所述天线底座6固定连接，所述馈电金属柱9和射频同轴连接器金属探针3互连，所述接地金属柱10和所述馈电金属柱9均垂直于所述天线底座6设置，所述接地金属柱10和所述馈电金属柱9均为长方体，所述接地金属柱10的宽度大，采用了镂空结构。
所述天线底座6上设置有射频同轴连接器馈电通孔7，所述射频同轴连接器金属探针3设置在所述射频同轴连接器馈电通孔7内。
所述接地金属柱10内设置有与所述镂空槽连通的设置槽，所述馈电金属柱9设置为厚度阶梯变化的片状结构，有利于连接射频同轴连接器的金属探针。一般的，所述馈电金属柱9以靠近所述天线底座6的方向所述馈电金属柱9的厚度呈阶梯式降低。
采用镂空“禾苗”状天线振子1主要用于减小振子图案的面积，减少对太阳电池采光遮挡，同时也有利于降低重量。
所述匹配金属柱2下端与所述天线底座6相连，所述匹配金属柱2为长方体结构，所述匹配金属柱2上端与镂空“禾苗”状振子相邻，起到支撑天线振子作用。
所述太阳电池片4及所述绝缘薄膜5在所述馈电金属柱9、所述接地金属柱10、所述匹配柱2位置处设置有一个近视矩形的所述过孔8，以保证所述太阳电池片4的上电极11、下电极12与所述馈电金属柱9、所述接地金属柱10、所述匹配柱2不直接互连。
图4给出了该实施案例所述金属太阳电池天线的主要尺寸参数，单位毫米，图4中金属太阳电池天线振子厚度为1mm。
如图5、图6、图7所示，图5为所述金属天线有太阳电池(SAT)与无太阳电池(AT)的S11对比图；图6为所述金属天线有太阳电池与无太阳电池在E面的方向图对比图；图7为所述金属天线有太阳电池与无太阳电池在H面的方向图对比图。从以上图所展示的数据上来看，有无太阳电池片对于金属天线的S11、VSWR以及方向图指标影响很小，说明采用此种布局设计的太阳电池天线其天线性能受太阳电池影响很小。
实施例二
对金属太阳电池天线进行周期性布阵，可获得具备二维相扫能力的相控阵天线。采用单元间距为长25.2mm，宽25mm组成了6×6共计36单元的矩形栅格排列的天线阵，如图8、图9所示。图8为所述天线阵的侧视图，图9为所述天线阵的俯视图。太阳电池片及其绝缘膜可根据天线阵面大小设置，若天线阵阵面大于太阳电池片及绝缘膜大小，可以采用多个太阳电池片及绝缘膜拼接。太阳电池片及绝缘膜需要开出近视矩形的通孔保证天线馈电柱、接地柱、匹配柱无接触通过。
同一直线设置的相邻所述金属太阳电池天线上，所述金属太阳电池天线上所述第一振子部的上端与相邻所述金属太阳电池天线上所述第二振子部的上端连接，从而加强所述第二振子部和所述第一振子部的位置固定效果。
本发明较好的兼顾了天线和太阳电池的性能，采用镂空“禾苗”状振子外形，使得天线具备较宽的工作带宽，同时具有较好的透光性，采用垂直树立结构，使天线具备了很好的正向辐射性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属太阳电池天线，其特征在于，包括由上至下依次设置的天线振子、太阳电池片和天线底座；所述天线振子通过匹配柱、接地金属柱和所述天线底座连接，且所述天线振子垂直于所述天线底座，所述太阳电池片设置有过孔，所述天线振子、所述接地金属柱和所述匹配柱设置在所述过孔，且不与所述太阳电池片接触。
2.如权利要求1所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述太阳电池片和所述天线底座之间设置有绝缘层进行隔离。
3.如权利要求1所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述天线振子包括对称设置的第一振子部和第二振子部，所述第一振子部和所述第二振子部不连通，所述第一振子部和所述第二振子部沿远离所述天线底座的方向弯曲延伸，且所述第一振子部和所述第二振子部之间的间距以远离所述天线底座的方向逐渐增大。
4.如权利要求3所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述第一振子部和所述第二振子部内均设置有镂空槽。
5.如权利要求4所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述第一振子部靠近所述天线底座的端部设置所述接地金属柱，所述第二振子部靠近所述天线底座的端部设置馈电金属柱，所述接地金属柱与所述天线底座固定连接，所述馈电金属柱和射频同轴连接器金属探针互连。
6.如权利要求5所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述接地金属柱和所述馈电金属柱均垂直于所述天线底座设置，所述接地金属柱和所述馈电金属柱均为长方体。
7.如权利要求6所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述接地金属柱内设置有与所述镂空槽连通的设置槽，所述馈电金属柱设置为厚度阶梯变化的台阶结构。
8.如权利要求7所述的金属太阳电池天线，其特征在于，所述匹配金属柱下端与所述天线底座相连，所述匹配金属柱为长方体结构，所述匹配金属柱上端与所述第一振子部或所述第二振子部连接。
9.一种天线阵，其特征在于，包括若干如权利要求1-8任一项所述的金属太阳电池天线，各所述金属太阳电池天线按矩形栅格排列。
10.如权利要求9所述的天线阵，其特征在于，同一直线设置的相邻所述金属太阳电池天线上，所述金属太阳电池天线上所述第一振子部的上端与相邻所述金属太阳电池天线上所述第二振子部的上端连接。
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