本發(fā)明屬于天線與太陽能技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今無線通信技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，外輻射源雷達(dá)在現(xiàn)代軍事和民用領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，天線作為其重要組件常需要滿足高隱蔽性、高靈活度、高抗干擾、低成本等特點(diǎn)。低頻段信號(hào)（90mhz-120mhz）由于其較長的波長和優(yōu)越的穿透能力，在各種環(huán)境下展現(xiàn)出卓越的通信性能，而太陽能電池板由于其可供電、基礎(chǔ)設(shè)施完善等特點(diǎn)，常與天線技術(shù)結(jié)合構(gòu)成光伏集成天線，具有非常廣泛的應(yīng)用場景。

2、然而，傳統(tǒng)的光伏集成天線通常面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、頻段過高和太陽能電池板利用程度低的問題，限制了它們在某些應(yīng)用場景中的靈活性和有效性。例如，傳統(tǒng)光伏集成天線常將天線輻射體嵌合在太陽能電池片夾層中，這樣的設(shè)計(jì)制作工藝復(fù)雜，且在低頻段設(shè)計(jì)中有明顯限制。此外，許多光伏集成天線設(shè)計(jì)中太陽能電池板往往僅作為天線載體或供電設(shè)備，與天線配合度低，增加了天線成本。

3、在這樣的背景下，開發(fā)一種用于外輻射源雷達(dá)的低頻段光伏集成天線單元顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在克服傳統(tǒng)光伏集成天線在低頻設(shè)計(jì)困難、太陽能電池板與天線結(jié)合度低的問題，同時(shí)設(shè)計(jì)一種能滿足外輻射源雷達(dá)高隱蔽性、高靈活度、高抗干擾、低成本等要求的天線。提供一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，本發(fā)明將太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環(huán)，巧妙地融合了光伏技術(shù)與天線技術(shù)，解決了傳統(tǒng)太陽能天線中低頻段設(shè)計(jì)困難和太陽能電池板僅作為天線載體的問題，不僅極大地提升了天線布署的簡潔性，而且發(fā)揮了太陽能電池板多重效用，減少了天線材料成本，所設(shè)計(jì)的天線發(fā)揮了低頻段信號(hào)高穿透高靈活度的優(yōu)勢，同時(shí)利用了太陽能電池高隱蔽性、低成本的特點(diǎn)，高度適用于外輻射源雷達(dá)。這種整合創(chuàng)新提高了天線系統(tǒng)的能源效率，促進(jìn)了外輻射源通信技術(shù)的發(fā)展。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

3、一種低頻段光伏集成天線單元，光伏集成天線單元工作在90mhz-120mhz頻段，包括太陽能電池板和輻射天線，其特征在于：輻射天線采用一種輻射耦合雙環(huán)結(jié)構(gòu)，太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環(huán)，耦合環(huán)部分的環(huán)形導(dǎo)體為耦合環(huán)，耦合環(huán)部分和調(diào)諧橋部分分別安裝在太陽能電池板上表面，且放置在各太陽能電池片縫隙處。輻射天線結(jié)構(gòu)安置在太陽能電池片縫隙處，在發(fā)揮傳統(tǒng)輻射天線性能的同時(shí)，太陽能電池板的發(fā)電效率幾乎不受影響，輻射天線工作在90mhz-120mhz調(diào)頻波段，具有穩(wěn)定的增益和輻射性能。

4、所述的輻射天線由輻射環(huán)、耦合環(huán)部分、調(diào)諧橋部分、饋電部分和π形匹配電路組成，在耦合環(huán)部分開口處安裝一個(gè)π形匹配電路并引出饋電部分，所述饋電部分為sma接頭，耦合環(huán)部分與饋電部分之間采用了π形匹配電路進(jìn)行阻抗匹配，最大限度地減少輻射天線信號(hào)反射和能量損失，提高輻射天線的輻射效率和整體性能；所述輻射環(huán)為太陽能電池板邊框，所述耦合環(huán)部分和調(diào)諧橋部分分別安裝在太陽能電池板表面，且放置在各太陽能電池片之間的縫隙處。

5、所述耦合環(huán)部分的形狀為“口”字形或“工”字形?！肮ぁ弊中蔚鸟詈檄h(huán)部分相較“口”字形的耦合環(huán)部分占用太陽能電池板尺寸更小，且在同尺寸下具有更好的調(diào)頻效果。

6、所述耦合環(huán)部分由環(huán)形介質(zhì)板和環(huán)形導(dǎo)體組成，所述環(huán)形介質(zhì)板具有一個(gè)用于饋電的開口，安裝在太陽能電池板表面，且放置在各太陽能電池片之間的縫隙處，所述環(huán)形導(dǎo)體印刷在環(huán)形介質(zhì)板表面，覆蓋整個(gè)環(huán)形介質(zhì)板正面。環(huán)形導(dǎo)體與太陽能電池板邊框形成一“雙環(huán)”結(jié)構(gòu)，環(huán)形導(dǎo)體為耦合環(huán)，太陽能電池板邊框?yàn)檩椛洵h(huán)，耦合環(huán)與輻射環(huán)相互耦合從而增強(qiáng)輻射性能。

7、所述調(diào)諧橋部分由條形介質(zhì)板、條形導(dǎo)體、電容組成，所述條形介質(zhì)板鋪設(shè)在太陽能電池板表面，且安置在太陽能電池片縫隙處，兩端分別連接太陽能電池板邊框較長的兩個(gè)對(duì)邊，且與該兩對(duì)邊垂直，所述條形導(dǎo)體兩端連接太陽能電池板邊框，中間有一開口，開口由所述電容進(jìn)行連接，條形導(dǎo)體印刷在條形介質(zhì)板表面，除開口外覆蓋整個(gè)條形介質(zhì)板正面。條形導(dǎo)體與電容的加入使得太陽能電池板邊框在諧振過程中產(chǎn)生多種諧振模式，使得太陽能電池板邊框作為輻射環(huán)的諧振頻率可以被調(diào)整與改善，從而實(shí)現(xiàn)與環(huán)形導(dǎo)體更好的耦合，同時(shí)改善其阻抗匹配性能。

8、耦合環(huán)部分與調(diào)諧橋部分確保在整個(gè)低頻段內(nèi)具有優(yōu)化的回波損耗（s11）、電壓駐波比（vswr）和阻抗匹配特性，從而提供高效的信號(hào)接收與傳輸。

9、所述耦合環(huán)部分長500-900mm，寬500-900mm，高2-3mm，環(huán)寬4-8mm，所述開口長度5-30mm。

10、所述調(diào)諧橋部分長800-1200mm，寬4-8mm，所述開口長度5-30mm。

11、所述調(diào)諧橋部分中電容值為2pf-20pf。

12、所述環(huán)形介質(zhì)板為2-3mm的fr4介質(zhì)板，介電常數(shù)4.4。

13、所述環(huán)形導(dǎo)體采用耐腐蝕的金屬材質(zhì)銅制成。以提供持久的外部使用性能。

14、所述條形介質(zhì)板厚度均為2-3mm的fr4介質(zhì)板，介電常數(shù)4.4。

15、所述條形導(dǎo)體采用耐腐蝕的金屬材質(zhì)銅制成。以提供持久的外部使用性能。

16、所述π形匹配電路中的電容值在耦合環(huán)部分的形狀為“口”字形中為16pf、5pf，電感值為130nh，在耦合環(huán)部分的形狀為“工”字形中為12pf、2pf，電感值為145nh。

17、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了太陽能電池板與低頻段天線的一體化設(shè)計(jì),覆蓋了90mhz-120mhz的工作頻帶,可以利用現(xiàn)存的大面積太陽能電池板陣列構(gòu)建高效電磁環(huán)境感知陣列實(shí)現(xiàn)綠色無線通信,在未來的無線通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

18、本發(fā)明的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，光伏集成天線單元的阻抗匹配帶寬在90mhz-120mhz的頻段，在目標(biāo)頻段內(nèi)可以維持約為3db以上的穩(wěn)定的平均增益，輻射方向圖保持了良好的方向性，輻射能量主要集中在-x方向，符合定向天線的特征，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的定向輻射，達(dá)到了較好的輻射性能。

技術(shù)特征：

1.一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，光伏集成天線單元工作在90mhz-120mhz頻段，包括太陽能電池板和輻射天線，其特征在于：輻射天線采用一種輻射耦合雙環(huán)結(jié)構(gòu)，太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環(huán)，耦合環(huán)部分的環(huán)形導(dǎo)體為耦合環(huán)，耦合環(huán)部分和調(diào)諧橋部分分別安裝在太陽能電池板上表面，且放置在各太陽能電池片縫隙處。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述的輻射天線由輻射環(huán)、耦合環(huán)部分、調(diào)諧橋部分、饋電部分和π形匹配電路組成，在耦合環(huán)部分開口處安裝一個(gè)π形匹配電路并引出饋電部分，所述饋電部分為sma接頭，所述輻射環(huán)為太陽能電池板邊框，所述耦合環(huán)部分和調(diào)諧橋部分分別鋪設(shè)在太陽能電池板表面，且安置在各太陽能電池片之間的縫隙處。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述耦合環(huán)部分的形狀為“口”字形或“工”字形。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述耦合環(huán)部分由環(huán)形介質(zhì)板和環(huán)形導(dǎo)體組成，所述環(huán)形介質(zhì)板具有一個(gè)用于饋電的開口，鋪設(shè)在太陽能電池板表面，且安置在太陽能電池片縫隙處，所述環(huán)形導(dǎo)體印刷在環(huán)形介質(zhì)板表面，覆蓋整個(gè)環(huán)形介質(zhì)板正面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述調(diào)諧橋部分由條形介質(zhì)板、條形導(dǎo)體、電容組成，所述條形介質(zhì)板鋪設(shè)在太陽能電池板表面，且安置在太陽能電池片縫隙處，兩端分別連接太陽能電池板邊框較長的兩個(gè)對(duì)邊，且與該兩對(duì)邊垂直，所述條形導(dǎo)體兩端連接太陽能電池板邊框，中間有一開口，開口由所述電容進(jìn)行連接，條形導(dǎo)體印刷在條形介質(zhì)板表面，除開口外覆蓋整個(gè)條形介質(zhì)板正面。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述耦合環(huán)部分長500-900mm，寬500-900mm，高2-3mm，環(huán)寬4-8mm，所述開口長度5-30mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述調(diào)諧橋部分長800-1200mm，寬4-8mm，所述開口長度5-30mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述調(diào)諧橋部分中電容值為2pf-20pf。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述環(huán)形介質(zhì)板為2-3mm的fr4介質(zhì)板，介電常數(shù)4.4。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述環(huán)形導(dǎo)體采用耐腐蝕的金屬材質(zhì)銅制成。

11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述條形介質(zhì)板厚度均為2-3mm的fr4介質(zhì)板，介電常數(shù)4.4。

12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述條形導(dǎo)體采用耐腐蝕的金屬材質(zhì)銅制成。

13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述π形匹配電路中的電容值在耦合環(huán)部分的形狀為“口”字形中為16pf、5pf，電感值為130nh，在耦合環(huán)部分的形狀為“工”字形中為12pf、2pf，電感值為145nh。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種雙環(huán)形低頻段光伏集成天線單元，光伏集成天線單元工作在90MHz?120MHz頻段，包括太陽能電池板和輻射天線，其特征在于：輻射天線采用一種輻射耦合雙環(huán)結(jié)構(gòu)，太陽能電池板邊框作為輻射天線的外輻射環(huán)，耦合環(huán)部分的環(huán)形導(dǎo)體為內(nèi)耦合環(huán)；耦合環(huán)部分和調(diào)諧橋部分安裝在太陽能電池板上表面，且放置在各個(gè)太陽能電池片縫隙處，輻射天線不會(huì)對(duì)太陽能電池板的發(fā)電效率產(chǎn)生明顯影響；輻射天線覆蓋90MHz?120MHz調(diào)頻工作頻帶,具有優(yōu)良的天線性能。本發(fā)明利用太陽能電池板邊框作為輻射天線外輻射環(huán),以組件表面作為耦合環(huán)的基座，實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻波段接收天線與太陽能電池板的相互融合，在外輻射源雷達(dá)電磁波信號(hào)檢測方面具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：嚴(yán)國剛,楊文濤,王鮮,聶彥,楊山久,盧浩瀾,莊玲潔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢日新科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21