一種雙環形低頻段光伏集成天線單元的制作方法

本發明屬于天線與太陽能技術的交叉領域，具體涉及一種雙環形低頻段光伏集成天線單元。

背景技術：

1、在當今無線通信技術迅猛發展的背景下，外輻射源雷達在現代軍事和民用領域中發揮著重要作用，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。低頻段信號（90mhz-120mhz）由于其較長的波長和優越的穿透能力，在各種環境下展現出卓越的通信性能，而太陽能電池板由于其可供電、基礎設施完善等特點，常與天線技術結合構成光伏集成天線，具有非常廣泛的應用場景。

2、然而，傳統的光伏集成天線通常面臨結構復雜、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用場景中的靈活性和有效性。例如，傳統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，這樣的設計制作工藝復雜，且在低頻段設計中有明顯限制。此外，許多光伏集成天線設計中太陽能電池板往往僅作為天線載體或供電設備，與天線配合度低，增加了天線成本。

3、在這樣的背景下，開發一種用于外輻射源雷達的低頻段光伏集成天線單元顯得尤為重要。

技術實現思路

1、本發明旨在克服傳統光伏集成天線在低頻設計困難、太陽能電池板與天線結合度低的問題，同時設計一種能滿足外輻射源雷達高隱蔽性、高靈活度、高抗干擾、低成本等要求的天線。提供一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，本發明將太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環，巧妙地融合了光伏技術與天線技術，解決了傳統太陽能天線中低頻段設計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，而且發揮了太陽能電池板多重效用，減少了天線材料成本，所設計的天線發揮了低頻段信號高穿透高靈活度的優勢，同時利用了太陽能電池高隱蔽性、低成本的特點，高度適用于外輻射源雷達。這種整合創新提高了天線系統的能源效率，促進了外輻射源通信技術的發展。

2、為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

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結構，太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環，耦合環部分的環形導體為耦合環，耦合環部分和調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。輻射天線結構安置在太陽能電池片縫隙處，在發揮傳統輻射天線性能的同時，太陽能電池板的發電效率幾乎不受影響，輻射天線工作在90mhz-120mhz調頻波段，具有穩定的增益和輻射性能。

4、所述的輻射天線由輻射環、耦合環部分、調諧橋部分、饋電部分和π形匹配電路組成，在耦合環部分開口處安裝一個π形匹配電路并引出饋電部分，所述饋電部分為sma接頭，耦合環部分與饋電部分之間采用了π形匹配電路進行阻抗匹配，最大限度地減少輻射天線信號反射和能量損失，提高輻射天線的輻射效率和整體性能；所述輻射環為太陽能電池板邊框，所述耦合環部分和調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、所述耦合環部分的形狀為“口”字形或“工”字形。“工”字形的耦合環部分相較“口”字形的耦合環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頻效果。

6、所述耦合環部分由環形介質板和環形導體組成，所述環形介質板具有一個用于饋電的開口，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，所述環形導體印刷在環形介質板表面，覆蓋整個環形介質板正面。環形導體與太陽能電池板邊框形成一“雙環”結構，環形導體為耦合環，太陽能電池板邊框為輻射環，耦合環與輻射環相互耦合從而增強輻射性能。

7、所述調諧橋部分由條形介質板、條形導體、電容組成，所述條形介質板鋪設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對邊，且與該兩對邊垂直，所述條形導體兩端連接太陽能電池板邊框，中間有一開口，開口由所述電容進行連接，條形導體印刷在條形介質板表面，除開口外覆蓋整個條形介質板正面。條形導體與電容的加入使得太陽能電池板邊框在諧振過程中產生多種諧振模式，使得太陽能電池板邊框作為輻射環的諧振頻率可以被調整與改善，從而實現與環形導體更好的耦合，同時改善其阻抗匹配性能。

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

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

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

11、所述調諧橋部分中電容值為2pf-20pf。

12、所述環形介質板為2-3mm的fr4介質板，介電常數4.4。

13、所述環形導體采用耐腐蝕的金屬材質銅制成。以提供持久的外部使用性能。

14、所述條形介質板厚度均為2-3mm的fr4介質板，介電常數4.4。

15、所述條形導體采用耐腐蝕的金屬材質銅制成。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部分的形狀為“口”字形中為16pf、5pf，電感值為130nh，在耦合環部分的形狀為“工”字形中為12pf、2pf，電感值為145nh。

17、本發明實現了太陽能電池板與低頻段天線的一體化設計,覆蓋了90mhz-120mhz的工作頻帶,可以利用現存的大面積太陽能電池板陣列構建高效電磁環境感知陣列實現綠色無線通信,在未來的無線通信系統中具有廣泛的應用前景。

18、本發明的一種雙環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，在目標頻段內可以維持約為3db以上的穩定的平均增益，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，能夠實現良好的定向輻射，達到了較好的輻射性能。

技術特征：

1.一種雙環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結構，太陽能電池板邊框作為輻射天線的輻射環，耦合環部分的環形導體為耦合環，耦合環部分和調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.根據權利要求1所述的一種雙環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、耦合環部分、調諧橋部分、饋電部分和π形匹配電路組成，在耦合環部分開口處安裝一個π形匹配電路并引出饋電部分，所述饋電部分為sma接頭，所述輻射環為太陽能電池板邊框，所述耦合環部分和調諧橋部分分別鋪設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.根據權利要求1或2所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述耦合環部分的形狀為“口”字形或“工”字形。

4.根據權利要求3所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述耦合環部分由環形介質板和環形導體組成，所述環形介質板具有一個用于饋電的開口，鋪設在太陽能電池板表面，且安置在太陽能電池片縫隙處，所述環形導體印刷在環形介質板表面，覆蓋整個環形介質板正面。

5.根據權利要求1所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述調諧橋部分由條形介質板、條形導體、電容組成，所述條形介質板鋪設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對邊，且與該兩對邊垂直，所述條形導體兩端連接太陽能電池板邊框，中間有一開口，開口由所述電容進行連接，條形導體印刷在條形介質板表面，除開口外覆蓋整個條形介質板正面。

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

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

8.根據權利要求5所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述調諧橋部分中電容值為2pf-20pf。

9.根據權利要求4所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述環形介質板為2-3mm的fr4介質板，介電常數4.4。

10.根據權利要求4所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述環形導體采用耐腐蝕的金屬材質銅制成。

11.根據權利要求5所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述條形介質板厚度均為2-3mm的fr4介質板，介電常數4.4。

12.根據權利要求5所述的一種雙環形低頻段光伏集成天線單元，其特征在于：所述條形導體采用耐腐蝕的金屬材質銅制成。

13.根據權利要求3所述的一種雙環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部分的形狀為“口”字形中為16pf、5pf，電感值為130nh，在耦合環部分的形狀為“工”字形中為12pf、2pf，電感值為145nh。

技術總結
本發明公開一種雙環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結構，太陽能電池板邊框作為輻射天線的外輻射環，耦合環部分的環形導體為內耦合環；耦合環部分和調諧橋部分安裝在太陽能電池板上表面，且放置在各個太陽能電池片縫隙處，輻射天線不會對太陽能電池板的發電效率產生明顯影響；輻射天線覆蓋90MHz?120MHz調頻工作頻帶,具有優良的天線性能。本發明利用太陽能電池板邊框作為輻射天線外輻射環,以組件表面作為耦合環的基座，實現了調頻波段接收天線與太陽能電池板的相互融合，在外輻射源雷達電磁波信號檢測方面具有廣闊應用前景。

技術研發人員：嚴國剛,楊文濤,王鮮,聶彥,楊山久,盧浩瀾,莊玲潔
受保護的技術使用者：武漢日新科技股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21