一体化太阳能帆板及卫星的制作方法

本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及一种一体化太阳能帆板及卫星。

背景技术：

目前在卫星上应用较多的一体化太阳能帆板多为铝蜂窝结构，由于铝蜂窝材料本身限制，只能在表面布线、安装太阳能电池片，作为卫星结构中面积最大的功能性结构，一体化太阳能帆板结构只能承载单一功能，不能有效利用空间和重量。特别是对于微纳卫星而言，有效利用一体化太阳能帆板的结构进行一体化设计，可以大幅提高其功能密度比。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种一体化太阳能帆板及卫星，至少部分解决上述问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例第一方面提供一种一体化太阳能帆板，包括基板和安装在所述基板上的太阳能电池：

所述基板包括至少两个层叠设置的印刷电路板pcb；

所述太阳能电池位于构成所述基板外表面的所述pcb上；

所述pcb上，设置有安装有用于卫星上的传感器的安装位或安装空间。

基于上述方案，所述pcb上设置有多层印刷线圈；其中，所述印刷线圈形成了磁力距器。

基于上述方案，所述基板的第一表面设置所述太阳能电池；

所述基板的第一表面或第二表面设置有卫星天线，其中，所述第一表面和所述第二表面为所述基板的相反面；

所述卫星天线和太阳能电池相互不重叠；

所述卫星天线与磁力矩器之间还设置有电磁隔离层。

基于上述方案，所述传感器包括：磁力距器、位于所述基板表面的太阳敏感器、磁强计、温度计及陀螺仪的至少其中之一；

所述传感器，与设置在所述pcb上的卫星天线及太阳能电池板均互不重叠。

基于上述方案，所述太阳敏感器和所述太阳能电池位于所述基板的同一面。

基于上述方案，多层所述pcb之间设置有加强结构；

其中，所述加强结构包括以下至少之一：

铝制夹层板；

铝制加强筋；

铝制加强网；

工程塑料夹层板；

工程塑料加强筋；

工程塑料加强网。

基于上述方案，所述太阳能电池位于所述基板的第一表面；

所述基板的第二表面，还设置有供所述太阳电能电池与卫星的电源分系统连接的接口、供所述传感器连接到卫星计算机分系统的连接接口及供所述卫星天线连接至测控或数传分系统的连接接口的至少其中之一；

多层pcb上设置有供连接不同pcb之间电路的线缆穿过的通孔。

所述一体化太阳能帆板与卫星内的预设结构固定连接，作为卫星结构的一部分；

或者，

所述一体化太阳能帆板的一端与卫星本体结构铰接，在卫星内帆板展开控制电路的驱动下，所述太阳能太阳能电池帆板的另一端能够相对于卫星本体结构展开。

本发明实施例第二方面提供一种卫星，包括：支撑框架及安装在所述支撑框架表面的一体化太阳能帆板：其中，所述一体化太阳能帆板前述任意一个或多个技术方案提供的一体化太阳能帆板。

本发明实施例提供的一体化太阳能帆板及卫星，采用多层pcb组成一体化太阳能帆板的基板，将太阳能电池安装在pcb上。第一方面，pcb本身就是一种质量轻、厚度小及体积小的板材，且可以提供各种电器件的安装位和/或安装空间。显然，采用多个pcb层叠的基板，不仅可以安装太阳能电池，还可以提供卫星上其他电子元器件的安装。第二方面，通过其他电子元气件的引入，解决了现有技术中一体化太阳能帆板的结构单一及功能单一的问题。第三方面，有效的利用一体化太阳能帆板的空间，可以提供其他电子元气件的安装位和/或安装空间，提升了一体化太阳能帆板的空间利用率，从而可以减少卫星内部的安装空间，有利于卫星整体的体积减小。且由于pcb的质量轻的特点，还可减轻卫星重量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种一体化太阳能帆板的侧面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的太阳能电池所在面的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种一体化太阳能帆板的侧面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种印刷线圈的示意图；

图5为本发明实施例提供的卫星天线所在面的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种卫星的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种卫星的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种印刷线圈的示意图；

图9为本发明实施例提供的又一种一体化太阳能帆板的侧面结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。

如图1及图2所示，本实施例提供一种一体化太阳能帆板，包括基板110和安装在所述基板110上的太阳能电池120：

所述基板110包括至少两个层叠设置的pcb111；

所述太阳能电池120位于构成所述基板外表面的所述pcb111上；

所述pcb111上，设置有安装有用于卫星上的传感器的安装位或安装空间。

本实施例中提供一种卫星用的一体化太阳能帆板。该一体化太阳能帆板安装在卫星上后，能够收集

在本实施例中所述传感器可为各种用于卫星测量的传感器，例如，用于卫星自身定位测量的传感器，用于卫星飞行速度测量的传感器。典型的传感器可包括：太阳敏感器、磁强计等传感器。

两个pcb111之间间隙设置，多个pcb可以通过螺钉及螺帽、卡勾或卡孔等连接件连接。两个pcb111之间还可以通过粘合剂粘合，形成所述基板110。所述pcb111包括上表面和下表面；上表面和下表面上都可以设置有安装各种传感器的安装位或安装空间。

在本实施例中，相邻两块层叠的pcb111之间相互间隔的，保留一定的空间用于所述传感器的安装。

这样这些间隔内就可以安装能够安装在卫星表面的传感器或电子元器件。

这样的话，首先，将一体化太阳能帆板的基板设置为pcb，由于pcb自身的是电路板的一种，可以提供各种电子元器件的安装位和安装空间，同时利用pcb内的自身印刷的线路或电子元气件，维持pcb自身的电路板的功能，同时利用pcb的板材作为太阳能电池安装的基板，显然实现了一个部件的两种用途。且在本实施例中，pcb不止一层或一块，是有多个pcb层叠形成基板，一方面满足了基板的强度需求，另一方面pcb的层叠后，多个pcb能够提供更多的安装位或安装空间。且在一些实施例中层叠的pcb之间间隔设置，可以为传感器的安装提供更多的安装空间，可以有效的节省卫星的内部空间，降低卫星的整体体积。

在本实施例中所述pcb的个数不止两个，如图1所示，基板110由6个pcb111构成，两两pcb111之间层叠形成了多个安装空间和两个可安装的表面。如图3所示，至少有一个pcb(假设为第一pcb)构成基板110的第一表面；另一个pcb(假设为第二pcb)构成基板110的第二表面。这里的第一表面和第二表面是相对的两个表面，所述太阳能电池120可以设置在所述第一表面或第二表面上，总之用于设置在基板110的外表面上，使得太阳能电池能够采集的阳光，从而基于太阳能进行光电装换，将太阳能转换为电能，为卫星或航天飞行器进行供电。

如图3所示，当所述基板110包括3块以上的pcb111时，可以包括位于第一pcb和第二pcb之间的中间pcb，中间pcb上可设置有连通第一pcb第二pcb的线路或连接通道，以方便实现整个基板110内所有pcb111的电连接。

在一些实施例中，基板110内的所有pcb，也不一定要全部实现电连接。例如，可以仅连接第一pcb和第二pcb，中间pcb可以通过穿透第一pcb或第二pcb的通过线缆与卫星或航天器的内部结构相连。

可选地，所述pcb111上设置有多层印刷线圈；其中，所述印刷线圈形成了磁力距器。

如图4所示，所述形成所述磁力距器的印刷线圈的一种示意图。在本实施例中，当所述基板110包括多个pcb111时，可以在第一pcb的内表面、中间pcb的两个表面及第二pcb的内表面均设置有印刷线圈。一方面避免磁力力矩的相互抵消，为了增大磁力力矩，各层pcb上的印刷线圈都采用相同的绕线方向。例如，在第一pcb的内表面的印刷线圈是采用的逆时针的绕线方式，则中间pcb和/或第二pcb的内表面均采用逆时针的绕线方式，以起到增大磁力力矩的作用。

在一些实施例中，pcb内自身通过板内铜箔的铺设等印刷有线圈。在本实施例中所述印刷线圈的圈数和印刷线圈的层数都可以根据所需的磁力力矩进行确定。在一些实施例中，每一层印刷线圈或位于不同的pcb111上的印刷线圈，都有与其他印刷线圈连接的受控开关，可以根据需要调整不同pcb111上的印刷线圈的连接关系，从而提供卫星等飞行器所需的磁力力矩的目的。

可选地，所述基板110的第一表面设置所述太阳能电池120；

如图5所示，所述基板110的第二表面设置有卫星天线，其中，所述第一表面和所述第二表面为所述基板的相反面；所述卫星天线和所述太阳能电池互不重叠，避免重叠影响彼此的功能。所述卫星天线与磁力矩器之间还设置有电磁隔离层。在图5所示的第二表面还设置有磁强计、电连接器及陀螺仪等传感器。图1至图6中都设置有固定螺丝孔，固定螺丝孔可用于相对固定两个相邻的pcb，从而形成整体的基板110。

在本实施例中，基板110的一个表面设置有太阳能电池120，该太阳能电池120所在的第一表面一定为所述基板110朝外的一面。所述第二表面可为所述基板110的另一个外表面，但是也可以是所述基板110朝向所述卫星内部的一个表面。

所述卫星天线可为卫星与地面系统通信的天线，也可以是所述卫星与天基系统通信的天线。所述地面系统可包括：位于地面的测控系统等。所述天基系统可为卫星通信中继系统或者全球定位系统(gps)等。

在本实施例中，所述基板110不仅作为所述太阳能电池120的安装结构，还可用于卫星天线的安装，卫星天线安装位于卫星表面的基板110上，这样可以可能的减少卫星天线的辐射的信号或者接收信号的遮挡。

在本实施例中，由于基板110还设置有磁力矩器，为了避免磁力矩器对卫星天线的干扰。在本实施例中卫星天线与所述磁力矩器之间设置隔离层。在本实施例中，例如，所述磁力矩器和所述卫星天线设置在不同的pcb上，在其中一块pcb上设置有整块的铜箔等金属层，具有隔离磁力矩器和所述卫星天线之间的作用。

在一些实施例中，所述基板110上还可不设置有所述磁力矩器，仅设置有所述卫星天线，这样的话，就不用专门设置隔离所述磁力矩器和所述卫星天线的隔离层。

在本实施例中，所述隔离层可为铜箔，还可以是铜箔以外的其他具有隔离作用的金属和/或合金构成。

可选地，所述传感器包括：磁力距器、位于所述基板表面的太阳敏感器、磁强计、温度计及陀螺仪的至少其中之一。所述传感器，分别与设置在pcb111上的卫星天线及太阳能电池都不重叠。

在本实施例中，所述磁力矩器可为是利用地磁场控制卫星姿态的主要执行机构。根据控制规律，将磁力矩器通以一定大小和方向的磁电流，使之产生所要求的磁矩，在轨道地磁场作用下产生力矩，用于卫星速度阻尼和动量卸载，实现卫星姿态磁控制。

所述太阳敏感器是通过敏感太阳矢量的方位来确定太阳矢量在星体坐标中的方位，从而获取航天器相对于太阳方位信息的光学姿态敏感器。选择太阳作为参考目标是因为太阳视在圆盘的角半径几乎和航天器轨道无关并且很小，因此，对大多数应用而言，可以把太阳近似看作点光源；另外，太阳光源很强，从而使敏感器结构简单，其功率要求也很小；太阳敏感器的视场很大，可以从几分×几分到128°×128°，而分辨率可以从几度到几角秒。

在一些实施例中为了提升太阳敏感器的测量精确度，会将所述太阳敏感器和所述太阳能电池设置在所述基板110的同一个表面，使得所述太阳敏感器直接接受太阳的照耀，避免遮挡导致的精确不精确的问题。

所述磁强计，可用于测定地磁场的大小与方向，即测定航天器所在处地磁场强度矢量在本体系中的分量。

所述温度计可为用于测量卫星表面的温度的传感器，则可优选设置在所述基板110设置有所述太阳能电池120的一侧。在一些实施例中所述温度计还可为测量所述一体化太阳能帆板自身的温度计，避免温度过高导致的异常，则所述温度计可以设置在两个pcb111的间隔内。

所述陀螺仪可为另一种测量一体化太阳能帆板的飞行姿态或飞行加速度等的传感设备，可以位于所述基板110的任何位置。在本实施例中，为了延长所述陀螺仪的使用寿命，优选设置在两块pcb111之间或设置在pcb111朝向卫星等飞行器内部的一侧。

当然以上仅是所述基板110上设置的各种传感器的一种举例，具体实现时，不局限于上述任意一种。

可选地，多层所述pcb111之间设置有加强结构；

其中，所述加强结构包括以下至少之一：

铝制夹层板；

铝制加强筋；

铝制加强网；

工程塑料夹层板；

工程塑料加强筋；

工程塑料加强网。

在本实施例中为了加强所述基本110的强度，在本实施例中还设置了加强结构，在本实施例中所述加强结构采用铝材或者工程所料，这两种材质都具有质量强及强度大的特点。强度大的特点一方面满足了增强基板110的强度的特点，而质量轻则减轻了卫星等飞行器在发射和飞行过程所需的能耗，尽可能的实现卫星等飞行器的质量轻的特点。

在本实施例中所述铝制夹层板、铝制加强筋、及所述铝制夹层板，均是采用铝材制作的。铝材具有强度大、质量轻及物理和化学性质稳定的特点。

所述工程塑料夹层板、所述工程塑料加强筋及所述工程塑料加强网，均是采用的工程塑料构成，这里的工程塑料可包括：

工程塑料可包括：第一类工程塑料和二类工程塑料两类。所述第一类工程塑料可包括：有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚和热塑性聚酯五大通用工程塑料。所述第二类工程塑料可包括：指耐热达150℃以上的工程塑料，主要品种有聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜类、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮、液晶聚合物和氟树脂等。

在本实施例中所述工程塑料可优选为所述第二类工程塑料。

在本实施例中所述加强筋通常是呈条状的一条条设置在基板110内部，限定所述pcb111之间的相对运动，避免因为pcb111之间的相对运动，导致基板110的散架，提升所述基板110的整体强度。所述加强筋可为呈现单条的或者多条朝一个方向设置。

所述加强网可包括：多个方向设置的加强筋，这些加强筋之间连接，形成一个呈网状的结构。所述pcb111可以设置在所述加强网内。

在本实施例中还设置有加强层，所述加强层可为铝制板或工程塑料板，与pcb111同样层叠成所述基板110。

总之，本实施例中提供了进一步加强所述基板的加强结构。在一些实施例中，还可以通过增加所述pcb111的个数并加强各个pcb111之间的连接实现。

可选地，所述太阳能电池120位于所述基板110的第一表面；

所述基板110的第二表面设置有供所述太阳电能电池120与卫星的电源分系统连接的接口；多层pcb111上设置有供连接不同pcb111之间电路的线缆穿过的通孔。

在本实施例中所述接口可包括插座或插头等，可以供所述太阳能电池120连接到卫星等飞行器内部的电源分析的接口。在本实施例中，将所述接口设置在第二表面，而第二表面可为所述基板110朝向所述卫星内部的一面，这样方便所述卫星内的电源分系统与所述太阳能电池120的连接。在本实施例中位于第一表面的太阳能电池120能够通过各个pcb111上的通孔，通过线缆或者通过pcb111之间其他结构进行电连接。

在一些实施例中，第一pcb及中间pcb上设置有凸起的铜钉，中间pcb和第二pcb上设置有供所述铜钉卡入的铜孔。在一些实施例中，所述铜钉和所述铜孔进行紧配合。所述铜钉和所述铜孔分别与对应pcb的内部电路连接，这样的话，就可以通过铜孔和铜钉一方面实现物理连接，另一方面实现电连接，不同pcb111之间复用铜钉及铜孔的接触进行导通，实现信号的交互。

可选地，在一些实施例中，所述太阳能电池120固定安装在所述pcb111上。例如，所述太阳能电池120以块状设置在所述pcb111上，整块的铺设在所述pcb111上。

例如，所述一体化太阳能帆板与卫星的预定结构固定连接，作为卫星结构的一部分。这里的预设结构可为卫星的支撑框架等除所述太阳能帆板以外的其他结构。

在另一些实施例中，安装有太阳能电池120的所述一体化太阳能帆板一端与卫星本体结构铰接，在卫星内帆板展开控制电路的驱动下，所述一体化太阳能帆板的另一端能够相对于所述卫星本体结构展开。所述一体化太阳能帆板一端与所述卫星本体铰接，在所述一体化太阳能帆板驱动器的驱动下，所述一体化太阳能帆板的另一端能够相对于所述卫星本体结构展开。

在本实施例中，所述一体化太阳能帆板仅一端与所述pcb111连接，另一端可以方便所述一体化太阳能帆板的张开，使得所述一体化太阳能帆板相对于卫星本体呈一定的夹角。这种所述一体化太阳能帆板可包括多层；层与层之间可折叠也可以展开，且保持物理和电连接。

如图6所示，本实施例还提供一种卫星，包括：支撑框架210及安装在所述支撑框架表面的一体化太阳能帆板220：其中，所述一体化太阳能帆板前述任意一个或多个技术方案提供的一体化太阳能帆板。

显然这样的卫星，一方面充分利用了一体化太阳能帆板的空间，节省了卫星的内部空间，另一方面具有体积小及质量轻的特点。

如图6和图7所示，所述一体化太阳能帆板220构成了所述卫星的外壳体。

在本实施例中，所述一体化太阳能帆板220构成了所述卫星的外壳体，一体化太阳能帆板220设置有所述太阳能电池的一面构成了所述卫星的外表面，所述一体化太阳能帆板220朝向所述卫星内部的一面，构成了所述卫星的外壳体的内表面。所述卫星的内部器件都安装在所述一体化太阳能帆板220的内部。

在本实施例中所述一体化太阳能帆板的第二表面上设置有各种接口，可供所述一体化太阳能帆板220上安装的器件，连接到所述卫星内部的对应系统。例如，所述基板110的第二表面，还设置有供所述太阳电能电池与卫星的电源分系统连接的接口、供所述传感器连接到卫星计算机分系统的连接接口及供所述卫星天线连接至测控或数传分系统的连接接口的至少其中之一；多层pcb上设置有供连接不同pcb之间电路的线缆穿过的通孔。

如图7所示，在一体化太阳能帆板上不仅设置有太阳能电池，还安装有表面元件，这种表面元件可为前述的任意一种传感器。一体化太阳能帆板可以通过固定螺丝，固定在卫星本体结构上。

图8为本发明实施例提供的一种印刷有印刷线圈的pcb的示意图。

以下结合上述任意一个实施例提供一个具体示例：

示例1：

本示例针对微纳卫星体积小，重量轻，集成度高的特点，提出一种新型帆板设计。在本帆板设计中，帆板基板采用多层pcb，在基板内的不同pcb层中集成磁力矩器。

在pcb的中间层以印刷导线方式制作环形线圈，形成空心线圈式磁力矩器。

在基板表面贴装太阳能电池片，在相邻太阳能电池片的空隙中贴装太阳敏感器。

在另外一侧基板表面绘制有pcb天线(对应于前述的卫星天线)，pcb天线和内部磁力矩器之间有一层完整的铜箔(为前述隔离层的一种)，将pcb天线与内部磁力矩器隔离开，以防止磁力矩器导线影响天线正常工作。

所述pcb天线可为狭缝天线、单极子天线中的任意一种。

在pcb天线相同一侧安装磁强计，温度计等敏感器件。

同时采用强度增强的pcb的板材，基板同时作为卫星外层结构组件。

通过这种设计，可以在一体化太阳能帆板上集成天线、磁力矩器、敏感器等组件，有效节约卫星内部空间，并提高了敏感器件测量精度。

如图3和图7所示，一个完整的pcb包含多层印制导线。利用印制导线绘制环形线圈，形成空心线圈磁力矩器，可以将磁力矩器集成到一体化太阳能帆板中，以达到节约卫星内部空间的目的。

如图3和图7所示，pcb其中一层的示意图，印制导线形成的环形线圈。为增大磁力力矩，在pcb除顶层(对应于前述的第一pcb)和底层(对应于前述的第二pcb)之外的中间每一个pcb层都设计有环形线圈，多层环形线圈环绕方向相同。需要的磁力力矩可以通过改变线圈匝数和/或线圈层数实现。

如图2所示，为pcb顶层布局，左右两片深色部分为太阳能电池片，通过pcb顶层印制导线连接至底面插座，再通过插座和对应的插头导线连接至相应的分系统。中间部分为太阳敏感器。太阳敏感器位置可根据实际需要调整。

上图为背面布局示意图。中间元件可以为磁强计，陀螺仪等测量部件。由于远离星内电池、测控发射机、飞轮等带有磁性或产生电磁波的组件，因此可以提高测量精度，减小测量误差。

图5可为基板的背面的结构示意图，最底下的pcb上设置有卫星天线，pcb天线，且卫星天线的正上方为完整的一层接地层，以屏蔽其他层环形线圈的影响。底面除天线区域之外的其他部分可以安装敏感器件。

除以上功能之外，pcb本身还可作为卫星表面盖板。图6为一种安装方式示例，卫星本体及内部部件安装在铝制框架中，表面采用上述的pcb作为盖板起承载和固定作用。为提高pcb强度，在pcb内层可以增加铝制夹层。

图9为本发明实施例提供的一个基本的侧面示意图，每一个网格层代表一块pcb，显然在图9中显示有3块pcb，这3块pcb连接后组成了所述基板。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。