一种双环形低频段光伏集成天线单元的制作方法

本发明属于天线与太阳能技术的交叉领域，具体涉及一种双环形低频段光伏集成天线单元。

背景技术：

1、在当今无线通信技术迅猛发展的背景下，外辐射源雷达在现代军事和民用领域中发挥着重要作用，天线作为其重要组件常需要满足高隐蔽性、高灵活度、高抗干扰、低成本等特点。低频段信号（90mhz-120mhz）由于其较长的波长和优越的穿透能力，在各种环境下展现出卓越的通信性能，而太阳能电池板由于其可供电、基础设施完善等特点，常与天线技术结合构成光伏集成天线，具有非常广泛的应用场景。

2、然而，传统的光伏集成天线通常面临结构复杂、频段过高和太阳能电池板利用程度低的问题，限制了它们在某些应用场景中的灵活性和有效性。例如，传统光伏集成天线常将天线辐射体嵌合在太阳能电池片夹层中，这样的设计制作工艺复杂，且在低频段设计中有明显限制。此外，许多光伏集成天线设计中太阳能电池板往往仅作为天线载体或供电设备，与天线配合度低，增加了天线成本。

3、在这样的背景下，开发一种用于外辐射源雷达的低频段光伏集成天线单元显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明旨在克服传统光伏集成天线在低频设计困难、太阳能电池板与天线结合度低的问题，同时设计一种能满足外辐射源雷达高隐蔽性、高灵活度、高抗干扰、低成本等要求的天线。提供一种双环形低频段光伏集成天线单元，本发明将太阳能电池板边框作为辐射天线的辐射环，巧妙地融合了光伏技术与天线技术，解决了传统太阳能天线中低频段设计困难和太阳能电池板仅作为天线载体的问题，不仅极大地提升了天线布署的简洁性，而且发挥了太阳能电池板多重效用，减少了天线材料成本，所设计的天线发挥了低频段信号高穿透高灵活度的优势，同时利用了太阳能电池高隐蔽性、低成本的特点，高度适用于外辐射源雷达。这种整合创新提高了天线系统的能源效率，促进了外辐射源通信技术的发展。

2、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

3、一种低频段光伏集成天线单元，光伏集成天线单元工作在90mhz-120mhz频段，包括太阳能电池板和辐射天线，其特征在于：辐射天线采用一种辐射耦合双环结构，太阳能电池板边框作为辐射天线的辐射环，耦合环部分的环形导体为耦合环，耦合环部分和调谐桥部分分别安装在太阳能电池板上表面，且放置在各太阳能电池片缝隙处。辐射天线结构安置在太阳能电池片缝隙处，在发挥传统辐射天线性能的同时，太阳能电池板的发电效率几乎不受影响，辐射天线工作在90mhz-120mhz调频波段，具有稳定的增益和辐射性能。

4、所述的辐射天线由辐射环、耦合环部分、调谐桥部分、馈电部分和π形匹配电路组成，在耦合环部分开口处安装一个π形匹配电路并引出馈电部分，所述馈电部分为sma接头，耦合环部分与馈电部分之间采用了π形匹配电路进行阻抗匹配，最大限度地减少辐射天线信号反射和能量损失，提高辐射天线的辐射效率和整体性能；所述辐射环为太阳能电池板边框，所述耦合环部分和调谐桥部分分别安装在太阳能电池板表面，且放置在各太阳能电池片之间的缝隙处。

5、所述耦合环部分的形状为“口”字形或“工”字形。“工”字形的耦合环部分相较“口”字形的耦合环部分占用太阳能电池板尺寸更小，且在同尺寸下具有更好的调频效果。

6、所述耦合环部分由环形介质板和环形导体组成，所述环形介质板具有一个用于馈电的开口，安装在太阳能电池板表面，且放置在各太阳能电池片之间的缝隙处，所述环形导体印刷在环形介质板表面，覆盖整个环形介质板正面。环形导体与太阳能电池板边框形成一“双环”结构，环形导体为耦合环，太阳能电池板边框为辐射环，耦合环与辐射环相互耦合从而增强辐射性能。

7、所述调谐桥部分由条形介质板、条形导体、电容组成，所述条形介质板铺设在太阳能电池板表面，且安置在太阳能电池片缝隙处，两端分别连接太阳能电池板边框较长的两个对边，且与该两对边垂直，所述条形导体两端连接太阳能电池板边框，中间有一开口，开口由所述电容进行连接，条形导体印刷在条形介质板表面，除开口外覆盖整个条形介质板正面。条形导体与电容的加入使得太阳能电池板边框在谐振过程中产生多种谐振模式，使得太阳能电池板边框作为辐射环的谐振频率可以被调整与改善，从而实现与环形导体更好的耦合，同时改善其阻抗匹配性能。

8、耦合环部分与调谐桥部分确保在整个低频段内具有优化的回波损耗（s11）、电压驻波比（vswr）和阻抗匹配特性，从而提供高效的信号接收与传输。

9、所述耦合环部分长500-900mm，宽500-900mm，高2-3mm，环宽4-8mm，所述开口长度5-30mm。

10、所述调谐桥部分长800-1200mm，宽4-8mm，所述开口长度5-30mm。

11、所述调谐桥部分中电容值为2pf-20pf。

12、所述环形介质板为2-3mm的fr4介质板，介电常数4.4。

13、所述环形导体采用耐腐蚀的金属材质铜制成。以提供持久的外部使用性能。

14、所述条形介质板厚度均为2-3mm的fr4介质板，介电常数4.4。

15、所述条形导体采用耐腐蚀的金属材质铜制成。以提供持久的外部使用性能。

16、所述π形匹配电路中的电容值在耦合环部分的形状为“口”字形中为16pf、5pf，电感值为130nh，在耦合环部分的形状为“工”字形中为12pf、2pf，电感值为145nh。

17、本发明实现了太阳能电池板与低频段天线的一体化设计,覆盖了90mhz-120mhz的工作频带,可以利用现存的大面积太阳能电池板阵列构建高效电磁环境感知阵列实现绿色无线通信,在未来的无线通信系统中具有广泛的应用前景。

18、本发明的一种双环形低频段光伏集成天线单元，光伏集成天线单元的阻抗匹配带宽在90mhz-120mhz的频段，在目标频段内可以维持约为3db以上的稳定的平均增益，辐射方向图保持了良好的方向性，辐射能量主要集中在-x方向，符合定向天线的特征，能够实现良好的定向辐射，达到了较好的辐射性能。

技术特征：

1.一种双环形低频段光伏集成天线单元，光伏集成天线单元工作在90mhz-120mhz频段，包括太阳能电池板和辐射天线，其特征在于：辐射天线采用一种辐射耦合双环结构，太阳能电池板边框作为辐射天线的辐射环，耦合环部分的环形导体为耦合环，耦合环部分和调谐桥部分分别安装在太阳能电池板上表面，且放置在各太阳能电池片缝隙处。

2.根据权利要求1所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述的辐射天线由辐射环、耦合环部分、调谐桥部分、馈电部分和π形匹配电路组成，在耦合环部分开口处安装一个π形匹配电路并引出馈电部分，所述馈电部分为sma接头，所述辐射环为太阳能电池板边框，所述耦合环部分和调谐桥部分分别铺设在太阳能电池板表面，且安置在各太阳能电池片之间的缝隙处。

3.根据权利要求1或2所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述耦合环部分的形状为“口”字形或“工”字形。

4.根据权利要求3所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述耦合环部分由环形介质板和环形导体组成，所述环形介质板具有一个用于馈电的开口，铺设在太阳能电池板表面，且安置在太阳能电池片缝隙处，所述环形导体印刷在环形介质板表面，覆盖整个环形介质板正面。

5.根据权利要求1所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述调谐桥部分由条形介质板、条形导体、电容组成，所述条形介质板铺设在太阳能电池板表面，且安置在太阳能电池片缝隙处，两端分别连接太阳能电池板边框较长的两个对边，且与该两对边垂直，所述条形导体两端连接太阳能电池板边框，中间有一开口，开口由所述电容进行连接，条形导体印刷在条形介质板表面，除开口外覆盖整个条形介质板正面。

6.根据权利要求4所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述耦合环部分长500-900mm，宽500-900mm，高2-3mm，环宽4-8mm，所述开口长度5-30mm。

7.根据权利要求5所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述调谐桥部分长800-1200mm，宽4-8mm，所述开口长度5-30mm。

8.根据权利要求5所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述调谐桥部分中电容值为2pf-20pf。

9.根据权利要求4所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述环形介质板为2-3mm的fr4介质板，介电常数4.4。

10.根据权利要求4所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述环形导体采用耐腐蚀的金属材质铜制成。

11.根据权利要求5所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述条形介质板厚度均为2-3mm的fr4介质板，介电常数4.4。

12.根据权利要求5所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述条形导体采用耐腐蚀的金属材质铜制成。

13.根据权利要求3所述的一种双环形低频段光伏集成天线单元，其特征在于：所述π形匹配电路中的电容值在耦合环部分的形状为“口”字形中为16pf、5pf，电感值为130nh，在耦合环部分的形状为“工”字形中为12pf、2pf，电感值为145nh。

技术总结
本发明公开一种双环形低频段光伏集成天线单元，光伏集成天线单元工作在90MHz‑120MHz频段，包括太阳能电池板和辐射天线，其特征在于：辐射天线采用一种辐射耦合双环结构，太阳能电池板边框作为辐射天线的外辐射环，耦合环部分的环形导体为内耦合环；耦合环部分和调谐桥部分安装在太阳能电池板上表面，且放置在各个太阳能电池片缝隙处，辐射天线不会对太阳能电池板的发电效率产生明显影响；辐射天线覆盖90MHz‑120MHz调频工作频带,具有优良的天线性能。本发明利用太阳能电池板边框作为辐射天线外辐射环,以组件表面作为耦合环的基座，实现了调频波段接收天线与太阳能电池板的相互融合，在外辐射源雷达电磁波信号检测方面具有广阔应用前景。

技术研发人员：严国刚,杨文涛,王鲜,聂彦,杨山久,卢浩澜,庄玲洁
受保护的技术使用者：武汉日新科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21