[發明專利]一種全向圓極化超表面太陽能天線

有效

• 申請號: 201811619084.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109888481B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 陳波;毛寧馨;湯悅;劉思豪;楊德強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q7/00;H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q1/22
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 周劉英

本發明公開了一種全向圓極化超表面太陽能天線，從上至下包括集成太陽能天池的輻射超表面、第一介質層、金屬地板、第二介質層和微帶饋電網絡；其中輻射超表面為多個矩形環構成的均勻陣列，太陽能電池放置于各矩形環內部；金屬地板上設置有4個呈旋轉對稱分布的十字交叉縫隙，用于實現對輻射超表面的均勻等幅饋電，第二介質層下表面的饋電網絡通過微帶縫隙耦合饋電的方式，為各十字交叉縫隙饋電，在輻射超表面上激勵起正交模式，實現全向圓極化輻射。本發明集成了太陽能電池的輻射超表面的太陽能電池性能與天線性能之間基本互不干擾，即充分利用了天線的表面面積，同時也保障了太陽能電池板能夠完全的暴露在光照下。

技術領域

本發明屬于太陽能光伏與無線信號傳輸技術應用領域，具體涉及一種全向圓極化太陽能 超表面天線。

背景技術

隨著環境污染與綠色能源越來越受到各方面的關注，太陽能作為一種潔凈的能源受到了 市場的青睞。當太陽能電池應用于無線通信領域中時，若將太陽能系統與天線系統分別進行 獨立設計，二者將互相爭奪有限的空間資源。因此，集成天線與太陽能電池成為一種新的技 術趨勢。目前集成太陽能電池和天線主要面臨下述兩種問題：

(1)將太陽能電池板直接放置于天線上時，如申請號為201611154861.0的專利申請所 提出的一種太陽能電池與縫隙天線集成一體化裝置，縫隙貫穿太陽能電池和金屬地板，或者 將太陽能電池直接作為天線的輻射部分。以上所述方式保證了太陽能電池板完全暴露在陽光 下，但由于太陽能電池板為半導體，高頻電流在上面傳導時，會有較大的損耗，因此天線的 效率會受到較大影響。

(2)另一種集成方式則是將太陽能電池板作為天線的地板，天線的輻射部分選擇透光結 構。如利用導電薄膜作為輻射體的微帶天線，例如文獻《H.J.Song et al.,“AMethod for Improving the Efficiency of Transparent Film Antennas Hyok,”IEEEAntennas Wirel.Propag.Lett.,vol.7,pp.753–756,2008.》所公開的微帶天線結構；利用水作為介質 的介質諧振天線，例如文獻《M.Zou,J.Pan,and Z.Shen,“Frequency-reconfigurable water antenna integrated with solar cell,”9thInt.Conf.Microw.Millim.Wave Technol.ICMMT 2016-Proc.,vol.2,pp.858–860,2016》所公開的介質諧振天線結構；以及利用金屬網格的 網格天線，例如文獻《A.Rashidian,L.Shafai,and C.Shafai,“Miniaturized Transparent Metallodielectric ResonatorAntennas Integrated with Amorphous Silicon Solar Cells,” IEEE Trans.AntennasPropag.,vol.65,no.5,pp.2265–2275,2017》所公開的網格天線結構。 然而，這些結構無法實現完全的透光，因此太陽能電池板的效率會受到影響。

由于現有的天線和太陽能電池的集成方式無法同時保障天線和太陽能電池板的效率最大 化。同時，對于天線與太陽能電池板集成的設計，天線的輻射方向也是需要重點考慮的因素。 目前在大部分的天線與太陽能集成的設計中，天線輻射方向都是與太陽能電池板的朝向一致。 對于太陽能電池板，為保障其最大效率，其面板需要朝向天頂(仰角90deg)，而對于無線通 信，很少有信號是來自天頂，因此需要天線的輻射方向與太陽能面板的朝向不同。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種全向圓極化超表面太陽能天線， 即能充分利用天線的表面面積，又能保障太陽能電池板能夠完全的暴露在光照下。

本發明的全向圓極化超表面太陽能天線從上之下包括集成太陽能電池的輻射超表面、第 一介質層、金屬地板、第二介質層和微帶饋電網絡；其中，第一介質層的厚度大于第二介質 層；