CN113328244B - 一种基于曲面结构的端射共形光伏天线 - Google Patents
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Abstract
一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，包括：曲面介质板，用于提供安装面；所述曲面介质板具有相对的第一面和第二面；辐射主体，用于接受太阳辐射；所述辐射主体设置于所述第一面上；馈电机构，用于传输信号；所述馈电机构设置于所述第二面上，且与所述辐射主体连接。本申请通过在可曲面共形泡沫衬底基础上使用光伏电池阵列替代良导体的Vivaldi端射天线，可以实现微波信号接收、转换以及太阳光辐射能量接收转换，并在保持天线性能改变较小的前提下实现与无人机曲面机翼共形的效果，实现减轻天线重量、降低飞行器有效载荷的效果，满足无人飞行器和卫星平台在有限面积下同时对大规模能源***和高性能天线的需求。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池天线技术领域，具体涉及一种基于曲面结构的端射共形光伏天线。
背景技术
大规模太阳电池阵、大口径高性能天线都是太阳能无人机和卫星平台的重要支柱。光伏天线有助于解决传统天线由于太阳电池阵的屏蔽作用在安装时挤占能源***安装面积导致能源***与载荷***都无法达到最优且凸出的天线还会破坏无人机的气动外形影响升阻比、降低气动效率等问题。通过将光伏阵列和天线阵列有效地进行一体化，实现结构和功能的融合，则将有助于实现太阳能无人机的体积比功率和重量比功率双高，从而成为提升平台综合效能的有效途径。
目前，现有的光伏电池和天线相结合的研究存在各种缺陷，它们的共同问题是天线或者馈电***需要单独加工，没有实现光伏电池和天线真正的融合，这不仅产生了额外费用，也增加了***复杂度和不稳定性，不利于光伏天线的应用。现有的光伏天线无法有效利用光伏电池板的口面，不仅会牺牲光伏电池的发电效率，还会影响天线探测性能，并没有充分考虑实际应用中光伏发电***和天线***的兼容性问题，也没有考虑光伏天线与无人机机翼共形的问题，以及用于侦查探测目标的光伏天线波束方向控制问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，包括：
曲面介质板，用于提供安装面；所述曲面介质板具有相对的第一面和第二面；
辐射主体，用于接受太阳辐射；所述辐射主体设置于所述第一面上；
馈电机构，用于传输信号；所述馈电机构设置于所述第二面上，且与所述辐射主体连接。
优选地，所述曲面介质板为曲面共形泡沫板。
优选地，所述曲面共形泡沫板的厚度为1毫米。
优选地，所述辐射主体为柔性薄膜砷化镓太阳电池。
优选地，所述柔性薄膜砷化镓太阳电池的尺寸为20.8毫米×40.8毫米。
优选地，所述辐射主体上铺设有高透光率含氟聚合物薄膜。
优选地，所述高透光率含氟聚合物薄膜的厚度为25微米。
优选地，所述辐射主体和所述高透光率含氟聚合物薄膜之间铺设有聚烯烃热熔胶膜。
优选地，所述聚烯烃热熔胶膜的厚度为25微米。
优选地，所述曲面介质板和所述辐射主体之间通过双面胶带黏贴。
本申请提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线具有如下有益效果：
本申请提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，通过在可曲面共形泡沫衬底基础上使用光伏电池阵列替代良导体的Vivaldi端射天线，可以实现微波信号接收、转换以及太阳光辐射能量接收转换，并在保持天线性能改变较小的前提下实现与无人机曲面机翼共形的效果，实现减轻天线重量、降低飞行器有效载荷的效果，满足无人飞行器和卫星平台在有限面积下同时对大规模能源***和高性能天线的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线的仰视图；
图2是本发明提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线的俯视图；
图3是本发明提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线的弯曲程度对天线工作带宽影响仿真结果图；
图4是本发明提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线的弯曲程度对天线主波束方向影响仿真结果图；
图5是曲面结构对天线辐射性能影响的仿真结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-2，在本申请实施例中，本发明提供了一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，包括曲面介质板2、辐射主体1和馈电结构3，天线采用具有宽频带阻抗匹配特性的L形馈电结构3，位于曲面介质板2下层；依次串并联组成的光伏电池阵列替代传统天线良导体，作为天线的辐射主体1位于曲面介质板2上层，光伏电池选用高效率多结柔性薄膜砷化镓太阳电池，并采用高温层压方式进行封装。
在本申请实施例中，所述的端射共形光伏天线工作中心频段为270MHz，光伏天线尺寸为2.6米×2.6米。
在本申请实施例中，辐射主体1与馈电结构3分别位于厚度为1毫米的曲面介质板2的两侧，曲面介质板2采用曲面共形泡沫板。
在本申请实施例中，曲面介质板2的上层的辐射主体1由66片柔性薄膜砷化镓太阳电池通过串并联形式组成，单片太阳电池尺寸为20.8毫米×40.8毫米，光伏阵列转换效率达30％以上(AM0，1280W/m2，25℃)。
在本申请实施例中，太阳电池上表面采用25微米厚的ETFE薄膜作为高透光率含氟聚合物薄膜4，下表面采用曲面共形泡沫板2作为衬底进行封装；采用25微米厚的POE胶膜作为聚烯烃热熔胶膜5在太阳电池上表面与ETFE薄膜进行热熔粘合，采用双面胶带6在太阳电池下表面与曲面共形泡沫板2进行粘合；
如图3，整个端射共形光伏天线从上到下依次是透明含氟聚合物薄膜4、聚烯烃胶膜5、辐射主体1(太阳电池阵列)、双面胶带6、曲面介质板2(曲面共形泡沫板)的顺序叠层，并通过一次高温层压成型。
在本申请实施例中，考虑到机翼顶部为曲面结构，为了实现光伏天线与机翼的共形，本发明中端射共形光伏天线设计为曲面结构。图4为曲面结构对天线阻抗匹配带宽影响的仿真结果图，当天线弯曲程度为15°和30°时，阻抗匹配带宽变化不明显且与平面天线性能相似，工作带宽基本能够覆盖240MHz-310MHz；当天线弯曲程度为45°时，阻抗匹配变差，工作带宽变窄，工作带宽基本能够覆盖240MHz-300MHz。图5为曲面结构对天线辐射性能影响的仿真结果图，当天线未弯曲时，辐射方向图为红色实线，最大波束保持在水平方向。当天线弯曲程度逐渐增大时，天线波束开始向下移动。当天线弯曲程度为45°时，天线波束下方偏移约20°左右，同时最大辐射方向已经偏离水平线。结果表明当天线弯曲程度在45°以内时，本发明提供的基于曲面结构的端射共形光伏天线工作带宽能够完全覆盖270MHz工作频段，且天线主波束的方向性保持良好。
本申请提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，与现有技术相比，除了可与无人飞行器和卫星实现平面共形外，还可充分利用太阳阵的大口面面积，将电磁表面与太阳电池阵集成一体化，使其同时具有可见光辐射接收转化和高增益微波辐射性能，从而将传统的天线辐射口面和太阳电池阵合二为一，有效地减小无人平台的重量、体积、成本和***复杂度。
本申请提供的一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，通过在可曲面共形泡沫衬底基础上使用光伏电池阵列替代良导体的Vivaldi端射天线，可以实现微波信号接收、转换以及太阳光辐射能量接收转换，并在保持天线性能改变较小的前提下实现与无人机曲面机翼共形的效果，实现减轻天线重量、降低飞行器有效载荷的效果，满足无人飞行器和卫星平台在有限面积下同时对大规模能源***和高性能天线的需求。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (1)
1.一种基于曲面结构的端射共形光伏天线，其特征在于，包括：
曲面介质板，用于提供安装面；所述曲面介质板具有相对的第一面和第二面；
辐射主体，用于接受太阳辐射；所述辐射主体设置于所述第一面上；
馈电机构，用于传输信号；所述馈电机构设置于所述第二面上，且与所述辐射主体连接；
其中，所述曲面介质板为曲面共形泡沫板；所述曲面共形泡沫板的厚度为1毫米；所述辐射主体为柔性薄膜砷化镓太阳电池；所述柔性薄膜砷化镓太阳电池的尺寸为20.8毫米×40.8毫米；所述辐射主体上铺设有高透光率含氟聚合物薄膜；所述高透光率含氟聚合物薄膜的厚度为25微米；所述辐射主体和所述高透光率含氟聚合物薄膜之间铺设有聚烯烃热熔胶膜；所述聚烯烃热熔胶膜的厚度为25微米；所述曲面介质板和所述辐射主体之间通过双面胶带黏贴。
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Effective date of registration: 20221208 Address after: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Applicant after: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation Address before: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Applicant before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation Applicant before: CETC Energy Co.,Ltd. |
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