一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守VSAT终端站

一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站
技术领域
1.本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站。


背景技术：

2.vsat(very small aperture terminal，甚小口径卫星通信终端)技术由于结构简单、组网灵活、可靠性高等优点，在5g乃至6g网络通信全覆盖技术中显得尤为重要。
3.但是，城市中现行的vsat终端站一般都需要一根较长的供电线为其进行电源供给，这给vsat终端站的使用带来了不便。此外，在户外或者乡镇等偏远地区，电能源也是比较稀缺的资源。因此，将太阳能这种易于获得的可再生能源与vsat终端站相结合的方案具有一定的应用价值。
4.目前，无人值守vsat终端站的一般做法是通过太阳能光伏板组成的供电系统为卫星通讯站供电，但是，这种做法会导致整体系统的体积过于庞大、不够灵活。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站。
6.为此，本发明提供了一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，包括太阳能电池天线复用阵列、电源控制模块、馈电网络、储能模块、射频收发模块和天线控制模块；
7.太阳能电池天线复用阵列、电源控制模块和馈电网络一起构成太阳能天线面板；
8.太阳能电池天线复用阵列，分别与电源控制模块和馈电网络相连接；
9.电源控制模块，还分别与储能模块、射频收发模块和天线控制模块相连接；
10.馈电网络，还与射频收发模块相连接；
11.储能模块，还与射频收发模块和天线控制模块相连接；
12.射频收发模块，还与天线控制模块相连接。
13.由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，其设计科学，能够克服目前vsat终端站电源供给的缺陷，提出了一种基于太阳能电池天线复用阵列，将太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站方案。该太阳能电池天线复用阵列，既可以将太阳能转化为电能以为系统供电，同时又将太阳能电池复用为天线，大大提高了系统的集成度，在一定程度上降低了整体系统的制作成本。
14.此外，本发明提供的太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，通过紧凑型的结构设计，增大了太阳能电池天线复用阵列的受光面积，能够在一定程度上提高系统的太阳能接收效率，并加强阵元间的电磁隔离。
附图说明
15.图1为本发明提供的一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站的结构方框图；
16.图2是本发明以4*4太阳能电池天线复用阵列为例，所提出的具有紧凑型结构设计的阵列示意图；
17.图3是本发明所提出的太阳能天线面板的横截面示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
22.参见图1至图3，本发明提供了一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，属于一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端通信系统设计方案，具体包括太阳能电池天线复用阵列100、电源控制模块200、馈电网络300、储能模块400、射频收发模块500和天线控制模块600；
23.太阳能电池天线复用阵列100、电源控制模块200和馈电网络300一起构成太阳能天线面板；
24.需要说明的是，太阳能电池天线复用阵列100、电源控制模块200和馈电网络300集成在一起，一起构成太阳能天线面板，从而可以提高系统的集成度；
25.太阳能电池天线复用阵列100，分别与电源控制模块200和馈电网络300相连接；
26.电源控制模块200，还分别与储能模块400、射频收发模块500和天线控制模块600相连接；
27.馈电网络300，还与射频收发模块500相连接；
28.储能模块400，还与射频收发模块500和天线控制模块600相连接；
29.射频收发模块500，还与天线控制模块600相连接；
30.在本发明中，具体实现上，太阳能电池天线复用阵列100，包括多个级联的太阳能电池单元；
31.太阳能电池天线复用阵列100，用于将太阳能转化为电能送入电源控制模块200中，以及利用太阳能电池单元自身具有的阳极或阴极的金属薄层，直接将阳极或阴极的金属薄层复用为天线辐射体，从而由该天线辐射体接收外部通信卫星发来的卫星通讯信号，然后传输到馈电网络300，以及在接收所述馈电网络300转发的、由终端设备700上传的卫星通讯信号后，由该天线辐射体将终端设备700上传的卫星通讯信号向外发送(例如发送给通信卫星)；
32.需要说明的是，太阳能电池天线复用阵列100内部，由数个太阳能电池单元级联构成；太阳能电池单元一方面发挥太阳能电池本身的功能，用于将太阳能转化为电能送入电源控制模块200中，另一方面利用太阳能电池单元自身具有的阳极或阴极的金属薄层，直接将阳极或阴极的金属薄层复用为天线辐射体，用于将其接收到的卫星通讯信号(由通信卫星发来)传输到馈电网络300，或者将终端设备700依次通过无线控制模射频收发模块以及馈电网络所上传的卫星通讯信号，向外发送(例如发送给通信卫星)。
33.电源控制模块200，用于将太阳能电池天线复用阵列100中每一个太阳能电池单元收集到的电能进行收集，然后输送给射频收发模块500和天线控制模块600，为射频收发模块500和天线控制模块600进行供电，同时将剩余的电能送入储能模块400中进行存储；
34.馈电网络300，用于为太阳能电池阵列100进行馈电(即提供激励信号)，以及接收由射频收发模块500发来的作为射频信号的卫星通讯信号，然后转发给太阳能电池天线复用阵列100，同时，接收由太阳能电池天线复用阵列100发来的外部通信卫星的卫星通讯信号，即完成对天线的信号激励及信号接收；
35.储能模块400，用于将电源控制模块200输送的剩余的电能进行存储，以及为射频收发模块500和天线控制模块600提供工作用电。
36.需要说明的是，储能模块400，能够在夜晚或者阳光不充足的天气下，能够为射频收发模块和天线控制模块提供电源。
37.射频收发模块500，用于接收天线控制模块600传输的、由终端设备700上传的卫星通讯信号，并在进行上变频、滤波和功率放大操作后，将该卫星通讯信号(已是射频信号)发送到馈电网络300，以及用于将由馈电网络300转发的、由太阳能电池天线复用阵列100接收到的卫星通讯信号进行低噪放大、滤波和下变频处理后，传送至天线控制模块600。
38.天线控制模块600，用于将所述射频收发模块500发来的卫星通讯信号(具体为射频收发模块500接收到的卫星或中央基站下行信号)进行解调处理后，传送到终端设备700，同时将终端设备700上传的卫星通讯信号进行信号调制处理后，发送给射频收发模块500。
39.在本发明中，需要说明的是，电源控制模块200利用电源管理芯片进行能源储存与负荷管理，用于将太阳能电池天线复用阵列100中每一个太阳能电池单元收集到的电能进行收集，然后输送给射频收发模块500和天线控制模块600，为射频收发模块500和天线控制模块600进行供电，同时将剩余的电量送入储能模块400中，由储能模块400将电能进行存储。当夜晚或者阴天时，可以通过切换储能模块400，来为整个系统供电。
40.在本发明中，具体实现上，参见图2，太阳能电池天线复用阵列100，包括太阳能电
池单元主体；
41.太阳能电池单元主体，位于介质基片102上；
42.太阳能电池单元主体，包括n*n个太阳能电池单元101，n为大于或等于2的自然数；
43.任意相邻的两个太阳能电池单元101具有固定尺寸的间隙，并且该间隙中放置有缝隙太阳能电池贴片103；
44.任意相邻的两个太阳能电池单元101的间距相等；
45.位于介质基片102上的太阳能电池单元主体的四周边缘(即除太阳能电池单元主体之外，介质基片102的四周边缘)，放置有相互间隔的多个四周太阳能电池贴片104。
46.在本发明中，具体实现上，参见图3，太阳能天线面板，包括从上到下依次为太阳能电池层1011、介质层1012以及馈电网络和电源管理层1013的叠层结构；
47.需要说明的是，在本发明中，太阳能电池层1011，其包括太阳能电池单元101、缝隙太阳能电池贴片103以及四周太阳能电池贴片104；
48.介质层1012作为上述太阳能电池层1011的载体，即太阳能电池天线复用阵列100的载体；
49.馈电网络和电源管理层1013，既可以为太阳能电池天线复用阵列100提供信号激励，即作为馈电网络300，同时该层其余空间可以放置电源控制模块200，用于进行太阳能电池能量的收集及电源管理。
50.具体实现上，参见图2，太阳能电池天线复用阵列100采用紧凑型的结构设计，图2以4*4太阳能电池天线复用阵列100为例，通过在四周阵列的剩余空间和阵元的缝隙处放置合适尺寸的太阳能电池贴片(具体包括四周太阳能电池贴片和缝隙太阳能电池贴片等)，来提升太阳能天线面板的空间利用率。此处的太阳能电池贴片，除了在直流层面上发挥其本身的功能，进行能量收集之外，还通过在射频层面上进行接地处理，作为天线的金属地层，这样做可以提升各阵元间的电磁隔离，在一定程度上增大了天线阵列的增益。
51.在本发明中，具体实现上，太阳能电池单元，包括但不局限于非晶硅太阳能电池和砷化镓太阳能电池。
52.在本发明中，具体实现上，天线阵元的种类，包括但不局限于偶极子天线、贴片天线等，满足终端站所需的频率、增益和带宽等指标要求即可。
53.在本发明中，具体实现上，组阵形式包括但不局限图2所示的形式，可根据实际需求，确定太阳能电池天线复用阵列100的尺寸和形状、太阳能电池单元101的数目、间距及排布形状。
54.在本发明中，具体实现上，对于缝隙太阳能电池贴片103和四周太阳能电池贴片104，可以根据实际需求，确定其数量、形状、及尺寸大小。
55.在本发明中，具体实现上，储能模块400内部的储能电池，包括但不局限于蓄电池、锂电池等可以进行电能储存的电池，满足天线控制模块和射频收发模块所需的功率指标即可。
56.在本发明中，具体实现上，射频收发模块500，可以采用现有公知的天线模块，可以单独设置于太阳能天线面板之外，也可以通过芯片集成等方式，放置在太阳能天线面板上，提高系统的集成度。
57.在本发明中，具体实现上，天线阵列可以是有源相控阵，也可以是无源相控阵。
58.在本发明中，具体实现上，天线控制模块600的主控芯片，可以是以arm、dsp、fpga等作为主控芯片搭建的信号控制电路，外部可搭载ddr、flash等存储芯片，便于数据处理和存储。
59.在本发明中，具体实现上，馈电网络300，可以采用现有普通的馈电网络，例如可以采用微带线、同轴电缆等。
60.在本发明中，具体实现上，电源控制模块200的主控芯片，可以是以型号不局限于如aem10941等太阳能收集集成芯片为核心的搭建的电源控制系统，其具体型号以及可视具体的太阳能电量需求而定。
61.在本发明中，具体实现上，射频收发模块500是现有的模块，例如，射频收发模块500对应的是comtech(康讯易达)公司生产的kst2000a卫星终端，用于对将卫星通讯信号送入馈电网络300。
62.综上所述，需要说明的是，对于本发明提供的一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，该终端站以太阳能电池天线复用阵列为核心，阵列内部的太阳能电池单元既保留了太阳能电池本身的光电转换功能，同时又能复用为天线辐射体，大大提高了系统集成度，并通过在阵列四周及缝隙处放置太阳能电池这种紧凑的结构设计，进一步提高太阳能接收率，通过对太阳能电池进行射频接地处理以增强阵元间电磁隔离度。
63.与现有技术相比较，本发明提供的太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，具有如下有益效果：
64.1、一般的太阳能天线采用绝缘胶或是介质基片放置在太阳能电池和天线之间，太阳能电池仅收集能量，而与现有一般的太阳能天线相比较，本发明提出了太阳能电池天线复用阵列，对于每一个太阳能电池天线复用阵列的太阳能电池单元，其既可以进行能量回收，又能够向外辐射电磁波，大大提高了天线阵列的可集成度，并降低了天线的制作成本。
65.2、一般的太阳能天线阵列在设计中为保证太阳能天线的辐射性能，介质基片会留出一定的空间余量，且阵列天线的各阵元之间也需要有一定的间距，随着阵列单元的数目增加，阵列尺寸变大，介质基片四周以及各阵元间隙处存在的面积浪费会愈加严重。与现有般的太阳能天线阵列相比较，本发明为了在最大程度上保证太阳能电池天线复用阵列的阵面空间利用率，还提出了紧凑型的太阳能天线阵列结构设计方案。
66.3、本发明利用太阳能电池天线复用阵列，可以收集太阳能并将其转化为电能的特点，搭建了一个自供能的vsat终端站系统，实现无人值守的目的。
67.4、本发明提出的太阳能电池天线复用阵列，以太阳能电池作为天线辐射体，大大提高了系统的集成度，在一定程度上降低了系统的成本。
68.5、本发明采用紧凑型的结构设计，通过在太阳能天线面板四周的剩余空间以及天线阵元之间的缝隙处放置太阳能电池贴片的方式，提升了空间利用率。本发明的应用，不仅提高了系统对太阳能能量的回收效率，而且通过接地对天线阵元起到了电磁隔离的作用，有益于天线增益的提升。
69.综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，其设计科学，能够克服目前vsat终端站电源供给的缺陷，提出了一种基于太阳能电池天线复用阵列，将太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站方案。该太阳能电池天线复用阵列，既可以将太阳能转化为电能以为系统供电，同时又将太阳
能电池复用为天线，大大提高了系统的集成度，在一定程度上降低了整体系统的制作成本。
70.此外，本发明提供的太阳能电池与天线复用融合的无人值守vsat终端站，通过紧凑型的结构设计，增大了太阳能电池天线复用阵列的受光面积，能够在一定程度上提高系统的太阳能接收效率，并加强阵元间的电磁隔离。
71.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。