專利名稱：太陽能收集天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題公開涉及太陽能和通信，尤其涉及用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的增強(qiáng)設(shè)備、系統(tǒng)以及方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中，天線被用于接收和發(fā)送微波信號。典型地，這種系統(tǒng)由地方電網(wǎng)連接(local electrical grid connection)供電并連接到備用電力系統(tǒng)(如電池組、應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)等)。然而，這種系統(tǒng)僅依靠在源頭上由不可再生的化石燃料獲得能量的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)。由于燃料價格提高以及地緣政治的不確定性突出了與主要依靠不可再生的化石燃料相關(guān)的風(fēng)險，從而為增加的一系列應(yīng)用尋求可再生能源。例如，風(fēng)電場、太陽能集熱器、 光伏增強(qiáng)器(photovoltaic enhancement)以及其它可再生能源項目受到了政府、制造商以及消費者等的更高關(guān)注。無論可再生能源被看作在面對能源價格風(fēng)險時為現(xiàn)代設(shè)備提供電力的更符合成本效益的方式，或者無論其被看作更具有社會性責(zé)任或“綠色”生活的方式， 可再生能源的目標(biāo)均為致力于增加的現(xiàn)代生活的一系列方面。例如，隨著綠色環(huán)境或綠色生活的推動，提高了在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中利用可再生能量的興趣。在傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電廠中，太陽能電池一般與反射器一起使用以提高光能的利用。例如，拋物槽(parabolic trough)可被用作太陽能反射器以將太陽光的方向轉(zhuǎn)向太陽能電池，從而提高太陽能電池處的光強(qiáng)度，因而對于給定的電力需求使用更少數(shù)量的光伏電池。近來，人們研究將平面鏡用作太陽能反射器。例如，美國國家可再生能源實驗室已估測到2020年反射器型發(fā)電廠將能夠以每千瓦時5. 49分的相對低的成本發(fā)電，這能夠使得太陽能成為未來最便宜的可再生能源之一。因而，當(dāng)太陽能是可再生能源的主要來源時， 典型地，太陽能產(chǎn)生系統(tǒng)與終端使用位置分離。這樣，使用太陽能仍然要遭遇與運輸損耗相關(guān)的效率低下的問題?？稍偕娏ι上到y(tǒng)與無線通信元件(如天線和傳輸設(shè)施)之間的優(yōu)選位置的不一致加劇了這一運輸損耗問題。例如，無線天線可布置為接近人口稠密的城市中心，沿一般的旅游走廊或經(jīng)濟(jì)上可行的其它區(qū)域。根據(jù)地理和地形，這些區(qū)域可能并不遙遠(yuǎn)。然而，典型地，可再生能源生成系統(tǒng)由于空間或其它需求而置于更遙遠(yuǎn)的區(qū)域。例如，太陽能聚光器需要很大的區(qū)域，并且典型地位于遙遠(yuǎn)位置以利用較低房地產(chǎn)成本。作為另一實例，風(fēng)電場主要基于可用的風(fēng)能定位，并且可距離人口稠密的城市中心較遠(yuǎn)。近來，運輸損耗問題的某些解決方案集中于例如通過在太陽能電池板上蝕刻狹縫天線而將天線與太陽能電池集成。然而，這種解決方案以降低用于產(chǎn)生太陽能的有效照明區(qū)域為代價來提高傳輸效率。在其它提案中，解決方案集中于在太陽能電池上集成網(wǎng)狀貼片天線或在拋物槽的焦線上放置也起到天線作用的折疊光伏電池。在再一解決方案中，提出了額外作為太陽能電池板的聚焦透鏡的雙功能透明介質(zhì)諧振器天線。
此外，對于發(fā)展中國家，擴(kuò)大無線市場可能會面對特殊的挑戰(zhàn)。例如，在發(fā)展中國家，傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施可能是可用的或者可能是不可用的。例如，由于地形或其它挑戰(zhàn)，可使得傳統(tǒng)電網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上不可行，這可能繼而妨礙建立無線通信系統(tǒng)。在另外一些情況中，在不用開發(fā)昂貴的電力系統(tǒng)給這種通信系統(tǒng)供電的情況下， 用于發(fā)電或無線通信的受限的潛在用戶基礎(chǔ)可能妨礙無線通信系統(tǒng)的設(shè)立。例如，在遠(yuǎn)程的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(如海嘯警報系統(tǒng))中，例如跨過巨大遼闊的海洋盆地的地震和潮汐站的遠(yuǎn)程監(jiān)測可能需要遠(yuǎn)程安裝，在這些地方建立傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)甚至大規(guī)模的可再生發(fā)電系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上都是不可行的。因而，期望提供用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的改進(jìn)的系統(tǒng)、設(shè)備以及方法以改善這些或其它的缺陷。在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的上述缺陷僅意指提供常規(guī)系統(tǒng)的一些問題的概況，而不是詳盡的。通過閱讀下面的描述，常規(guī)系統(tǒng)的其它問題以及本文所描述的各種非限制性的實施例的相應(yīng)益處可變得更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
下文介紹了說明書的簡化的發(fā)明內(nèi)容，以提供對說明書的某些方案的基本理解。 本發(fā)明內(nèi)容不是說明書的全面概括。不期望識別說明書的關(guān)鍵或主要部件，也不期望描述對說明書的任意實施例或權(quán)利要求書的任意范圍特有的任意范圍。其唯一的目的是以簡化的形式呈現(xiàn)說明書的某些內(nèi)容，作為在下文中將要呈現(xiàn)的更詳細(xì)說明的前奏。在公開主題的各非限制性實施例中，描述了便于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的系統(tǒng)、設(shè)備以及方法。例如，在示例性實施方式中，所公開的實施例提供了可同時起到天線和太陽能收集系統(tǒng)功能的雙功能天線。例如，示例性實施例可提供自供應(yīng)電力給采用這種實施方式的無線系統(tǒng)。作為另外的優(yōu)點，雙功能特性(例如無線通信的輻射以及太陽能聚焦或收集)能夠使得采用這種實施方式的系統(tǒng)的設(shè)計、制造和/或操作的成本降低。因此，本文描述了在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的各種實施例。為這一目的，太陽能收集天線被描述為包括可將入射太陽輻射引向一個或多個太陽能電池的一個或多個反射地面和反射天線單元。在一個非限制性方案中，描述了非平坦反射地面，如V形和U形反射地面。在其它的非限制性實施例中，太陽能收集天線被描述為包括選擇性傳輸層，該選擇性傳輸層鄰近于一個或多個太陽能電池，并可在選擇性地反射通信信號給通信天線的同時將入射太陽輻射傳輸給一個或多個太陽能電池的。在另一非限制性方案中，描述了鄰近天線的反射器結(jié)構(gòu)設(shè)置的共形太陽能電池。在其它的示意性實施方式中，描述了用于向相關(guān)聯(lián)的通信天線供電的太陽能收集系統(tǒng)，其中該通信天線可被配置為將入射太陽輻射反射給一個或多個相關(guān)聯(lián)的太陽能電池。在另外的非限制性實施方式中，適于向相關(guān)聯(lián)的通信天線供電的太陽能收集系統(tǒng)可包括鄰近于一個或多個太陽能電池的選擇性傳輸層，該選擇性傳輸層可將入射太陽輻射傳輸給一個或多個太陽能電池并可選擇性地反射通信信號給通信天線。在其它的實施例中，描述了根據(jù)各種非限制性實施例的用于收集和利用通信天線附近的太陽能的方法。下面更詳細(xì)描述這些和其它的實施例。


參見附圖，進(jìn)一步描述各種非限制性實施例，其中圖1描繪了在此描述的懸掛式平板天線(suspended patch antenna, SPA)的示例性實施例的側(cè)視圖；圖2描繪了示出所公開的SPA的示例性實施方式的另一方案的俯視圖；圖3-圖4示出了綠色天線(GA)的示例性非限制性實施例，該綠色天線包括懸掛在V形地面上方的光聚焦3X2懸掛式平板天線陣列單元以及多個太陽能電池板，其中圖3 描繪側(cè)視圖，圖4描繪俯視圖；圖5-圖6描繪了 GA的另一非限制性實施方式，包括根據(jù)在此描述的方案懸掛在 U形地面上方的光聚焦3X3SPA陣列單元以及多個太陽能電池板，其中圖5描繪側(cè)視圖，圖 6描繪俯視圖；圖7-圖8描繪了 GA的再一示例性實施方式，包括根據(jù)在此描述的另一方案的非限制性拋物面反射器天線以及共形覆蓋太陽能電池(conformal overlaid solar cell), 其中圖7描繪了通過示例性喇叭天線饋電的非限制性拋物面反射器天線，圖8示出了包括在此進(jìn)一步描述的涂層或覆蓋層的示例性非限制性太陽能電池；圖9-圖10描繪了示例性非限制性單個單元SPA的仿真和測量特性，其中圖9描繪輸入阻抗，圖10描繪相應(yīng)的反射系數(shù)；圖11描繪示例性非限制性單個單元SPA的測量的天線增益；圖12-圖13描繪示例性非限制性單個單元SPA的仿真和測量歸一化輻射圖，其中圖12描繪電場參考平面(E-平面)中的仿真和測量的歸一化輻射圖，圖13描繪磁場參考平面(H-平面)中的仿真和測量的歸一化輻射圖；圖14示出適用于所公開的主題的示例性實施方式的非限制性一分三路威爾金森功分器的俯視圖；圖15-圖16描繪了非限制性一分三路威爾金森功分器的所測量的散射參數(shù)(S參數(shù))；圖17-圖18示出了適于應(yīng)用所公開的主題的實施方式的GA系統(tǒng)的實施例的示例性非限制性功能方框圖；圖19-圖20描繪了示出如在此描述的用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的示例性非限制性方法的流程圖；圖21描繪了具有太陽能電池板和不具有太陽能電池板的示例性非限制性GA的所測量的天線增益；圖22-圖23描繪了示例性非限制性GA的仿真和測量的歸一化輻射圖，其中圖22 描繪E-平面中的仿真和測量的歸一化輻射圖，圖23描繪H-平面中的仿真和測量的歸一化輻射圖；圖24描繪了如在此所述的具有太陽能電池板和不具有太陽能電池板的GA的另一非限制性實施方式的所測量的天線增益；圖25-圖26描繪了 GA的另一非限制性實施方式的仿真和測量的歸一化輻射圖， 其中圖25描繪E-平面中的仿真和測量的歸一化輻射圖，圖26描繪H-平面中的仿真和測量的歸一化輻射6
圖27示出適于獲得所公開的主題的各實施例的實驗性光學(xué)測量的示例性非限制性配置的俯視圖；圖28描繪了根據(jù)入射角(θ )改變的示例性非限制性GA的太陽能電池板的示例性輸出電壓；以及圖29描繪了根據(jù)θ改變的在此描述的GA的另一非限制性實施方式的太陽能電池板的示例性輸出電壓。
具體實施例方式概述盡管提供了簡潔的概述，然而為了示出而非限制目的在此描述或描繪了所公開的主題的某些方案。因而，由公開的裝置、系統(tǒng)以及方法所教導(dǎo)的公開的實施例的變型旨在包含于本發(fā)明公開的主題的范圍內(nèi)。例如，在無線通信系統(tǒng)和元件的內(nèi)容中描述了公開主題的裝置、系統(tǒng)以及方法的各種實施例。然而，如在下文中更詳細(xì)描述的，各示例性實施方式可應(yīng)用于無線通信、光學(xué)應(yīng)用的其它領(lǐng)域，而不會脫離在此描述的主題。如在此所使用的，術(shù)語“綠色天線(GA) ”期望指的是可被同時用作用于無線通信或其它的天線以及太陽能收集或發(fā)電系統(tǒng)的雙功能設(shè)備。如在此進(jìn)一步使用的，術(shù)語“通信天線”期望指的是適于在傳輸介質(zhì)(例如，無線傳輸介質(zhì))上進(jìn)行信息通信(例如適于數(shù)據(jù)、 聲音、視頻、無線電信標(biāo)等的通信)的天線、天線子結(jié)構(gòu)或天線的亞元件。如在背景技術(shù)中所描述的，用于通信系統(tǒng)的可再生能源的本地發(fā)電可提供增強(qiáng)的效率，而不會犧牲無線通信系統(tǒng)天線特性。因而，所公開的主題提供了用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的系統(tǒng)、 設(shè)備以及方法。根據(jù)公開主題的各實施例，一個或多個太陽能電池可以與用于輻射功能的天線結(jié)構(gòu)、元件或亞元件(其還可以用作一個或多個太陽能電池的光反射器)組合。如在此所提到的，由于根據(jù)多個方案，所公開的實施例可以起到通信天線的功能并同時由太陽能發(fā)電， 因而這種太陽能收集天線可被稱為綠色天線。例如，示例性非限制性實施方式可以采用在可提供聚光效果的地面(如凹地面) 上制造或相反地位于地面上的懸掛式平板天線(SPA)陣列。作為示例性實例，L形接線 (wire)可被用作用于C圖案的環(huán)形天線的高效激勵探針。例如，低剖面(約為0. 1λ0))的 L形探針饋電懸掛式平板天線(SPA)可提供高于35%的非常寬的阻抗帶寬，具有跨過通帶的穩(wěn)定的輻射圖，其中λ0是自由空間內(nèi)的波長。作為另一實例，SPA單元可以通過L-探針在其基頻寬邊(fundamental broadside)橫磁(TMOl)模式下被激勵。此外，除了促進(jìn)天線增益的增加之外，這種SPA陣列還能夠有利地提供低剖面、輕重量以及易于激勵和調(diào)諧的優(yōu)點。根據(jù)一方案，天線結(jié)構(gòu)及其關(guān)聯(lián)的地面可用作一個或多個太陽能電池的光反射面。例如，在各實施例中，一個或多個SPA陣列可建在地面(如非平坦地面)上，該地面便于聚光以供一個或多個太陽能電池使用。因而，地面(如非平坦地面)聚光效果可使得能夠從太陽能電池系統(tǒng)獲得相對大的輸出電壓。增大的電壓可以比沒有綠色天線的電壓高約 80%。在又一方案中，SPA單元可被能夠便于天線結(jié)構(gòu)的寬帶微波操作的L-探針激勵，為此所公開實施例中的仿真和測量反射系數(shù)、輸入阻抗、天線增益以及輻射圖表明了在需要自供應(yīng)電的系統(tǒng)(如無線通信系統(tǒng)等)中的有益使用。在在此描述的另一實施例中，一個或多個太陽能電池可以在碟形天線(dish)(如基本拋物面反射碟形天線)的表面上直接制造或位于該碟形天線的表面上。有利地，由于實際上不需要額外的空間來容置太陽能發(fā)電性能，因而這種實施例提供了空間節(jié)省的發(fā)電性能。根據(jù)一方案，所公開的主題的實施方式向采用這種實施方式的無線系統(tǒng)提供了自供給的電力。作為另一優(yōu)點，雙功能特性(例如無線通信的輻射以及太陽能聚焦或收集) 能夠使得采用這種實施方式的系統(tǒng)的設(shè)計、制造和/或操作的成本降低。因此，圖1描繪了如在此所描述的懸掛式平板天線(SPA) 100的示例性實施例的側(cè)視圖。圖2描繪了示出所公開的SPA的示例性實施方式的其它方案的俯視圖200。因而，圖 1描繪了通過連接到連接器106 (如SMA (微型版本A)連接器)并由地面108支持的L-探針104饋電的單個單元102SPA。如在下文中進(jìn)一步描述的，能夠以包括所公開實施方式的各種配置來應(yīng)用示例性實施例100的實施方式，例如提供如在此所述的雙功能特性。例如，根據(jù)公開主題的各實施例，單個單元102SPA和地面108兩者均能夠有利地將入射光反射到一個或多個適當(dāng)定位的太陽能電池，以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓。 根據(jù)一方案，能夠在目標(biāo)頻率(frequency of interest)(如2千兆赫(GHz))處優(yōu)化SPA 100。此夕卜,根據(jù)一方案,可以以 L(IlO) = 100 毫米(mm),W(112) = 54mm,h(114) = 18mm, t(116) = 1. 5mm，Lh(118) = 21. 5mm，以及 Lv(120) = 11. 9mm 的適當(dāng)尺寸來制造 SPA 100。示例性太陽能收集天線圖3-圖4示出了綠色天線(GA) 300的示例性非限制性實施例，該綠色天線300包括懸掛在V形地面304上方的光聚焦3X2SPA陣列單元以及多個太陽能電池板302，其中圖3描繪側(cè)視圖300，圖4描繪俯視圖400。根據(jù)一方案，GA 300可以包括3X2陣列，其由放置在V形凹地面304上方的6個SPA 102輻射單元組成。根據(jù)各實施例，可以以圖示的 d(306) = 70mm, Wg(308) = 180mm, Lg (310) = 458mm，以及 θ g(312) = 5 度(° )的適當(dāng)參數(shù)來制造GA 300。根據(jù)其它實施例，可以電連接(如并行電連接)Ws(314) = 60mm,Ls(316) =150mm的一個或多個太陽能電池板302 (如單側(cè)非晶硅太陽能電池板)，并可以將太陽能電池板302以H 318的距離懸掛在V形凹地面304上方。例如，在GA 300的示例性非限制性實施例中，使用在地面304的頂點上方適當(dāng)高度H(318) =41厘米(cm)處的保持件(如聚氯乙烯(PVC)保持件)(未示出)，可以將一個或多個太陽能電池板302以H 318的距離固定在V形凹地面304上方的懸掛位置。根據(jù)各實施例，可以通過最優(yōu)化一個或多個太陽能電池板302的輸出來確定H 318(如以實驗方式或其它方式)。如上文所述，單個單元102SPA和地面304兩者均能夠有利地將入射光322 反射到一個或多個適當(dāng)定位的太陽能電池302，以提高相關(guān)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓。圖5-圖6描繪了 GA 500的另一非限制性實施方式，包括根據(jù)在此描述的方案的懸掛在U形地面504上方的光聚焦3X3SPA陣列單元以及多個太陽能電池板502，其中圖5 描繪側(cè)視圖500，圖6描繪俯視圖600。根據(jù)一方案，GA 500可以包括由放置在U形凹地面 504上方的9個SPA 102輻射單元構(gòu)成的3X3陣列。根據(jù)各實施例，可以以圖示的d(506) =70mm, Wg(508) = 180mm, Lg(510) = 458mm, θ g(512) = 10° 的適當(dāng)參數(shù)來制造 GA 500。 根據(jù)其它實施例，可以將Ws(514) = 60mm, Ls(516) = 150mm的一個或多個太陽能電池板502(如單側(cè)非晶硅太陽能電池板)電連接(如并行電連接)，并以H 518的距離懸掛在U 形凹地面504上方。作為一實例，在GA 500的示例性非限制實施方式中，如圖所示，通過使用在地面 504上方適當(dāng)高度H(518) = 47厘米(cm)處的保持件(如聚氯乙烯(PVC)保持件)(未示出)，一個或多個太陽能電池板502能夠以H 518的距離固定在U形凹地面504上方的懸掛位置。根據(jù)各實施方式，可以通過最優(yōu)化一個或多個太陽能電池板502的輸出來確定H 518 (如實驗方式或其它方式)。如上文所述，單個單元102SPA和地面304兩者均能夠有利地將入射光522反射到一個或多個適當(dāng)定位的太陽能電池502，以提高相關(guān)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓。圖7-圖8描繪了 GA 700的再一示例性實施方式，包括根據(jù)在此描述的其它方案的非限制性拋物面反射器702天線以及一個或多個共形覆蓋太陽能電池704，其中圖7描繪了通過示例性天線706 (如喇叭天線)饋電的非限制性拋物面反射器702天線，圖8示出了 (細(xì)節(jié)708的)示例性非限制性共形覆蓋太陽能電池結(jié)構(gòu)800，其包括能夠在將一個或多個射頻(RF)、微波或毫米波信號反射到示例性天線706 (如喇叭天線)的同時便于傳輸光的涂層或覆蓋層802。因而，根據(jù)各實施方式，GA 700可包括能夠被保持件或支撐件710支撐的示例性天線706 (如喇叭天線)饋電的拋物面反射器702 (如包括金屬反射器等的基本拋物面反射器)天線。在一方案中，GA 700還可以包括一個或多個共形覆蓋太陽能電池704。此外， 可以在拋物面反射器702天線上制造一個或多個共形覆蓋太陽能電池704，或?qū)⒐残胃采w太陽能電池704放置在拋物面反射器702上，或甚至將共形覆蓋太陽能電池704貼附到拋物面反射器702，且位于涂層或覆蓋層802下方，該涂層或覆蓋層802允許光傳輸?shù)珜⑸漕l (RF)、微波或毫米波信號的一個或多個反射到示例性天線706 (如喇叭天線)。例如，根據(jù)一方案，一個或多個共形覆蓋太陽能電池704可以包括涂層或覆蓋層 802，例如其可為金屬柵網(wǎng)(metallic wire grid)。作為另一實例，涂層或覆蓋層802可包括柵格尺寸為d 804的金屬柵網(wǎng)。能夠理解，當(dāng)柵格尺寸d 804小于l/(10fH)時，包括柵格尺寸為d 804的金屬柵網(wǎng)的涂層或覆蓋層802能夠強(qiáng)烈反射頻率范圍在& < f < fH內(nèi)的微波信號。因而，根據(jù)另一方案，可以選擇涂層或覆蓋層802以使柵格尺寸或其它物理特性能夠最大化對入射的目標(biāo)輻射(如，例如微波信號的無線通信載波信號)的反射，同時最大化太陽能發(fā)電能力。因而，如上文所述，公開主題的各實施方式(如GA 300,GA 500、GA700等)能夠向采用這種實施方式的無線系統(tǒng)提供自供給的電力。作為另外的優(yōu)點，雙功能特性(例如無線通信的輻射以及太陽能聚焦或收集)能夠使得采用這種實施方式的系統(tǒng)的設(shè)計、制造和 /或操作的成本降低。例如，圖9-圖10描繪了示例性非限制性單個單元102SPA的仿真和測量特性，其中圖9描繪根據(jù)頻率904變化的輸入阻抗902，圖10描繪對于仿真906(1006)和實驗性測量908(1008) 二者根據(jù)頻率1004變化的相應(yīng)反射系數(shù)1002。因此，對于擱置在20X20平方厘米(cm2)平坦地面上的示例性單個單元102SPA，如上文參見圖1-圖2所述，例如能夠使用Ans0ftTMHFSSTM來仿真和/或優(yōu)化示例性單個單元102SPA。此外，可以使用Agilent 8753網(wǎng)絡(luò)分析儀來獲得實驗性測量結(jié)果，以驗證仿真結(jié)果。
如從圖9中所看出的，仿真906和測量908的輸入阻抗證明了可接受的一致性。 從圖10的相應(yīng)反射系數(shù)1002來看，能夠看出測量1008和仿真1006的天線帶寬((|Sn < -IOdB)分別約為38%和42%。此外，從圖10中，觀察到兩個諧振模式。第一個諧振由示例性單個單元102SPA的TMtll模式產(chǎn)生，其可通過檢查其電場分布來驗證。其測量1008 和仿真1006頻率((min. Sll |)分別得出為2. 12GHz和2. 09GHz (1. 43%誤差)。在約2. 5GHz處發(fā)現(xiàn)第二諧振。可以理解，這一模式例如可由L-探針產(chǎn)生，這是因為其頻率與使用f = c/[4(Lh+Lv)]的原始公式所估計的2. 25GHz適度地一致，其中c為真空中的光速。通過注意到原始公式不考慮懸掛式平板效果的事實，能夠進(jìn)一步知道兩個頻率之間的偏差(discr印ancy)。根據(jù)公開主題的各實施例，示例性GA能夠采用第一諧振模式(如，由示例性單個單元102SPA的TMtll模式所引起的諧振)。圖11描繪對于示例性非限制性單個單元102SPA根據(jù)頻率1104改變的測量天線增益1102。從圖11中能夠看出如示例性非限制性單個單元102SPA的占優(yōu)勢的TM模式所期望的，SPA模式周圍的增益約為7分貝各向同性(dBi)。圖12-圖13描繪示例性非限制性單個單元102SPA的仿真和測量歸一化輻射圖， 其中圖12描繪電場參考平面(E-平面)中的仿真1202和測量1204歸一化輻射圖1200，圖 13描繪磁場參考平面(H-平面)中的仿真1302和測量1302歸一化輻射圖1300。如所期望的，可獲得E-平面和H-平面兩者的寬邊圖案(broadside pattern)，并且在視軸方向(Θ =0° )上共極化場1206(1306)強(qiáng)于其交叉極化1208(1308)相似物(counterpart)至少 20個分貝(dB)。要進(jìn)一步注意，仿真1202E-平面交叉極化太小而不能在圖12中觀察到。圖14示出適于公開主題的示例性實施方式使用的非限制性一分三路威爾金森功分器1400的俯視圖。例如，為了對公開主題的各實施方式(如GA300、GA 500,GA 700等) 的示例性非限制性單個單元102SPA饋電，可以制造或獲得并且級聯(lián)多個常規(guī)的一分三路威爾金森功分器。為了此目的，圖14中的非限制性一分三路威爾金森功分器1400可以包括支撐與電路元件和連接器1406 (如SMA連接器)相關(guān)的多個電氣軌跡1404的基板1402。圖15-圖16描繪了用于非限制性一分三路威爾金森功分器1400的根據(jù)頻率 1504(1604)變化的測量的散射參數(shù)(S參數(shù))1502(1602)。當(dāng)S仿真參數(shù)結(jié)果與所測量的一致時，為了簡化的目的略去該比較。如可在圖15-圖16中觀察到的，給定約0. 78GHz的帶寬，功分器的幅度通帶(magnitude passband)為從 1. 45GHz 到 2. 23GHz ( = -4. 77 士0. 5dB, i = 2，3，或4)。測量的相位帶寬(Z Sil- Z Sjl I) < 5 °，i，j > 1且i乒j)為 2GHz (1GHZ-3GHZ)，這遠(yuǎn)寬于幅度帶寬。因而，能夠理解，非限制性一分三路威爾金森功分器 1400的整個帶寬受其幅度響應(yīng)的限制。因而，根據(jù)各實施例，所公開的主題提供了太陽能收集天線(如GA 300、GA 500、 GA 700等)。例如，根據(jù)非限制性實施方式，如上文參見圖3-圖6所描述的太陽能收集天線可包括反射地面(例如，地面108、如V型凹地面304和U形凹地面504等的非平坦反射地面)，該反射地面可適于反射入射太陽輻射(如入射光322 (522)等)(如入射太陽輻射的第一部分)，從而產(chǎn)生被反射的太陽輻射。作為另一實例，太陽能收集天線可包括一個或多個天線單元(如SPA 102、相關(guān)的L-探針104、相關(guān)的連接器106以及亞元件和/或其組合等)，這些天線單元耦接到反射地面(例如，地面108、如V型凹地面304和U形凹地面504 等的非平坦反射地面等)。
此外，如上文所述，太陽能收集天線還可包括一個或多個太陽能電池(如一個或多個太陽能電池302、一個或多個太陽能電池502等)。在一個方案中，如上文相對于圖 3_圖6確定H和θ所述，一個或多個太陽能電池可置于反射地面附近，從而便于接收反射的太陽輻射。根據(jù)太陽能收集天線的其它非限制性實施方式，一個或多個天線單元(如SPA 102等)可被配置為反射入射太陽輻射(如入射光322 (522)等)的一部分(如第二部分)， 以增加反射的太陽輻射。如在上文中進(jìn)一步描述的，一個或多個天線單元(如SPA 102等) 可適于經(jīng)由地面(例如，地面108、如V型凹地面304和U形凹地面504等的非平坦反射地面)附近的L-探針104來接收激勵。在太陽能收集天線的其它非限制性實施方式中，一個或多個天線單元(如SPA 102等)能夠被配置成天線單元的陣列。作為一個實例，如上面參考圖3-圖4進(jìn)一步描述的，其它的實施方式可采用布置在V形反射地面304上的三乘二陣列的六個天線單元(如反射SPA 102單元)。在再一非限制性實例中，如上面參考圖5-圖6進(jìn)一步描述的，實施方式可采用布置在U形反射地面504上的三乘三陣列的九個天線單元(如反射懸掛式平板天線(SPA) 102 單元)。根據(jù)其它的非限制性實施方式，所公開的主題提供了太陽能收集天線(如GA 700 等)。例如，根據(jù)示例性實施方式，上面參考圖7-圖8所述的太陽能收集天線可包括被配置為或適于支撐與反射器結(jié)構(gòu)相鄰的一個或多個共形太陽能電池的反射器結(jié)構(gòu)。例如，參見圖7-圖8，反射器結(jié)構(gòu)可包括反射器702，其能夠支撐一個或多個共形太陽能電池(如一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)。同時，為了示出而不加限制的目的，反射器702被描繪且描述為拋物面反射器702，可理解的是，所公開的主題不限于此。例如，可以考慮將實際的任意反射器結(jié)構(gòu)(如不管被配置成非平面反射器結(jié)構(gòu)，或拋物面反射器結(jié)構(gòu)、基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)或其它等)用作反射器702，以支撐與反射器結(jié)構(gòu)相鄰的一個或多個共形太陽能電池。作為另一實例，太陽能收集天線還可包括與一個或多個共形太陽能電池相鄰的選擇性傳輸層(如涂層或覆蓋層802等)。例如，根據(jù)一個方案，太陽能收集天線可包括置于一個或多個共形太陽能電池(如一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)的與反射器結(jié)構(gòu) (如反射器702)相對的一側(cè)上的選擇性傳輸層。在另一方案中，選擇性傳輸層(如涂層或覆蓋層802等)可適用于或被配置為將入射太陽輻射(如入射光322(522)等)的一部分傳輸?shù)揭粋€或多個共形太陽能電池。在再一方案中，選擇性傳輸層還可適用于或被配置為反射通信信號(如一個或多個入射射頻(RF)信號、入射微波信號或入射毫米波信號)的一部分，以生成反射的通信信號。在其它的非限制性實施方式中，如上面參考圖7-圖8進(jìn)一步描述的，太陽能收集天線的選擇性傳輸層(如涂層或覆蓋層802等)可以包括金屬柵格(如金屬、金屬絲或金屬合成物等的柵格)。在再一非限制性實施方式中，給定入射太陽輻射和所反射的通信信號的預(yù)定波長，可進(jìn)一步配置或適應(yīng)柵格的柵格間距(如柵格間距d 804)，以最大化所反射的通信信號，最大化入射太陽輻射(如入射光322(522)等)的傳輸，或?qū)崿F(xiàn)這些之間的任意其它期望的設(shè)計折衷和/或其它設(shè)想。根據(jù)又一其它示例性實施方式，太陽能收集天線還可包括通信天線(如例如喇叭天線的天線706)，其置于或位于反射器結(jié)構(gòu)(如反射器702)附近，并適用于或配置為收集所反射的通信信號的一部分。例如，如上面參考圖7-圖8進(jìn)一步描述的，通信天線可包括喇叭天線，該喇叭天線位于反射器結(jié)構(gòu)(如反射器702)附近，且適用于或配置為收集所反射的通信信號的一部分。在一個方案中，通信天線(如例如喇叭天線的天線706)的一部分可位于與基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的焦點附近。例如，當(dāng)例如可以很好地協(xié)調(diào)入射平行光束上的拋物線的聚焦特性以最大化通信天線(如例如喇叭天線的天線706)處的反射通信信號時，其它考慮因素可能對使用這種單方面的考慮因素產(chǎn)生不利影響。作為一實例，在再一非限制性實施方式中，給定電力需求、物理間距考慮因素、反射器幾何形狀、太陽能占空比等，則通信天線(或其一部分)的位置或放置可改變，以最大化所反射的通信信號，最大化入射太陽輻射(如入射光322 (522)等)的收集和傳輸，或影響這些之間的任意其它期望的設(shè)計折衷和 /或其它考慮因素。示例性太陽能收集天線系統(tǒng)如上文參見圖1-圖16所描述的，公開主題的各實施例提供能夠便于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的系統(tǒng)。作為實例，圖17示出GA系統(tǒng)的實施例的示例性非限制性功能方框圖，其適于應(yīng)用所公開的主題的實施方式。例如，示例性太陽能收集系統(tǒng)1700可適于給關(guān)聯(lián)的通信天線供電。例如，如在上文中參考圖3-圖6所描述的，太陽能收集系統(tǒng)1700 可包括通信天線1702 (如GA300、GA500等)，該通信天線被配置為反射入射太陽輻射(如入射光322(522)等)的一部分，從而產(chǎn)生被反射的太陽輻射。例如，配置的通信天線1702 可被配置為包括反射單元1704 (例如，地面108、如V型凹地面304和U形凹地面504等的非平坦反射地面等，如一個或多個SPA 102的反射天線單元等)。此外，太陽能收集天線系統(tǒng)1700還可包括一個或多個太陽能電池1706(如一個或多個太陽能電池302、一個或多個太陽能電池502等)。在一個方案中，如上文相對于圖 3_圖6確定H和θ所述，一個或多個太陽能電池可置于反射地面附近，從而便于接收反射的太陽輻射，并將反射的太陽輻射的一部分轉(zhuǎn)換成電勢。在再一方案中，一個或多個太陽能電池1706可位于通信天線1702附近并與通信天線1702相關(guān)聯(lián)。太陽能收集系統(tǒng)1700還可包括電路1708，該電路1708可配置為或適于將一個或多個太陽能電池1706電耦合到通信天線1702和/或用于通信天線1702 (或其元件或亞元件)的操作。例如，電路1708包括耦合電路，以收集、調(diào)節(jié)(condition)、運輸或向太陽能收集系統(tǒng)1700的電子元件(包括而不限于通信天線1702)傳遞適當(dāng)電力。作為另一實例，電路1708可包括電傳輸線、電存儲元件、電壓調(diào)節(jié)器、信號調(diào)節(jié)器、威爾金森功分器1400、開關(guān)、繼電器以及適于轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸由一個或多個太陽能電池1706生成的電勢的其它電子元件的任意(任意數(shù)量或組合)。因此，太陽能收集系統(tǒng)1700的電路1708可便于在通信天線1702的操作中采用電勢的至少一部分。根據(jù)再一示例性實施例，太陽能收集系統(tǒng)1700還可包括能夠操作為發(fā)送和/或接收通信信號(未示出)的一個或多個天線單元1710 (如SPA 102、關(guān)聯(lián)的L-探針104、關(guān)聯(lián)的連接器106、亞元件和/或其組合等)，例如，如上文參考圖3-圖5所述的一個或多個反射SPA 102單元。作為一實例，如上面參見圖3-圖4進(jìn)一步描述的，其它的實施方式可采用布置在V形反射地面304上的三乘二陣列的六個天線單元(如反射SPA 102單元)。在再一非限制性實例中，如上面參見圖5-圖6進(jìn)一步描述的，實施方式可采用布置在U形反射地面504上的三乘三陣列的九個天線單元(如反射懸掛式平板天線(SPA) 102單元)。作為另一實例，圖18示出了 GA系統(tǒng)的實施例的示例性非限制性功能方框圖，其適于應(yīng)用所公開的主題的實施方式。在再一非限制性實施方式中，示例性太陽能收集系統(tǒng) 1800可以適于對關(guān)聯(lián)的通信天線供電，例如如上文參見圖7-圖8所述。例如，根據(jù)公開主題的各方案，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括天線1802 (如GA 700等)。例如，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括一個或多個太陽能電池1804(例如，一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)，其可在非平坦反射器結(jié)構(gòu)(如GA 700的反射器702等) 上制造、置于非平坦反射器結(jié)構(gòu)上、或布置為與非平坦反射器結(jié)構(gòu)相鄰且與之一致。但是， 為了示出而不加限制的目的，反射器702被描繪且描述為拋物面反射器702，可理解的是所公開的主題不限于此。例如，預(yù)期實際的任意反射器結(jié)構(gòu)(例如，不論被配置成非平坦反射器結(jié)構(gòu)或其它，拋物面反射器結(jié)構(gòu)、基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)或其它等)可以被用作反射器 702,以支撐與反射器結(jié)構(gòu)相鄰的一個或多個太陽能電池1804。此外，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括選擇性傳輸層1806 (如涂層或覆蓋層802等)， 該傳輸層在一個或多個太陽能電池1804上制造、置于太陽能電池1804上、或布置為與太陽能電池1804相鄰。例如，根據(jù)一個方案，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括位于一個或多個太陽能電池1804 (如一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)的與非平坦反射器結(jié)構(gòu)(如反射器702)相對的一側(cè)的選擇性傳輸層。在另外的方案中，選擇性傳輸層1806(如涂層或覆蓋層802等)可適于或被配置為將入射太陽輻射(如參見圖3-圖6的這種入射光322(522) 等)的一部分傳輸?shù)揭粋€或多個太陽能電池1804。在再一方案中，選擇性傳輸層還可適于或被配置為反射通信信號(如一個或多個入射射頻(RF)信號、入射微波信號或入射毫米波信號)的一部分，以生成所反射的通信信號。在其它的非限制性實施方式中，如上文參見圖7-圖8進(jìn)一步描述的，太陽能收集系統(tǒng)1800的選擇性傳輸層1806 (如涂層或覆蓋層802等)可以包括金屬柵格(如金屬、金屬絲或金屬合成物等的柵格)。在再一非限制性實施方式中，給定入射太陽輻射和所反射的通信信號的預(yù)定波長，可進(jìn)一步配置或適配柵格的柵格間距(如柵格間距d 804)，以最大化所反射的通信信號，最大化入射太陽輻射(如參見圖3-圖6的入射光322(522)等)的傳輸，或影響這些之間的任意其它期望的設(shè)計折衷和/或其它考慮因素。根據(jù)又一其它示例性實施例，太陽能收集系統(tǒng)1800還可包括一根或多根通信天線1808 (如，例如喇叭天線的天線706)，其可操作為發(fā)送和/或接收通信信號(未示出)。 例如，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括通信天線1808，其被配置為從選擇性傳輸層1806接收所反射的通信信號，如上文參見圖7-圖8所述。例如，通信天線1808可包括喇叭天線，該喇叭天線布置在反射器結(jié)構(gòu)(如反射器702)附近且適于或配置為收集所反射的通信信號的一部分。在再一非限制性方案中，通信天線1808 (如，例如喇叭天線的天線706)的一部分可位于與基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的焦點附近。例如，當(dāng)可以很好地協(xié)調(diào)入射平行光束上的拋物線的聚焦特性以例如最大化通信天線(如，例如喇叭天線的天線706)處的反射通信信號時，其它考慮因素可對使用這種單方面考慮因素產(chǎn)生不利影響。作為一實例，在再一非限制性實施方式中，給定電力需求、物理間距考慮因素、反射器幾何形狀、太陽能占空
13比等，則通信天線(或其一部分)的位置或放置可改變，以最大化所反射的通信信號，最大化入射太陽輻射(如參見圖3-圖6的入射光322(522)等)的收集和傳輸，或影響這些之間的任意其它期望的設(shè)計折衷和/或其它考慮因素。此外，太陽能收集系統(tǒng)1800還可包括電路1810，其可配置為和適于將一個或多個太陽能電池1804電耦合到一根或多根通信天線1808和/或用于一根或多根通信天線 1808 (或其元件或亞元件)的操作。例如，電路1810可包括耦合電路，以收集、調(diào)節(jié)、運輸或甚至向太陽能收集系統(tǒng)1800的電子元件(包括但不限于一根或多根通信天線1808)傳遞適當(dāng)電力。作為另一實例，電路1810可包括電傳輸線、電存儲元件、電壓調(diào)節(jié)器、信號調(diào)節(jié)器、威爾金森功分器1400、開關(guān)、繼電器以及適于轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸由一個或多個太陽能電池1804所生成的電勢的其它電子元件的任意(任意數(shù)量或其組合)。因此，太陽能收集系統(tǒng)1800的電路1810可便于在一根或多通信天線1808的操作中利用一個或多個太陽能電池1804所生成的電勢的至少一部分。考慮在前描述的系統(tǒng)、元件和設(shè)備，可以參照圖19-圖20的流程圖更好地理解根據(jù)所公開的主題實施的方法。盡管為了簡化說明的目的，將方法示出并描述為一系列的方框，然而應(yīng)知道和理解這種說明或相應(yīng)的描述不限于方框的順序，如某些方框可以與在此描繪和描述的順序不同的順序產(chǎn)生和/或與其它方框同時發(fā)生。應(yīng)知道經(jīng)由流程圖所示出的任意非連續(xù)或分支的流程表示可實施達(dá)到相同或類似結(jié)果的各種其它分支、流路或方框順序。此外，不是所有示出的方框均需要實施在下文中所述的方法。興示例性方法公開主題的各實施例提供了用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的方法，如下文參見圖19所述。例如，圖19描繪了示出如在此所述的用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的示例性非限制性方法1900的流程圖。例如，示例性方法1900可包括收集和使用通信天線(如GA 300、GA 500等)附近的太陽能。例如，在1902中，方法1900可包括在通信天線的反射天線單元處或反射地面(例如，地面108、如V型凹地面304和U形凹地面504等的非平坦反射地面等，如一個或多個 SPA 102的反射天線單元等)處反射太陽輻射(如入射光322(522)等)。作為另一實例， 入射太陽輻射(如入射光322 (522)等)的第一部分可通過通信天線的第一部分(例如通過通信天線的非平坦地面(如通過V型凹地面304和U形凹地面504等))在通信天線處反射。在再一實例中，方法1900可包括通過通信天線的第二部分(例如通過通信天線(如 GA 300、GA 500等)的一個或多個天線單元(如反射懸掛式平板天線(SPA) 102單元))在通信天線處反射入射太陽輻射(如入射光322 (522)等)的第二部分。在1904中，可通過一個或多個太陽能電池(如一個或多個太陽能電池302、一個或多個太陽能電池502)來收集太陽輻射的一部分，以生成所收集的太陽輻射。作為一個實例，方法1900還可包括通過一個或多個太陽能電池來收集入射太陽輻射(如入射光 322(522)等)的第一部分(或第二部分)的一部分，從而生成第一收集太陽輻射(或第二收集太陽輻射)。因而，在1906中，所收集的太陽輻射的一部分(如第一和/或第二收集太陽輻射等)可轉(zhuǎn)換成由通信天線所使用的電勢(如電壓)，如上文例如關(guān)于圖3-圖6所述。作為另一實例，方法可包括將第一收集太陽輻射(或第二收集太陽輻射)的一部分轉(zhuǎn)換成能由通信天線(如GA 300、GA 500等)所使用的電勢。
在其它的非限制性方法1900中，電勢的一部分可用于操作通信天線(如GA 300、 GA 500等)的一部分。例如，在1908中，方法1900可包括使用電勢的一部分來操作通信天線的一部分。如上文參見圖3-圖6和圖17進(jìn)一步描述的，太陽能收集系統(tǒng)1700可包括電路1708的陣列，其可配置為和適于將一個或多個太陽能電池1706電耦合到通信天線1702 和/或用于通信天線1802 (或其元件或亞元件)的操作。作為一實例，電路1708可包括電傳輸線、電存儲元件、電壓調(diào)節(jié)器、信號調(diào)節(jié)器、 威爾金森功分器1400、開關(guān)、繼電器以及適于轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸由一個或多個太陽能電池 1706所生成的電勢的其它電子元件的任意(任意數(shù)量或其組合)。因此，方法1900中由一個或多個太陽能電池(如一個或多個太陽能電池302、一個或多個太陽能電池502等)所生成的電勢可用于操作通信天線和/或相關(guān)聯(lián)或有關(guān)的系統(tǒng)的任意適合的部分。作為另一實例，圖20描繪了示出如本發(fā)明在上文中參見圖7-圖8和圖18描繪的用于在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能的示例性非限制性方法2000的流程圖。例如，在2002 中，在選擇性傳輸層處的入射太陽輻射的一部分可傳輸?shù)酵ㄐ盘炀€(如GA 700等)的反射器上的太陽能電池。例如，方法2000可包括將通信天線的選擇性傳輸層(涂層或覆蓋層 802)處的入射太陽輻射(如參見圖3-圖6的這種入射光322 (522)等)的一部分傳輸?shù)酵ㄐ盘炀€(如GA 700等)的反射器(如GA 700的反射器702等)上的一個或多個太陽能電池(如一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)。作為另一實例，在2002處，傳輸還可包括將入射太陽輻射的一部分經(jīng)由位于反射器的相對側(cè)的一個或多個太陽能電池附近的選擇性傳輸層(如涂層或覆蓋層802等)傳輸?shù)揭粋€或多個太陽能電池。在另一方案中，選擇性傳輸層可以包括金屬、金屬絲或金屬合成物等的任意組合的柵格。此外，在2004處，可反射入射RF信號、入射微波信號或入射毫米波信號的一部分， 以生成所反射的通信信號。例如，方法2000還可包括反射入射射頻RF信號、入射微波信號或入射毫米波信號之一或多個的一部分(例如，經(jīng)由一個或多個選擇性傳輸層，如涂層或覆蓋層802)，從而生成所反射的通信信號。因而，在2006處，如上文參見圖7-圖8和圖18所述，例如可通過與通信天線(如 GA 700等)相關(guān)聯(lián)的天線單元來收集所反射的通信信號的一部分。例如，方法2000可包括通過與通信天線(如GA 700等)相關(guān)聯(lián)的至少一個天線單元(如，例如喇叭天線的天線 706)來收集所反射的通信信號的一部分。在方法2000的另一方案中，收集所反射的通信信號的一部分可包括通過位于反射器的拋物面反射器結(jié)構(gòu)的焦點附近的一個或多個天線單元來收集所反射的通信信號的一部分，如上文參見圖7-圖8和圖18的進(jìn)一步描述。在方法2000的再一個示例性實施方式中，在2008處，入射太陽輻射的一部分可轉(zhuǎn)換成由通信天線(如GA 700等)所使用的電勢。例如，方法2000還可包括將入射太陽輻射(如參見圖3-圖6的入射光322 (522)等)的一部分轉(zhuǎn)換成由通信天線(如GA 700等) 所使用的電勢(例如通過一個或多個太陽能電池)。在其它的非限制性方法1900中，可使用電勢的一部分(未示出)來操作通信天線的一部分。如上文參見圖7-8和圖18進(jìn)一步描述的，太陽能收集系統(tǒng)1800可包括電路 1810的陣列，其可配置為或適于將一個或多個太陽能電池1804(如一個或多個共形覆蓋太陽能電池704等)電耦合到通信天線1808和/或用于通信天線1808 (或其元件或亞元件) 的操作。
作為一個實例，電路1810可包括電傳輸線、電存儲元件、電壓調(diào)節(jié)器、信號調(diào)節(jié)器、威爾金森功分器1400、開關(guān)、繼電器以及適于轉(zhuǎn)換、存儲以及傳輸由一個或多個太陽能電池1804所生成的電勢的其它電子元件的任意(和任意數(shù)量或其組合)。因此，方法2000 中由一個或多個太陽能電池所生成的電勢可用于操作通信天線(如GA7等)和/或相關(guān)聯(lián)或有關(guān)的系統(tǒng)的任意適合的部分。示例性的耦合濾波結(jié)果已經(jīng)探討了公開主題的示例性實施方式(如GA 300、GA 500等)，以說明特定的非限制性方案、優(yōu)點和/或特征。例如，圖21描繪了具有一個或多個太陽能電池302板的2106和不具有太陽能電池302板的2108的示例性非限制性GA 300的測量天線增益2102。例如，可例如使用示例性SPA單元102和多個威爾金森功分器1400來制造和測試GA 300的示例性非限制性實施例。此外，GA 300的示例性非限制性實施例的地面304可包括導(dǎo)電板(如兩片導(dǎo)電板，每片的尺寸均為LgXWg)。如從圖21中可看出的，具有一個或多個太陽能電池302板的2106 的所測量的天線增益2102在2GHz處約為11. 2dBi，其略低于不具有一個或多個太陽能302 電池板的2108 (12. 4dBi)。因而，圖21示出了對于示例性非限制性GA 300，一個或多個板 302所產(chǎn)生的損耗相對可以忽略。圖22-圖23描繪了示例性非限制性GA 300的仿真和測量歸一化輻射圖，其中圖 22描繪E-平面中的仿真2202和測量2204歸一化輻射圖2200，圖23描繪H-平面中的仿真2302和測量2304歸一化輻射圖2300。從圖22-圖23中可以看出，對于E-平面和H-平面兩者，共極化場2206 (2306)在視軸方向(θ = 0° )上比交叉極化場2208 (2308)強(qiáng)至少 15dB，如對于平坦地面情況下所能期望的。圖24描繪了如本發(fā)明所述的具有太陽能電池502板2406和不具有太陽能電池 502板2408的GA 500的另一非限制性實施方式的所測量的天線增益。例如，可例如使用示例性SPA單元102和多個威爾金森功分器1400來制造和測試GA 500的非限制性實施方式。此外，GA 300的示例性非限制性實施例的地面504可包括導(dǎo)電板(如三片導(dǎo)電板，每片的尺寸均為LgXWg)。因而，可以知道，地面504的區(qū)域大于GA 300的示例性非限制性實施例的地面304約50%。因此，如從圖24可以看到的，具有一個或多個太陽能電池502板2406的所測量的天線增益2402在2GHz處約為15. 2dBi，其略低于不具有一個或多個太陽能電池板502的 2408(15. 5dBi)。因而，圖24示出對于GA 500的非限制性實施方式，由一個或多個板502 所引起的損耗相對可忽略。作為相比于GA 300(增益11.2dBi)的示例性非限制性實施例的其它優(yōu)點，GA 500的非限制性實施方式的增益值15. 2dBi部分由于較大地面504而明顯更高。圖25-圖26描繪了 GA 500的另一非限制性實施方式的仿真和測量歸一化輻射圖，其中圖25描繪E-平面中的仿真2502和測量2504歸一化輻射圖2500，圖26描繪H-平面中的仿真2602和測量2604歸一化輻射圖2600。從圖25-圖26中可以觀察出來，在視軸方向(如θ =0° )上共極化場2506 (2606)比交叉極化場2508 (2608)強(qiáng)至少15dB。圖27示出適于獲得所公開的主題的各實施例的實驗性光學(xué)測量結(jié)果的示例性非限制性布置2700的俯視圖。例如，為了獲得光學(xué)性能測量結(jié)果，示例性實施例(如GA 300、GA 500、GA 700等)可置于便于以不同的入射角(θ ) 2704測量一個或多個太陽能電池板 (如302、502、704等)的輸出電壓的旋轉(zhuǎn)器2702上。具有可模擬自然日光的寬頻譜的光源 2706(如氙氣光源)可被用于對示例性實施例進(jìn)行照明。此外，從公開主題的各實施例中， 拋物面光學(xué)碟形天線(parabolic optical dish) 2708 (如具有直徑=60cm的圓孔的拋物面光學(xué)碟形天線)可用于反射來自光源2706的光并在距離X(2512) = 200cm處生成接近平行的光束2710。盡管使用了能夠產(chǎn)生相對更平行的光束的光學(xué)透鏡，然而難以獲得在商業(yè)上用于測量目的這種大的透鏡。如上文所述，通過最優(yōu)化θ =0° .處的一個或多個太陽能電池板(如302、502等)的電壓輸出，可以通過實驗方式找到高度H 518。圖28描繪了根據(jù)入射角(θ)2804改變的示例性非限制性GA 300的一個或多個太陽能電池板302的示例性輸出電壓2802。例如，圖28描繪了如上文所述在平坦地面配置2806中9g = 0°的一個或多個太陽能電池板302以及在V形凹地面配置2808中Qg =5°的一個或多個太陽能電池板302的H = 41cm處的輸出電壓2802。從圖28中可以看出，當(dāng)θ <18°時，部分由于其聚焦效果，使用V形地面2808獲得了更大的輸出電壓。當(dāng)光2710正常入射(Θ =0° )時，對于V形2808和平坦地面2806的情況而言，輸出電壓分別為3. 77伏特(V)和0.70V。為了對比(未示出)，注意到，當(dāng)通過光源2706直接(未使用拋物面光學(xué)碟形天線2708)在與使用拋物面光學(xué)碟形衛(wèi)星天線2708時等效的全路徑長度上照明一個或多個太陽能電池板302時，可產(chǎn)生2. 61V的輸出電壓。圖29描述了根據(jù)θ 2904變化的如本文所描述的GA500的另一非限制性實施方式的太陽能電池板的示意性輸出電壓2902。作為一個示例，如上文關(guān)于圖5-圖6所描述的， H = 47cm的新高度用于使用U形(9g= 10° ) 2908和平坦(θ g = 0° )地2906面來獲得一個或多個太陽能電池板502的輸出電壓2902。從圖29可以觀察到，如所期望的，當(dāng)使用U形接地面504時太陽能收集天線500的輸出電壓2902較高。例如，當(dāng)光2710正常入射(Θ = 0° )時，獲得4. 27V的輸出電壓2902。此外， 注意到U形地面電壓2908約比直接照明情況的電壓(如，具有同樣全路徑長度，2. 38V)高 80 %。此外，部分由于地面504與地面304之間的較大反射面，U形地面電壓2908還高于示意性的非限制性GA 300的電壓。進(jìn)一步注意到，部分由于由一個或多個太陽能電池板502 引起的衍射、反射和光阻的有效效應(yīng)，在θ =6°處而非θ =0°處發(fā)現(xiàn)GA500的非限制性實施的最大輸出電壓2902。因而，在所公開主題的各種非限制性的實施例中，提供了有助于在通信系統(tǒng)中太陽能收集和使用的系統(tǒng)、設(shè)備以及方法。例如，根據(jù)所公開主題的各種實施例，一個或多個太陽能電池可與天線結(jié)構(gòu)、元件或用于輻射功能的亞元件(其也可作為一個或多個太陽能電池的光反射器)組合在一起。根據(jù)一個方案，所公開主題的實施方式提供自供給電力給利用這種實施方式的無線系統(tǒng)。作為另一優(yōu)點，雙功能特性(如，無線通信的輻射和太陽能聚集或收集)可使得利用這種實施方式的系統(tǒng)的設(shè)計、制作和/或操作的成本降低。此外， 如上所述，各種示意性的實施方式可應(yīng)用于無線通信、光學(xué)應(yīng)用的其它領(lǐng)域，而不脫離在此所公開的主題。本文所使用的詞“示意性”意指作為示例、實例或者說明。為了避免疑惑，本文所公開的主題不限于這種示例。此外，本文所描述的作為“示意性”的任何方案或設(shè)計都不必解釋為優(yōu)選或優(yōu)于其它方案或設(shè)計，也不意味著它排除本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知曉的等效示意性的結(jié)構(gòu)和技術(shù)。而且，對于無論是權(quán)利要求書還是詳細(xì)描述所使用的術(shù)語“包括”、 “具有”、“包含”以及其他類似的詞的范圍，為了避免疑惑，這種術(shù)語傾向于類似開放式過渡詞的包含，而不排除任何附加或其它的元件。已經(jīng)關(guān)于一些元件之間的相互作用描述了前述提及的系統(tǒng)?？衫斫獾?，根據(jù)前述的各種排列和組合，這種系統(tǒng)和元件可包括那些元件或指定的亞元件、指定的元件或亞元件的一些以及/或附加的元件。亞元件也可實施為與其它元件耦接在一起的元件，而不是包括在母元件內(nèi)(分等級的)。此外，應(yīng)注意到，一個或多個元件可組合在單個元件中提供總的功能，或者可分成幾個獨立的亞元件以提供集成的功能。本文所描述的任何元件也可與本文沒有特別描述的但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的一個或多個其它元件相互作用。除了本文所描述的各種實施例，將理解到，可使用其它類似的實施例，或者為執(zhí)行相應(yīng)實施例的同樣或等效功能可對上述實施例作出修正和添加，而不背離其本意。例如，當(dāng)在特定數(shù)量、尺寸、構(gòu)造、幾何形狀或配置(如，SPA、接地面、太陽能電池等的數(shù)量、尺寸、構(gòu)造、幾何形狀或配置)的背景下已經(jīng)描述了所公開主題的各種實施例的同時，所公開主題不限于此。此外，期望到，可例如通過選擇通信(通信信號的發(fā)送和接收) 的波長變化來改變、修正或以其它方式重新設(shè)計所公開主題的各種方案的應(yīng)用。在其它示意性的修正方案中，例如，在想要最大化目標(biāo)信號(如無線通信載波信號)入射的輻射的反射、太陽輻射的傳輸，以最大化太陽能發(fā)電能力，或者中間想要的結(jié)果時，可選擇改變涂層或覆蓋層。
權(quán)利要求
1.一種太陽能收集天線，包括反射器結(jié)構(gòu)，適于支撐鄰近于所述反射器結(jié)構(gòu)的至少一個共形太陽能電池；選擇性傳輸層，在所述至少一個共形太陽能電池的與所述反射器結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)上鄰近于所述至少一個共形太陽能電池，所述選擇性傳輸層適于將入射太陽輻射的至少一部分傳輸至所述至少一個共形太陽能電池，所述選擇性傳輸層還適于反射入射的射頻(RF)信號、入射的微波信號或入射的毫米波信號其中至少之一的至少一部分，從而產(chǎn)生反射的通信信號；以及通信天線，位于所述反射器結(jié)構(gòu)附近，并適于收集所述反射的通信信號的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能收集天線，所述通信天線被進(jìn)一步配置為喇叭天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能收集天線，所述選擇性傳輸層包括金屬、金屬絲或金屬合成物其中至少一個的柵格。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能收集天線，所述柵格被進(jìn)一步配置為相對于所述入射太陽輻射和所述反射的通信信號的預(yù)定波長，具有適于使所述反射的通信信號最大化或者使所述入射太陽輻射的傳輸最大化的柵格間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能收集天線，所述反射器結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步配置為非平坦反射器結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能收集天線，所述非平坦反射器結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步配置為基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能收集天線，所述通信天線的至少一部分位于與所述基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的焦點附近。
8.—種適于為相關(guān)聯(lián)的通信天線供電的太陽能收集系統(tǒng)，包括至少一個太陽能電池，鄰近非平坦反射器結(jié)構(gòu)并與所述非平坦反射器結(jié)構(gòu)共形；選擇性傳輸層，在所述至少一個太陽能電池的與所述反射器結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)上鄰近于所述至少一個太陽能電池，所述選擇性傳輸層將入射太陽輻射的至少一部分傳輸至所述至少一個太陽能電池；通信天線，被配置為從所述選擇性傳輸層接收反射的通信信號；以及電路，適于將所述至少一個太陽能電池電耦接至所述通信天線，以將由所述至少一個太陽能電池產(chǎn)生的電勢的至少一部分利用在所述通信天線的操作中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述選擇性傳輸層進(jìn)一步被配置為反射入射的射頻(RF)信號、入射的微波信號或入射的毫米波信號其中至少之一的至少一部分，從而產(chǎn)生反射的通信信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述選擇性傳輸層包括金屬、金屬絲或金屬合成物其中至少之一的柵格。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述柵格進(jìn)一步被配置為相對于所述入射太陽輻射的預(yù)定波長和所述反射的通信信號的預(yù)定波長，具有適于使所述反射的通信信號最大化或者使所述入射太陽輻射的傳輸最大化的柵格間距。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述通信天線進(jìn)一步被配置為喇叭天線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述非平坦反射器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被配置為基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太陽能收集系統(tǒng)，所述喇叭天線的至少一部分位于與所述基本拋物面反射器結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的焦點附近。
15.一種用于收集和利用通信天線附近的太陽能的方法將所述通信天線的選擇性傳輸層處的入射太陽輻射的至少一部分傳輸至所述通信天線的反射器上的至少一個太陽能電池；反射入射的射頻(RF)信號、入射的微波信號或入射的毫米波信號其中至少之一的至少一部分，從而產(chǎn)生反射的通信信號；通過與所述通信天線相關(guān)聯(lián)的至少一個天線單元來收集所述反射的通信信號的至少一部分；將所述入射太陽輻射的至少一部分的至少一部分轉(zhuǎn)換為由所述通信天線使用的電勢。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括使用所述電勢的至少一部分來操作所述通信天線的至少一部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述傳輸包括將所述入射太陽輻射的至少一部分傳輸至與所述反射器共形的所述至少一個太陽能電池。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述傳輸包括經(jīng)由在與所述反射器相對的一側(cè)上鄰近于所述太陽能電池并包括金屬、金屬絲或金屬合成物其中至少之一的柵格的選擇性傳輸層，將所述入射太陽輻射的至少一部分傳輸至所述至少一個太陽能電池。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述收集包括通過與所述通信天線相關(guān)聯(lián)的喇叭天線單元來收集所述反射的通信信號的至少一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述收集包括通過位于所述反射器的拋物面反射器結(jié)構(gòu)的焦點附近的所述至少一個天線單元來收集所述反射的通信信號的至少一部分。
全文摘要
本公開內(nèi)容涉及在通信系統(tǒng)中收集和使用太陽能及其改進(jìn)。在一個方案中，公開了可同時起到天線和太陽能收集系統(tǒng)功能的雙功能天線。在另一方案中，公開的實施例可聚焦入射太陽輻射，以提高常規(guī)太陽能電池的輸出電壓。測量和仿真結(jié)果論證了本公開內(nèi)容的各種方案。
文檔編號H02J17/00GK102263321SQ201110104400
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者林影福, 梁國華 申請人:香港城市大學(xué)