本發(fā)明涉及納米天線領(lǐng)域，具體而言涉及一種具有石墨烯天線的太陽能面接收天線及信號(hào)收集方法。

背景技術(shù)：

多數(shù)衛(wèi)星通常采用獨(dú)立分開的太陽能電池和天線，兩種器件互相爭奪著衛(wèi)星上十分有限的可利用表面。如果將太陽能電池和星載天線兼容在一起，那么就可節(jié)省或者高效率地利用衛(wèi)星上表面。實(shí)現(xiàn)方法就是將兩種器件集成在一起，組成集成電源天線。作為有效實(shí)現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)輕量化的一種新途徑，美國航空航天局和歐洲空間局等已開展了這方面的研究和實(shí)驗(yàn)。由美國航空航天局支持，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)研究了航天器用的一種集成太陽能陣列的反射陣天線，為21世紀(jì)在深空探測(cè)器上使用集成太陽能天線奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由歐洲空間局支持的一項(xiàng)研究開發(fā)了將裂縫陣列和太陽能電池薄膜集成在一起的電源/天線。

JPL研究和開發(fā)了航天器用的一種高增益集成化太陽線。射頻天線選用印刷型微帶反射陣，以大量很細(xì)的十字型偶極子作為輻射單元。選擇反射陣的好處是反射陣和太陽陣都是平面型的；反射陣可以置于太陽陣的上面；用一個(gè)喇叭照射反射陣，不需要功率分配網(wǎng)絡(luò)；反射陣和太陽陣的支撐結(jié)構(gòu)可組合在一起，大大減小了體積。最終研制出一種X波段集成太陽陣/天線。

歐洲空間局的研究組把集成太陽能電池陣/天線簡稱為SOLANT(即Solar Antenna的縮寫)。Vaccaro.S等人提出了一種較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法件必須至少有4個(gè)獨(dú)立金屬層:天線用的貼片和接地基板，太陽能電池用的前后連接板，太陽能電池和天線至少共用一個(gè)金屬層，這兩種功能器件被緊密地結(jié)合在一起，用裂縫天線代替貼片天線，其接地板可用作太陽能電池“負(fù)”集光器陰極；采用先進(jìn)的可形成任意形狀的太陽能電池，把太陽能電池直接沉積在天線的接地板上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種具有石墨烯天線的太陽能面接收天線及信號(hào)收集方法，該太陽能面接收天線可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能能量收集與通信信號(hào)的收集，提高了太陽能能量的收集能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的聚焦，減少對(duì)衛(wèi)星空間的占用。

本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種具有石墨烯天線的太陽能面接收天線，所述太陽能面接收天線包括：

能量收集板，其用于收集照射到其上的太陽能并轉(zhuǎn)換成所述太陽能面接收天線運(yùn)行所需的電能，同時(shí)還用于收集通信波段的電磁波并將之聚焦至焦點(diǎn)處；

衛(wèi)星天線饋源，其位于所述能量收集板的焦點(diǎn)處，用于接收能量收集板聚焦的通信信號(hào)；

可調(diào)節(jié)連桿，其一端連接在所述能量收集板的邊緣，另一端連接所述衛(wèi)星天線饋源，用于調(diào)節(jié)衛(wèi)星天線饋源位置，使其位于能量收集板的焦點(diǎn)處。

所述能量收集板包括基板、光電轉(zhuǎn)換層以及石墨烯天線層，其中：

所述基板用于承載位于其上的光電轉(zhuǎn)換層與石墨烯天線層；

所述石墨烯天線層附著設(shè)于光電轉(zhuǎn)換層上，包括若干個(gè)石墨烯天線，用于收集太陽能并將之轉(zhuǎn)換成電能、以及收集通信波段的電磁波并將之聚焦至焦點(diǎn)處；

所述光電轉(zhuǎn)換層附著設(shè)于所述基板上，用于處理所述石墨烯天線層饋電并將之提供給整個(gè)所述太陽能面接收天線，具有用于外接的正輔助電極、負(fù)輔助電極。

所述石墨烯天線自上而下包括第一透明電極、石墨烯薄膜層、第二透明電極、襯底；

所述襯底用于承載位于其上的第一透明電極、石墨烯薄膜層以及第二透明電極；

所述石墨烯薄膜層位于所述第一透明電極與第二透明電極之間，其上被刻蝕出2-5圈的同心圓圖案；

所述第一透明電極與第二透明電極分別與所述光電轉(zhuǎn)換層的正輔助電極、外輔助電極連接；

第一透明電極與第二透明電極之間具有電壓差，被設(shè)置為通過調(diào)節(jié)該電壓差來調(diào)節(jié)所述石墨烯薄膜層的介電常數(shù)、折射率、反射率。

所述第一透明電極、第二透明電極的組成材料包括ITO、Au中的任一種。

所述石墨烯薄膜包括單層石墨烯薄膜、雙層石墨烯薄膜、三層石墨烯薄膜中的所述石墨烯薄膜中含有用于性能調(diào)節(jié)的摻雜物，所述摻雜物包括缺電子的硼原子、多電子的磷原子、多電子的氮原子中的任一種。

所述光電轉(zhuǎn)換層包括電池單元陣列、正主電極、負(fù)主電極以及填充在其間的二氧化硅層；

所述電池單元陣列具有多個(gè)串聯(lián)電池陣列，每個(gè)串聯(lián)電池陣列由多個(gè)電池單元并聯(lián)構(gòu)成；

所述電池單元包括石墨烯天線饋電、與石墨烯天線饋電相鄰的次級(jí)電極以及將次級(jí)電極與石墨烯天線饋電相連的整流電路；

所述串聯(lián)電池陣列最外側(cè)的兩個(gè)次級(jí)電極分別構(gòu)成串聯(lián)電池陣列的正電極與負(fù)電極，串聯(lián)電池陣列的正電極被設(shè)置為與正主電極連接，該串聯(lián)電池陣列的負(fù)電極被設(shè)置為與負(fù)主電極連接；

所述正主電極被設(shè)為與正輔助電極連接，所述負(fù)主電極被設(shè)為與負(fù)輔助電極連接。

所述衛(wèi)星天線饋源包括單極子天線、偶極子天線、八木天線中的任意一種。

一種具有石墨烯天線的太陽能面接收天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)收集通信信號(hào)與收集太陽能的方法，包括：

通過調(diào)節(jié)石墨烯薄膜層上下側(cè)的電壓以調(diào)節(jié)石墨烯薄膜層的介電常數(shù)、反射率、折射率；

設(shè)定波段的太陽能透過石墨烯薄膜層，低于設(shè)定波段的通信電磁波反射聚焦至太陽能面接收天線的焦點(diǎn)處；

透過石墨烯薄膜層的太陽能在石墨烯天線層中形成巨大的電磁場(chǎng)，光電轉(zhuǎn)換層將該電磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電能，并提供給整個(gè)太陽能面接收天線裝置使用；

調(diào)整可調(diào)節(jié)連桿，促使衛(wèi)星天線饋源位于太陽能面接收天線的焦點(diǎn)處；

衛(wèi)星天線饋源收集通信電磁波信號(hào)。

由以上本發(fā)明的技術(shù)方案，與現(xiàn)有相比，其顯著的有益效果在于：

1、同時(shí)實(shí)現(xiàn)太陽能能量收集與通信信號(hào)的收集，減少對(duì)衛(wèi)星空間的占用。

2、提高了對(duì)太陽能的收集能力。

3、實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的電磁波聚焦。

應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。

結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。

附圖說明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組成部分可以用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清晰起見，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記?，F(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中：

圖1是本發(fā)明的具有石墨烯天線的太陽能面接收天線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的能量收集板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的石墨烯天線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的石墨烯薄膜的同心圓結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的電池單元陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。

在本公開中參照附圖來描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說明的實(shí)施例。本公開的實(shí)施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí)施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來實(shí)施，這是因?yàn)楸景l(fā)明所公開的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本發(fā)明公開的一些方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明公開的其他方面的任何適當(dāng)組合來使用。

本發(fā)明提供一種石墨烯的太陽能面接收天線及信號(hào)收集方法。

結(jié)合圖1，該石墨烯的太陽能面接收天線包括：

能量收集板1，其用于收集照射到其上的太陽能并轉(zhuǎn)換成太陽能面接收天線運(yùn)行所需的電能，同時(shí)還用于收集通信波段的電磁波并將之聚焦至焦點(diǎn)處。

衛(wèi)星天線饋源3，其位于能量收集板1的焦點(diǎn)處，用于接收能量收集板1聚焦的通信信號(hào)。

可調(diào)節(jié)連桿2，其一端連接在能量收集板1邊緣，另一端連接衛(wèi)星天線饋源3，用于調(diào)節(jié)衛(wèi)星天線饋源3位置，使其位于能量收集板1的焦點(diǎn)處。

結(jié)合圖2，能量收集板1包括基板1c、光電轉(zhuǎn)換層1b以及石墨烯天線層，其中：

基板1c用于承載位于其上的光電轉(zhuǎn)換層1b與石墨烯天線層1a。

石墨烯天線層附著設(shè)于光電轉(zhuǎn)換層1b上，包括若干個(gè)石墨烯天線1a，用于收集太陽能并將之轉(zhuǎn)換成電能、以及收集通信波段的電磁波并將之聚焦至焦點(diǎn)處。

光電轉(zhuǎn)換層1b附著設(shè)于基板1c上，用于處理石墨烯天線層饋電并將之提供給整個(gè)太陽能面接收天線，具有用于外接的正輔助電極116、負(fù)輔助電極115。

結(jié)合圖3、圖4，石墨烯天線1a自上而下包括第一透明電極104、石墨烯薄膜層103、第二透明電極102、襯底101。

襯底101用于承載位于其上的第一透明電極104、石墨烯薄膜層103以及第二透明電極102。

石墨烯薄膜層103位于第一透明電極104與第二透明電極102之間，其上被刻蝕出2-5圈的同心圓圖案，被刻蝕處的寬度約等于可見光及近紅外波長(300nm-1400nm)，因此該同心圓結(jié)構(gòu)能夠激勵(lì)約等于可見光波長的等離子表面波，提高對(duì)太陽能的收集能力。

第一透明電極104與第二透明電極102分別與光電轉(zhuǎn)換層的正輔助電極116、負(fù)輔助電極115連接，第一透明電極104、第二透明電極102的組成材料包括ITO、Au中的任一種。

石墨烯薄膜層103包括單層石墨烯薄膜、雙層石墨烯薄膜、三層石墨烯薄膜中的任意一種。

石墨烯薄膜層103中含有用于性能調(diào)節(jié)的摻雜物，摻雜物包括缺電子的硼原子、多電子的磷原子、多電子的氮原子中的任一種。

從而，第一透明電極104、第二透明電極102在石墨烯薄膜層103上下表面形成電壓差，再通過調(diào)節(jié)施加在石墨烯薄膜層103上下表面的電壓來調(diào)節(jié)石墨烯層103的折射率、反射率，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長光線的透射，并實(shí)現(xiàn)對(duì)于低于該頻段波長的反射。

另外，通過精確調(diào)節(jié)石墨烯層103上下表面的電壓還可以調(diào)節(jié)石墨烯層103的介電常數(shù)規(guī)律分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信波段的電磁波聚焦，焦點(diǎn)的位置可以通過表面電壓精確控制，結(jié)合用于調(diào)節(jié)衛(wèi)星天線饋源位置的連桿2，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的收集。

結(jié)合圖5，光電轉(zhuǎn)換層1b包括電池單元陣列、正主電極114、負(fù)主電極113以及填充在其間用于隔離鈍化的二氧化硅層。

電池單元陣列具有多個(gè)串聯(lián)電池陣列112，每個(gè)串聯(lián)電池陣列112由多個(gè)電池單元111并聯(lián)構(gòu)成。

電池單元111由石墨烯天線1a饋電、與石墨烯天線1a饋電相鄰的次級(jí)電極以及將次級(jí)電極與石墨烯天線1a饋電相連的整流電路構(gòu)成。

串聯(lián)電池陣列112最外側(cè)的兩個(gè)次級(jí)電極分別構(gòu)成該串聯(lián)電池陣列112的正電極與負(fù)電極，串聯(lián)電池陣列112的正電極被設(shè)置為與正主電極114連接，串聯(lián)電池陣列112的負(fù)電極被設(shè)置為與負(fù)主電極113連接。

正主電極114被設(shè)為與外接的正輔助電極116連接，負(fù)主電極113被設(shè)為與外接的負(fù)輔助電極115連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)太陽能面接收天線的供電。

衛(wèi)星天線饋源3包括單極子天線、偶極子天線、八木天線中的任意一種。

該太陽能面接收天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)收集通信信號(hào)與收集太陽能的方法，包括：

通過調(diào)節(jié)石墨烯薄膜層103上下側(cè)的電壓以調(diào)節(jié)石墨烯薄膜層103的介電常數(shù)、反射率、折射率。

設(shè)定波段的太陽能透過石墨烯薄膜層103，低于設(shè)定波段的通信電磁波反射聚焦至太陽能面接收天線的焦點(diǎn)處。

透過石墨烯薄膜層103的太陽能在石墨烯天線層1a中形成巨大的電磁場(chǎng)，光電轉(zhuǎn)換層1b將該電磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成電能，并提供給整個(gè)太陽能面接收天線裝置使用。

調(diào)整可調(diào)節(jié)連桿2，促使衛(wèi)星天線饋源3位于太陽能面接收天線的焦點(diǎn)處。

衛(wèi)星天線饋源3收集通信電磁波信號(hào)。

從而，本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)了太陽能能量收集與通信信號(hào)的收集，提高了太陽能能量的收集能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信信號(hào)的聚焦，減少對(duì)衛(wèi)星空間的占用。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。