【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天器能源系统领域，具体涉及一种口径倍增功能复合模块及其制备方法。
技术介绍
1、随着装备载荷用电需求的增加，在有限运载能力下，进行能源和载荷的轻量化集成是必然的发展趋势。太阳电池与天线共口径集成通常采用以下两种方式。
2、采用透明薄膜天线、金属网格天线等集成在太阳电池迎光面，通过增加透明导电薄膜的厚度、金属网格的宽度和数量等天线辐射效率，导致入射到太阳电池上的光通量减少，存在天线辐射效率和太阳电池发电效率的相互制约。同时，由于网格高频微波信号通过网格的泄漏增加，网格天线与太阳电池集成主要集中在l导x波段。
3、采用传统的太阳电池与缝隙天线、贴片天线、插入式天线等进行同面集成，存在太阳电池与天线相互争夺有效布片面积的问题，且为了防止交直流信号干扰，太阳电池与天线阵子需要间隔一定距离，导致太阳电池布片面积率低，发电效率有限。由于高频天线阵子数量多、间距小，该集成方式不适应与c频以上的高频天线。
4、为解决上述问题，本专利提出采用聚光型太阳电池与阵列天线进行集成，通过上层聚光镜的光收集，增加太阳电池单位面积的光照强度，在不降低太阳阵迎光口径的同时，与波导缝隙天线、贴片天线等进行集成，实现在同一种尺寸口径下，太阳电池与天线的阵列复合。
技术实现思路
1、本专利技术的公开了一种太阳电池阵与天线阵复合模块及制备方法。功能复合模块由多个薄型聚光太阳电池和天线阵列构成,利用薄型聚光透镜将天线上方的入射光转移到太阳电池上，在不降低太阳电池布片率和天
2、一种口径倍增功能复合模块，至少包含：薄型聚光透镜组(s11)、太阳电池(s12)、太阳电池电路板(s13)、天线阵列(s14)、热控层(s15)、及支撑结构(s16)；其中，
3、所述太阳电池(s12)布贴于太阳电池电路板(s13)上，与天线阵列(s14)的辐射贴片在同一平面内，天线阵列(s14)的辐射贴片采用稀疏布阵；
4、所述薄型聚光透镜组(s11)粘贴在太阳电池(s12)与天线阵列(s14)的辐射贴片上表面；
5、所述热控层(s15)位于太阳电池电路板(s13)和天线阵列(s14)第一高频介质层的下表面；
6、所述支撑结构(s16)位于热控层(s15)层下方。
7、优选地，所述薄型聚光透镜组(s11)包括至少一个薄型聚光透镜，每个薄型聚光透镜包括玻璃支撑结构(s21)与有效菲涅尔聚光结构(s22)；
8、所述有效菲涅尔聚光结构(s22)采用纳米压印技术制备在玻璃支撑结构(s21)上，形成一体的薄型菲涅尔聚光透镜。
9、优选地，所述薄型菲涅尔聚光透镜总厚度不大于1mm，吸光面半径为5mm-10mm，能够调节；聚光透镜聚光倍数为100-10倍，能够调节，对应聚光光斑半径0.5mm-3.16mm。
10、优选地，至少一个太阳电池(s12)与一个太阳电池电路板(s13)构成太阳电池组件(s23)；所述薄型聚光透镜组(s11)与所述太阳电池组件(s23)构成薄型聚光太阳电池阵列；
11、多个太阳电池(s12)通过太阳电池电路板(s13)内部电路实现串联；太阳电池(s12)的背电极通过导电胶粘贴在电路基板第一焊接窗口(s26)上，太阳电池(s12)的前电极通过引线焊接在电路板的第二焊接窗口(s27)上；串联焊接后，太阳电池组件(s23)工作电压达55v以上；
12、为满足空间应用需求，太阳电池(s12)与太阳电池电路板(s13)的粘合剂采用空间级硅橡胶。
13、优选地，所述的太阳电池电路板(s13)内置电池串联电路，根据共口径电池阵列布局进行设计，采用35μm厚的压延铜箔进行功率传输；
14、太阳电池电路板(s13)由两层聚酰亚胺膜(s24)和铜箔线路(s25)经高温热压而成，聚酰亚胺厚度50μm；通过激光镂空的方式在电池电路板上制备第一焊接窗口(s26)和第二焊接窗口(s27)，并镂空天线阵安装孔(s28)，开孔孔径孔径比天线辐射贴片尺寸大1mm以上。
15、优选地，所述太阳电池(s12)为砷化镓、硅电池、碲化镉、钙太矿太阳电池中的一种，太阳电池采用多边形结构，多边形太阳电池的外接圆半径与聚光光斑半径相同，为1mm-3.16mm。比如，正方形结构的太阳电池尺寸为0.7mm-5mm，太阳电池上预留一个前电极焊接区，通过引线键合焊接的方式引出。
16、优选地，所述天线阵列(s14)为多层结构，包括天线辐射贴片(s30)、第一高频介质板(s31)、天线地板、第二高频介质层(s32)、馈电线(s33)、射频模块(s34)；其中，
17、天线辐射贴片(s30)采用方形、长方形、圆形、环形任一形状；
18、第一高频介质层为(s31)为分离的单元模块，与天线辐射贴片(s30)形状相同，各边与辐射天线(s30)边界距离约1mm；
19、天线热控层(15)同时作为天线地板；
20、第二高频介质层(s32)位于天线热控层(15)下方；
21、射频模块(s34)固定于第二高频介质层(s32)的下表面；
22、馈电线(s33)穿过第一高频介质层(s31)、天线天线热控层(15)上的绝缘开孔和第二高频介质层(s32)与射频模块(s34)连接。
23、优选地，所述热控层(s15)采用35μm厚的铜箔，表面制备纳米石墨烯涂层。
24、优选地，所述热控层(s15)通过导热通路(s36)连接热辐射增强区(s35)。
25、热辐射增强区(s35)采用高发射率涂层材料sr107白漆，厚度160μm，提升共形模块的散热效率。
26、为提高热控层(s15)与太阳电池电路板(s13)之间的热交换能力，于二者之间添加接触面导热材料；界面导热材料采用高导热率导热膏、导热泥任一种，接触面导热材料具备≥10w/m·k热导率。
27、一种口径倍增功能复合模块的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
28、步骤1：根据天线频率、功率需求，进行天线阵列(s14)的辐射贴片与太阳电池(s12)的电池片尺寸和布局设计，并设计薄型聚光透镜组的聚光倍率；
29、步骤2：根据天线阵列(s14)，制备稀疏布阵的平面天线阵列；
30、步骤3：根据太阳电池(s12)的尺寸及布局设计，制备共口径太阳电池电路(s13)板，避免与天线阵列(s14)的电路产生干扰；
31、步骤4：太阳电池电路板(s13)与天线阵列(s14)复合，并在太阳电池电路板(s13)上指定区域进行激光镂刻，裸露出天线阵列(s14)的辐射贴片；
32、步骤5：制备小尺寸多边形的太阳电池(s12)，采用精细引线焊接方式，引出太阳电池电极；
33、步骤6：太阳电池(s12)通过导电胶粘贴在太阳电池电路板(s13)上，并完成电池电极与太阳电池电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述模块至少包含：薄型聚光透镜组(S11)、太阳电池(S12)、太阳电池电路板(S13)、天线阵列(S14)、热控层(S15)、及支撑结构(S16)；其中，
2.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述薄型聚光透镜组(S11)包括至少一个薄型聚光透镜，每个薄型聚光透镜包括玻璃支撑结构(S21)与有效菲涅尔聚光结构(S22)；所述有效菲涅尔聚光结构(S22)采用纳米压印技术制备在玻璃支撑结构(S21)上，形成一体的薄型菲涅尔聚光透镜。
3.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述薄型菲涅尔聚光透镜总厚度不大于1mm，吸光面半径为5mm-10mm，能够调节；聚光透镜聚光倍数为100-10倍，能够调节，对应聚光光斑半径0.5mm-3.16mm。
4.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，至少一个太阳电池(S12)与一个太阳电池电路板(S13)构成太阳电池组件(S23)；所述薄型聚光透镜组(S11)与所述太阳电池组件(S23)构成薄型聚光太阳电池阵列；
6.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述太阳电池(S12)为砷化镓、硅电池、碲化镉、钙太矿太阳电池中的一种，太阳电池采用多边形结构，多边形太阳电池的外接圆半径与聚光光斑半径相同，为1mm-3.16mm。
7.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述天线阵列(S14)为多层结构，包括天线辐射贴片(S30)、第一高频介质板(S31)、天线地板、第二高频介质层(S32)、馈电线(S33)、射频模块(S34)；其中，
8.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述热控层(S15)采用35μm厚的铜箔，表面制备纳米石墨烯涂层。
9.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述热控层(S15)通过导热通路(S36)连接热辐射增强区(S35)。
10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的一种口径倍增功能复合模块的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述模块至少包含：薄型聚光透镜组(s11)、太阳电池(s12)、太阳电池电路板(s13)、天线阵列(s14)、热控层(s15)、及支撑结构(s16)；其中，
2.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述薄型聚光透镜组(s11)包括至少一个薄型聚光透镜，每个薄型聚光透镜包括玻璃支撑结构(s21)与有效菲涅尔聚光结构(s22)；所述有效菲涅尔聚光结构(s22)采用纳米压印技术制备在玻璃支撑结构(s21)上，形成一体的薄型菲涅尔聚光透镜。
3.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，所述薄型菲涅尔聚光透镜总厚度不大于1mm，吸光面半径为5mm-10mm，能够调节；聚光透镜聚光倍数为100-10倍，能够调节，对应聚光光斑半径0.5mm-3.16mm。
4.如权利要求1所述的口径倍增功能复合模块，其特征在于，至少一个太阳电池(s12)与一个太阳电池电路板(s13)构成太阳电池组件(s23)；所述薄型聚光透镜组(s11)与所述太阳电池组件(s23)构成薄型聚光太阳电池阵列；
5.如权利要求1所述的口...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宁华，蒋帅，翟涵，李欣益，陆宏波，郑通，王训春，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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