專利名稱：一種偏饋式衛(wèi)星電視天線及其衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種偏饋式衛(wèi)星電視天線及其衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)是由拋物面天線、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機組成的衛(wèi)星地面接收站。拋物面天線負責(zé)將衛(wèi)星信號反射到位于焦點處的饋源和高頻頭內(nèi)。饋源是在拋物面天線的焦點處設(shè)置的一個用于收集衛(wèi)星信號的喇叭，又稱波紋喇叭。其主要功能有兩個一是將天線接收的電磁波信號收集起來，變換成信號電壓，供給高頻頭。二是對接收的電磁波進行極化轉(zhuǎn)換。高頻頭LNB(亦稱降頻器)是將饋源送來的衛(wèi)星信號進行降頻和信號放大然后傳送至衛(wèi)星接收機。一般可分為C波段頻率LNB (3. 7GHz-4. 2GHz、18_21V)和 Ku波段頻率LNB (10. 7GHz-12. 75GHz、12-14V)。LNB的工作流程就是先將衛(wèi)星高頻訊號放大至數(shù)十萬倍后再利用本地振蕩電路將高頻訊號轉(zhuǎn)換至中頻950MHz-2050MHz，以利于同軸電纜的傳輸及衛(wèi)星接收機的解調(diào)和工作。衛(wèi)星接收機是將高頻頭輸送來的衛(wèi)星信號進行解調(diào)，解調(diào)出衛(wèi)星電視圖像或數(shù)字信號和伴音信號。接收衛(wèi)星信號時，平行的電磁波(平面波)通過拋物面天線反射后，匯聚到饋源上。通常，拋物面天線對應(yīng)的饋源是一個喇叭天線。但是由于拋物面天線的反射面的曲面加工難度大，精度要求也高，因此，制造麻煩、成本較高，且產(chǎn)品的一致性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有的衛(wèi)星電視天線加工不易、成本高且產(chǎn)品一致性較差的缺陷，提供一種加工簡單、制造成本低及產(chǎn)品一致性高的偏饋式衛(wèi)星電視天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種偏饋式衛(wèi)星電視天線，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線包括固定貼附在房屋南面墻壁上的超材料面板，所述超材料面板的下邊沿與饋源的上端處于同一水平，所述超材料面板包括一側(cè)表面靠墻設(shè)置的反射層以及設(shè)置在反射層另一側(cè)表面的核心層，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的第一基材以及設(shè)置在第一基材上的多個第一人造微結(jié)構(gòu)，所述核心層片層的折射率分布滿足如下公式
r ,、^fa-Vsegn(r) =/7腿--^ ;Vseg = ss+入 XNUMseg ；NUMseg - floor
dis = dl+d2 ；d\ = ^sx2+r2 ;d2 = (L+sy-r) X sin y ；ss = (L+sy) Xsiny +sxX cos y ；y = cos-1 (cos α X cos β )；其中，n(r)表示核心層片層上半徑為r處的折射率值，核心層片層的折射率分布圓心即為饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影；sx為饋源等效點到超材料面板的垂直距離；sy為饋源等效點到超材料面板下邊沿的距離，即圓心到超材料面板下邊沿的距離；L表示核心層片層的有效長度；η_表示核心片層的折射率的最大值；Iiniin表示核心片層的折射率的最小值；λ表示頻率為天線中心頻率的電磁波的波長；Y表示從特定衛(wèi)星發(fā)出的電磁波在超材料面板表面入射時與超材料面板法線所成的夾角；a為特定地區(qū)，特定衛(wèi)星的方位角；β為特定地區(qū)，特定衛(wèi)星的仰角；floor表示向下取整。進一步地，所述第一基材包括片狀的第一前基板及第一后基板，所述多個第一人造微結(jié)構(gòu)夾設(shè)在第一前基板與第一后基板之間。進一步地，所述核心層片層的厚度為0. 546mm，其中，第一前基板及第一后基板的厚度均為0. 254mm,多個第一人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 038mm。進一步地，所述核心層的厚度為D2，D2 =
2(η —η )
V liiax mm /進一步地，所述超材料面板還包括設(shè)置在核心層另一側(cè)表面的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層包括至少一個阻抗匹配層片層，所述阻抗匹配層片層包括片狀的第二基材以及設(shè)置在第二基材上的多個第二人造微結(jié)構(gòu)，所述阻抗匹配層片層的折射率分布滿足如下公式
■m—iη;(Γ) = ι η χη (r) m ;λ = (nfflax-nfflin) X (D1+2XD2)；其中，ni(r)表示阻抗匹配層片層上半徑為r處的折射率值，阻抗匹配層片層的折射率分布圓心即為饋源等效點在相應(yīng)的阻抗匹配層片層外側(cè)表面所在平面的投影；其中，i表示阻抗匹配層片層的編號，靠近饋源的阻抗匹配層片層的編號為m，由饋源向核心層方向，編號依次減小，靠近核心層的阻抗匹配層片層的編號為I ;上述的nmax、nmin即為核心層片層的折射率的最大值、最小值；Dl為阻抗匹配層的厚度；D2為核心層的厚度。
6
進一步地，所述第二基材包括片狀的第二前基板及第二后基板，所述多個第二人造微結(jié)構(gòu)夾設(shè)在第二前基板與第二后基板之間。進一步地，所述阻抗匹配層片層的厚度為O. 546mm，其中，第二前基板及第二后基板的厚度均為O. 254mm,多個第二人造微結(jié)構(gòu)的厚度為O. 038mm。進一步地，所述超材料面板任一縱截面具有相同的形狀與面積。進一步地，所述超材料面板的縱截面為方形，所述饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影距離超材料面板的下邊沿中點的距離為sy。進一步地，所述超材料面板的縱截面為圓形或橢圓形，所述饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影距離超材料面板的下邊沿頂點的距離為sy。進一步地，所述第一人造微結(jié)構(gòu)及第二人造微結(jié)構(gòu)均為由銅線或銀線構(gòu)成的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法分別附著在第一基材及第二基材上。進一步地，所述金屬微結(jié)構(gòu)呈平面雪花狀，所述金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線與第二金屬線的長度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長度相等。進一步地，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的每個第一金屬分支及每個第二金屬分支的兩端還連接有完全相同的第三金屬分支，相應(yīng)的第三金屬分支的中點分別與第一金屬分支及第二金屬分支的端點相連。進一步地，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線與第二金屬線均設(shè)置有兩個彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重合。根據(jù)本發(fā)明的偏饋式衛(wèi)星電視天線，由片狀的超材料面板代替了傳統(tǒng)的拋物面天線，制造加工更加容易，成本更加低廉，且產(chǎn)品的一致性高，同時，本發(fā)明的偏饋式衛(wèi)星電視天線直接貼附在房屋的豎直墻壁上，不占用空間，也不需要復(fù)雜的支架，進一步地節(jié)省成本，且安裝簡單，例如，可以用釘子直接釘在墻壁上，或用膠水粘貼在墻壁上。并且，將天線貼附于墻壁的設(shè)計有效地解決了傳統(tǒng)拋物面天線的風(fēng)阻問題。另外，本發(fā)明還提供了一種一種衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)。一種衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，包括饋源、連接饋源的高頻頭及與高頻頭連接的衛(wèi)星接收機，所述衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)還包括上述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線固定貼附在房屋南面墻壁上，所述饋源通過支桿固定在房屋豎直墻壁上。進一步地，所述饋源為雙圓極化波紋喇叭、左旋圓極化波紋喇叭或右旋圓極化波紋喇叭。進一步地，所用高頻頭的輸入頻率為11.7 12. 2GHz，輸出頻率為950 1450MHz ο進一步地，所用饋源三維可調(diào)。


圖I是本發(fā)明的第一實施例中偏饋式衛(wèi)星電視天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的核心層片層其中一個超材料單元的透視示意圖；圖3是本發(fā)明的核心層片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的阻抗匹配層片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是圖5所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種衍生結(jié)構(gòu)；圖7是圖5所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種變形結(jié)構(gòu)。圖8是平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓撲形狀的演變的第一階段；圖9是平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓撲形狀的演變的第二階段；圖10是本發(fā)明另一種實施例的偏饋式衛(wèi)星電視天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明一種實施例的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為方形的核心層片層的折射率分布示意圖；圖13為圓形的核心層片層的折射率分布示意圖；圖14為方形阻抗匹配層片層的折射率分布示意圖；圖15為圓形阻抗匹配層片層的折射率分布示意圖。
具體實施例方式如圖I至圖4所示，為本發(fā)明第一實施例的偏饋式衛(wèi)星電視天線的結(jié)構(gòu)示意圖，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線包括固定貼附在房屋南面墻壁NQ上的超材料面板100，所述超材料面板100的下邊沿與饋源I的上端處于同一水平，所述超材料面板100包括一側(cè)表面靠墻設(shè)置的反射層200、設(shè)置在反射層200另一側(cè)表面的核心層10及設(shè)置核心層另一側(cè)表面的阻抗匹配層20。饋源為傳統(tǒng)的波紋喇叭，這個根據(jù)衛(wèi)星的電視信號的極化方式不同有不同的選擇，例如中星9號，其電視信號既有左旋圓極化又有右旋圓極化，因此饋源應(yīng)當(dāng)采用雙圓極化的波紋喇叭。另外，本發(fā)明中，反射層為具有光滑的表面的金屬反射板，例如可以是拋光的銅板、鋁板或鐵板等，也可是PEC(理想電導(dǎo)體)反射面，當(dāng)然也可以是金屬涂層。本實施例中，所述超材料面板100任一縱截面具有相同的形狀與面積，即核心層與匹配層具有相同的形狀與面積的縱截面，此處的縱截面是指超材料面板中與超材料面板的中軸線垂直的剖面。所述超材料面板的縱截面為方形、圓形或橢圓形，優(yōu)選地，所述超材料面板的縱截面為方形，這樣得到的超材料面板容易加工，例如450X450mm的正方形。圓形可以是直徑為450mm的圓形。本實施例中，所述核心層10包括至少一個核心層片層11，所述核心層片層11包括片狀的第一基材13以及設(shè)置在第一基材13上的多個第一人造微結(jié)構(gòu)12。本實施例中，優(yōu)選地，如圖3所示，所述第一基材13包括片狀的第一前基板131及第一后基板132，所述多個第一人造微結(jié)構(gòu)12夾設(shè)在第一前基板131與第一后基板132之間。優(yōu)選地，所述核心層片層11的厚度為O. 546mm，其中，第一前基板131及第一后基板132的厚度均為O. 254mm, 多個第一人造微結(jié)構(gòu)12的厚度為O. 038mm。本實施例中，所述阻抗匹配層20包括至少一個阻抗匹配層片層21，所述阻抗匹配層片層21包括片狀的第二基材23以及設(shè)置在第二基材23上的多個第二人造微結(jié)構(gòu)(圖中未標(biāo)示)，優(yōu)選地，本實施例中，如圖4所示，所述第二基材23包括片狀的第二前基板231及第二后基板232，所述多個第二人造微結(jié)構(gòu)夾設(shè)在第二前基板231與第二二后基板232之間。優(yōu)選地，所述阻抗匹配層片層的厚度為O. 546_，其中，第二前基板及第二-后基板的厚度均為O254mm,多個第二人造微結(jié)構(gòu)的厚度為O. 038mm。
本實施例中，所述核心層片層的折射率分布滿足如下9個公式
n(d-(O；
Vseg = ss+λ XNUMseg(2)；
NUMseg - floor{生~—} (3 ); λ
D= Λ (4)； η — η max Iiun
dis = dl+d2(5)；
權(quán)利要求
1.一種偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線包括固定貼附在房屋南面墻壁上的超材料面板，所述超材料面板的下邊沿與饋源的上端處于同一水平，所述超材料面板包括一側(cè)表面靠墻設(shè)置的反射層以及設(shè)置在反射層另一側(cè)表面的核心層，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的第一基材以及設(shè)置在第一基材上的多個第一人造微結(jié)構(gòu)，所述核心層片層的折射率分布滿足如下公式其中，n(r)表示核心層片層上半徑為r處的折射率值，核心層片層的折射率分布圓心即為饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影； sx為饋源等效點到超材料面板的垂直距離；sy為饋源等效點到超材料面板下邊沿的距離，即圓心到超材料面板下邊沿的距離；L表不核心層片層的有效長度； nmax表示核心片層的折射率的最大值；Iimin表示核心片層的折射率的最小值； λ表示頻率為天線中心頻率的電磁波的波長；Y表示從特定衛(wèi)星發(fā)出的電磁波在超材料面板表面入射時與超材料面板法線所成的夾角；α為特定地區(qū)，特定衛(wèi)星的方位角； β為特定地區(qū)，特定衛(wèi)星的仰角； floor表示向下取整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述第一基材包括片狀的第一前基板及第一后基板，所述多個第一人造微結(jié)構(gòu)夾設(shè)在第一前基板與第一后基板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述核心層片層的厚度為O. 546mm,其中，第一前基板及第一后基板的厚度均為O. 254mm,多個第一人造微結(jié)構(gòu)的厚度為O. 038mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述核心層的厚度為D2，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述超材料面板還包括設(shè)置在核心層另一側(cè)表面的阻抗匹配層，所述阻抗匹配層包括至少一個阻抗匹配層片層， 所述阻抗匹配層片層包括片狀的第二基材以及設(shè)置在第二基材上的多個第二人造微結(jié)構(gòu)， 所述阻抗匹配層片層的折射率分布滿足如下公式■m—ini(r) = ^n-xn (r) m ;λ = (nmax-nmin) X (D1+2XD2)；其中，η,(Γ)表示阻抗匹配層片層上半徑為r處的折射率值，阻抗匹配層片層的折射率分布圓心即為饋源等效點在相應(yīng)的阻抗匹配層片層外側(cè)表面所在平面的投影；其中，i表示阻抗匹配層片層的編號，靠近饋源的阻抗匹配層片層的編號為m，由饋源向核心層方向，編號依次減小，靠近核心層的阻抗匹配層片層的編號為I ;上述的nmax、nfflin即為核心層片層的折射率的最大值、最小值；Dl為阻抗匹配層的厚度；D2為核心層的厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述第二基材包括片狀的第二前基板及第二后基板，所述多個第二人造微結(jié)構(gòu)夾設(shè)在第二前基板與第二后基板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述阻抗匹配層片層的厚度為O. 546mm，其中，第二前基板及第二后基板的厚度均為O. 254mm,多個第二人造微結(jié)構(gòu)的厚度為O. 038mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述超材料面板任一縱截面具有相同的形狀與面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述超材料面板的縱截面為方形，所述饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影距離超材料面板的下邊沿中點的距離為sy。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述超材料面板的縱截面為圓形或橢圓形，所述饋源等效點在超材料面板外側(cè)表面所在平面的投影距離超材料面板的下邊沿頂點的距離為sy。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述第一人造微結(jié)構(gòu)及第二人造微結(jié)構(gòu)均為由銅線或銀線構(gòu)成的金屬微結(jié)構(gòu)，所述金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法分別附著在第一基材及第二基材上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述金屬微結(jié)構(gòu)呈平面雪花狀，所述金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線與第二金屬線的長度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支， 所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長度相等。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的每個第一金屬分支及每個第二金屬分支的兩端還連接有完全相同的第三金屬分支，相應(yīng)的第三金屬分支的中點分別與第一金屬分支及第二金屬分支的端點相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，其特征在于，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線與第二金屬線均設(shè)置有兩個彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重入口 ο
15.一種衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，包括饋源、連接饋源的高頻頭及與高頻頭連接的衛(wèi)星接收機，其特征在于，所述衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)還包括如權(quán)利要求I至14任意一項所述的偏饋式衛(wèi)星電視天線，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線固定貼附在房屋南面墻壁上，所述饋源通過支桿固定在房屋豎直墻壁上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，其特征在于，所述饋源為雙圓極化波紋喇叭、左旋圓極化波紋喇叭或右旋圓極化波紋喇叭。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，其特征在于，所用高頻頭的輸入頻率為11. 7 12. 2GHz，輸出頻率為950 1450MHz。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，其特征在于，所用饋源三維可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏饋式衛(wèi)星電視天線，所述偏饋式衛(wèi)星電視天線包括固定貼附在房屋南面墻壁上的超材料面板，所述超材料面板的下邊沿與饋源的上端處于同一水平，所述超材料面板包括一側(cè)表面靠墻設(shè)置的反射層以及設(shè)置在反射層另一側(cè)表面的核心層，所述核心層包括至少一個核心層片層，所述核心層片層包括片狀的第一基材以及設(shè)置在第一基材上的多個第一人造微結(jié)構(gòu)，所述核心層片層的折射率分布通過特殊設(shè)計可以使得天線能夠接收到特定衛(wèi)星的電視信號。根據(jù)本發(fā)明的偏饋式衛(wèi)星電視天線，由片狀的超材料面板代替了傳統(tǒng)的拋物面天線，制造加工更加容易，成本更加低廉，且產(chǎn)品的一致性高。
文檔編號H01Q15/00GK102593591SQ20121005022
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 楊青 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司