專利名稱：一種超材料衛(wèi)星天線及衛(wèi)星接收系統(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(shuō)，涉及一種超材料衛(wèi)星天線及衛(wèi)星接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的衛(wèi)星天線，例如衛(wèi)星電視接收天線，通常采用傳統(tǒng)的反射面天線通常為拋物面天線，拋物面天線負(fù)責(zé)將接收到的信號(hào)反射到位于焦點(diǎn)處的信號(hào)接收器內(nèi)。接收從衛(wèi)星上傳來(lái)的電磁波信號(hào)時(shí)，平行的電磁波(由于衛(wèi)星與地球的距離相當(dāng) 遠(yuǎn)，其發(fā)出的電磁波在到達(dá)地面時(shí)可認(rèn)為是平面波)通過(guò)拋物面天線反射后，匯聚到信號(hào)接收器上。但是，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，且成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有的衛(wèi)星天線加工不易、成本高的缺陷，提供一種加工簡(jiǎn)單、制造成本低的超材料衛(wèi)星天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種超材料衛(wèi)星天線，所述超材料衛(wèi)星天線包括饋源以及固定在豎直墻壁上的超材料平板，所述超材料平板包括單層核心層及設(shè)置在核心層后表面的反射板，所述核心層包括基板及附著在基板前表面的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述基板后表面附著有所述反射板；所述反射板為網(wǎng)格狀反射板，其包括多片彼此相隔相同間隙的金屬片；所述單層核心層的折射率分布滿足如下公式n(x, y，0) = nmax -此 v^gment ；Vsegment = ss+A *num零nt ；numsegment _ floor ( ^ );
—入D —---；
nmax 一nmindis = CiJd2 ；di = Vx2 + (y - Ysource Y + Zsource 'd2 = sin y * (L/2-y)；ss = sin Y * (L/2-yvirtual) -cos y *zvirtual ；以上公式是在超材料平板上建立坐標(biāo)系，其中超材料平板中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)，衛(wèi)星在所述豎直墻壁上的投影點(diǎn)、超材料平板的中心點(diǎn)以及饋源在所述豎直墻壁上的投影點(diǎn)三點(diǎn)共線，所述三點(diǎn)的共線為y軸，且朝衛(wèi)星在所述豎直墻壁上的方向?yàn)檎?，垂直所述超材料平板為z軸，且朝墻壁面外為正；其中，n(x, y,0)表示核心層上任意一點(diǎn)的折射率值；L表示核心層被坐標(biāo)面loz所截的有效長(zhǎng)度；
n_表示核心層的折射率的最大值；Iiniin表示核心層的折射率的最小值；入表示衛(wèi)星電視天線接收的電磁波的波長(zhǎng)；y表示從特定衛(wèi)星發(fā)出的電磁波在超材料平板表面入射時(shí)與超材料平板法線所成的夾角；floor表示向下取整；(xsource, Ysource, Zsource)表示饋源等效點(diǎn)的坐標(biāo)；(xvirtual, yvirtual, Zvirtual)表示饋源等效點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)面xoy的對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)。進(jìn)一步地，所述超材料衛(wèi)星天線還包括覆蓋在人造微結(jié)構(gòu)上的保護(hù)膜。進(jìn)一步地，所述保護(hù)膜為PS塑料、PET塑料或HIPS塑料，所述保護(hù)膜的厚度為0.l-2mm。進(jìn)一步地，所述核心層的厚度為0. 11-2. 5mm，其中，基板的厚度為0. l_2mm，多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 01-0. 5mm。進(jìn)一步地，所述核心層的厚度為I. 036mm，其中，基板的厚度均為I. 018mm，多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。進(jìn)一步地，每一所述金屬片為正方形金屬片，其邊長(zhǎng)為18至20毫米；相鄰金屬片的間隙為0. 13至0. 18毫米。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)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)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(zhǎng)度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支的中點(diǎn)上，所述第二金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長(zhǎng)度相等。進(jìn)一步地，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的每個(gè)第一金屬分支及每個(gè)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(diǎn)分別與第一金屬分支及第二金屬分支的端點(diǎn)相連。進(jìn)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(gè)彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)繞第一金屬線與第二金屬線的交點(diǎn)在金屬微結(jié)構(gòu)所處平面內(nèi)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)明的超材料衛(wèi)星天線，通過(guò)精確設(shè)計(jì)核心層的折射率分布，使得從衛(wèi)星發(fā)射過(guò)來(lái)的電磁波經(jīng)過(guò)平板狀的超材料板響應(yīng)后匯聚于信號(hào)接收器；另外，由片狀的超材料平板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋物面天線，制造加工更加容易，成本更加低廉，另外依此設(shè)計(jì)的超材料平板整體厚度在毫米級(jí)別，相當(dāng)?shù)妮p薄。本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星接收系統(tǒng)，包括衛(wèi)星天線、連接信號(hào)接收器的衛(wèi)星接收機(jī)，所述衛(wèi)星天線為上述的超材料衛(wèi)星天線。


圖I是本發(fā)明的超材料衛(wèi)星天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的核心層的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的核心層其中一個(gè)超材料單元的示意圖；圖4是本發(fā)明的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖5是圖4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6是圖4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7是平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兊牡谝浑A段；圖8是平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兊牡诙A段；圖9為本發(fā)明的網(wǎng)格狀反射板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的超材料衛(wèi)星天線包括設(shè)置在饋源后方的超材料平板100，所述超材料平板100包括核心層10及設(shè)置在核心層后表面的網(wǎng)格狀反射板200，所述核心層10包括基板13及附著在基板13前表面的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)12，所述基板13后表面附著有所述網(wǎng)格狀反射板200，饋源為傳統(tǒng)的波紋喇叭，這個(gè)根據(jù)衛(wèi)星的電視信號(hào)的極化方式不同有不同的選擇，例如中星9號(hào)，其電視信號(hào)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。本發(fā)明中，所述超材料平板100任一縱截面具有相同的形狀與面積，此處的縱截面是指超材料平板中與超材料平板的中軸線垂直的剖面。所述超材料平板的縱截面為方形、圓形或橢圓形，優(yōu)選地，所述超材料平板的縱截面為方形，這樣得到的超材料平板容易加工，例如300X300mm或450X450mm的正方形，450X475mm的長(zhǎng)方形。圓形可以是直徑為250、300或450mm的圓形。本發(fā)明中，所述單層核心層的折射率分布滿足如下公式n(x, y，0) = Hmax _dis_v；^^ (I)；Vsegment = ss+ A *numseg_t ⑵；numsegment = floor ('ss) (3)；D = -\- (4)；
nmax 一nmindis = Cl^d2 (5)；di — ~+ (y _ Ysource ) + ^source (6);d2 = sin y * (L/2-y) (7)；ss = sin Y * (L/2-yvirtual) -cos y *zvirtual (8)；以上公式是在超材料平板上建立坐標(biāo)系，其中超材料平板中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)，衛(wèi)星在所述豎直墻壁上的投影點(diǎn)、超材料平板的中心點(diǎn)以及饋源在所述豎直墻壁上的投影點(diǎn)三點(diǎn)共線，所述三點(diǎn)的共線為y軸，且朝衛(wèi)星在所述豎直墻壁上的方向?yàn)檎?，垂直所述超材料平板為z軸，且朝墻壁面外為正；其中，n(x, y,0)表示核心層上任意一點(diǎn)的折射率值；L表示核心層被坐標(biāo)面yoz所截的有效長(zhǎng)度；n_表示核心層的折射率的最大值；Iiniin表示核心層的折射率的最小值；
入表示衛(wèi)星電視天線接收的電磁波的波長(zhǎng)；y表示從特定衛(wèi)星發(fā)出的電磁波在超材料平板表面入射時(shí)與超材料平板法線所成的夾角；floor表示向下取整；(xsource, Ysource, Zsource)表示饋源等效點(diǎn)的坐標(biāo)；(xvirtual, yvirtual, Zvirtual)表示饋源等效點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)面xoy的對(duì)稱點(diǎn)的坐標(biāo)。如圖2所示，為了清楚的顯示核心層中基板13與人造微結(jié)構(gòu)12的關(guān)系，人造微結(jié)構(gòu)12所在的層用剖面線表示，我們稱之為人造微結(jié)構(gòu)層120，人造微結(jié)構(gòu)層120即由基板上附著的所有人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
由公式(I)至公式(8)所確定的超材料平板，能夠使得天線接收到的平面波經(jīng)超材料平板后能夠在饋源等效點(diǎn)處發(fā)生匯聚。另外，本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述超材料衛(wèi)星天線還包括覆蓋在人造微結(jié)構(gòu)12上的保護(hù)膜，保護(hù)膜完全遮蓋人造微結(jié)構(gòu)層120，這樣可以對(duì)人造微結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，還可以加強(qiáng)超材料平板的機(jī)械性能。本發(fā)明中，所述保護(hù)膜可以是PS塑料(聚苯乙烯系塑料)、PET塑料(聚對(duì)苯二甲酸類塑料)或HIPS塑料(耐沖擊性聚苯乙烯)。本發(fā)明中，所述保護(hù)膜的厚度為0. l_2mm，具體厚度結(jié)合透波性能以及機(jī)械性能決定，例如可以是1mm。本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述核心層的厚度為0. 11-2. 5mm，其中，基板的厚度為0. l-2mm,多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 01-0. 5mm,即人造微結(jié)構(gòu)層的厚度為0. 01-0. 5mm。作為一個(gè)具體的例子，所述核心層的厚度為I. 036mm,其中,基板的厚度均為1.018mm,多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。本發(fā)明的超材料衛(wèi)星天線在作為發(fā)射天線使用時(shí)，即饋源作為輻射源，超材料平板的作用是將信號(hào)接收器發(fā)出的平面波經(jīng)超材料平板后以平面波的形式出射。本發(fā)明的超材料衛(wèi)星天線在作為接收天線使用時(shí)，即饋源作為集波器，超材料平板的作用是能夠使得天線接收到的平面波經(jīng)超材料平板后能夠在饋源等效點(diǎn)處發(fā)生匯聚。本發(fā)明中，所述人造微結(jié)構(gòu)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(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法分別附著在所述基板上。優(yōu)選地，所述人造微結(jié)構(gòu)為圖4所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)通過(guò)拓?fù)湫螤钛葑兊玫降亩鄠€(gè)不同的拓?fù)湫螤畹慕饘傥⒔Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，核心層可以通過(guò)如下方法得到，即在基板任意一個(gè)的表面上覆銅，再通過(guò)蝕刻的方法得到多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)(多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的形狀與其在基板上的排布事先通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真獲得)。將核心層、反射板壓合一體即得到本發(fā)明的超材料平板。本發(fā)明中，所述基板由陶瓷材料、聞分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等制得。高分子材料可選用的有F4B復(fù)合材料、FR-4復(fù)合材料、PS (聚苯乙烯)等。圖4所示為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖，所述的雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線Jl及第二金屬線J2，所述第一金屬線Jl與第二金屬線J2的長(zhǎng)度相同，所述第一金屬線Jl兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支F1，所述第一金屬線Jl兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支Fl的中點(diǎn)上，所述第二金屬線J2兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支F2，所述第二金屬線J2兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支F2的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支Fl與第二金屬分支F2的長(zhǎng)度相等。圖5是圖4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)。其在每個(gè)第一金屬分支Fl及每個(gè)第二金屬分支F2的兩端均連接有完全相同的第三金屬分支F3，并且相應(yīng)的第三金屬分支F3的中點(diǎn)分別與第一金屬分支Fl及第二金屬分支F2的端點(diǎn)相連。依此類推，本發(fā)明還可以衍生出其它形式的金屬微結(jié)構(gòu)。圖6是圖4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)，此種結(jié)構(gòu)的金屬微結(jié)構(gòu)，第一金屬線Jl與第二金屬線J2不是直線，而是彎折線，第一金屬線Jl與第二金屬線J2均設(shè)置有兩個(gè)彎折部WZ，但是第一金屬線Jl與第二金屬線J2仍然是垂直平分，通過(guò)設(shè)置彎折部的朝向與彎折部在第一金屬線與第二金屬線上的相對(duì)位置，使得圖7所示的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點(diǎn)的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原 圖重合。另外，還可以有其它變形，例如，第一金屬線Jl與第二金屬線J2均設(shè)置多個(gè)彎折部WZ。本發(fā)明中，所述核心層11可以劃分為陣列排布的多個(gè)如圖2所示的超材料單元D，每個(gè)超材料單元D包括基板單元U及附著在基板單元U上的人造微結(jié)構(gòu)12,通常超材料單元D的長(zhǎng)寬高均不大于五分之一波長(zhǎng)，優(yōu)選為十分之一波長(zhǎng)，因此，根據(jù)天線的工作頻率可以確定超材料單元D的尺寸。如圖2所示，所述人造微結(jié)構(gòu)附著在基板單元U的SR表面。已知折射率n=V^，其中U為相對(duì)磁導(dǎo)率，e為相對(duì)介電常數(shù)，U與e合稱為電磁參數(shù)。實(shí)驗(yàn)證明，電磁波通過(guò)折射率非均勻的介質(zhì)材料時(shí)，會(huì)向折射率大的方向偏折。在相對(duì)磁導(dǎo)率一定的情況下(通常接近I)，折射率只與介電常數(shù)有關(guān)，在基板選定的情況下，利用只對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)的人造微結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)超材料單元折射率的任意值(在一定范圍內(nèi))，在該天線中心頻率下，利用仿真軟件，如CST、MATLAB, COMSOL等，通過(guò)仿真獲得某一特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)(如圖4所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu))的介電常數(shù)隨著拓?fù)湫螤畹淖兓凵渎首兓那闆r，即可列出一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，即可設(shè)計(jì)出我們需要的特定折射率分布的核心層10。本發(fā)明中，核心層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真(CST仿真)得到，具體如下(I)確定金屬微結(jié)構(gòu)的附著基板。例如介電常數(shù)為2. 7的介質(zhì)基板,介質(zhì)基板的材料可以是FR-4、F4b或PS。(2)確定超材料單元的尺寸。超材料單元的尺寸的尺寸由天線的中心頻率得到，利用頻率得到其波長(zhǎng)，再取小于波長(zhǎng)的五分之一的一個(gè)數(shù)值做為超材料單元D的長(zhǎng)度CD與寬度KD。例如，對(duì)應(yīng)于11. 95G的中心頻率，所述超材料單元D可以為如圖2所示的長(zhǎng)CD與寬KD均為2. 8mm、厚度HD為I. 036mm的方形小板。(3)確定金屬微結(jié)構(gòu)的材料及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，金屬微結(jié)構(gòu)的材料為銅，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為圖4所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)，其線寬W各處一致；此處的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是指拓?fù)湫螤钛葑兊幕拘螤睢?4)確定金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)。如圖4所示，本發(fā)明中，平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)包括金屬微結(jié)構(gòu)的線寬W，第一金屬線Jl的長(zhǎng)度a，第一金屬分支Fl的長(zhǎng)度b。(5)確定金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兿拗茥l件。本發(fā)明中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兿拗茥l件有，金屬微結(jié)構(gòu)之間的最小間距WL(即如圖4所示，金屬微結(jié)構(gòu)與超材料單元的長(zhǎng)邊或?qū)掃叺木嚯x為WL/2)，金屬微結(jié)構(gòu)的線寬W，超材料單元的尺寸；由于加工工藝限制，WL大于等于O. Imm,同樣，線寬W也是要大于等于O. 1mm。第一次仿真時(shí)，WL可以取O. 1mm，W可以取O. 3臟，超材料單元的尺寸為長(zhǎng)與寬為2. 8mm，厚度為I. 018mm，此時(shí)金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)只有a和b兩個(gè)變量。金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤钔ㄟ^(guò)如圖7至圖8所示的演變方式，對(duì)應(yīng)于某一特定頻率(例如11. 95GHZ)，可以得到一個(gè)連續(xù)的折射率變化范圍。
具體地，所述金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑儼▋蓚€(gè)階段(拓?fù)湫螤钛葑兊幕拘螤顬閳D4所示的金屬微結(jié)構(gòu))第一階段根據(jù)演變限制條件，在b值保持不變的情況下，將a值從最小值變化到最大值，此演變過(guò)程中的金屬微結(jié)構(gòu)均為“十”字形(a取最小值時(shí)除外)。本實(shí)施例中，a的最小值即為O. 3mm(線寬W)，a的最大值為(⑶-WL)。因此，在第一階段中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑內(nèi)鐖D7所示，即從邊長(zhǎng)為W的正方形JX1，逐漸演變成最大的“十”字形拓?fù)湫螤頙Dl。在第一階段中，隨著金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑?，與其對(duì)應(yīng)的超材料單元的折射率連續(xù)增大(對(duì)應(yīng)天線一特定頻率)。第二階段根據(jù)演變限制條件，當(dāng)a增加到最大值時(shí)，a保持不變；此時(shí)，將b從最小值連續(xù)增加到最大值，此演變過(guò)程中的金屬微結(jié)構(gòu)均為平面雪花狀。本實(shí)施例中，b的最小值即為O. 3mm, b的最大值為(⑶-WL-2W)。因此，在第二階段中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑內(nèi)鐖D8所示，即從最大的“十”字形拓?fù)湫螤頙D1，逐漸演變成最大的平面雪花狀的拓?fù)湫螤頙D2，此處的最大的平面雪花狀的拓?fù)湫螤頙D2是指，第一金屬分支Jl與第二金屬分支J2的長(zhǎng)度b已經(jīng)不能再伸長(zhǎng)，否則第一金屬分支與第二金屬分支將發(fā)生相交。在第二階段中，隨著金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑?，與其對(duì)應(yīng)的超材料單元的折射率連續(xù)增大(對(duì)應(yīng)天線一特定頻率)。通過(guò)上述演變得到超材料單元的折射率變化范圍如果包含了 nmin至nmax的連續(xù)變化范圍，則滿足設(shè)計(jì)需要。如果上述演變得到超材料單元的折射率變化范圍不滿足設(shè)計(jì)需要，例如最大值太小或最小值過(guò)大，則變動(dòng)WL與W，重新仿真，直到得到我們需要的折射率變化范圍。根據(jù)公式(I)至(8)，將仿真得到的一系列的超材料單元按照其對(duì)應(yīng)的折射率排布以后(實(shí)際上就是不同拓?fù)湫螤畹亩鄠€(gè)人造微結(jié)構(gòu)在基板上的排布)，即能得到本發(fā)明的核心層。在制備得到核心層后，本發(fā)明的反射板200不采用常規(guī)的具有光滑表面的純鋁板或純銅板等，也不是將金屬涂層直接涂覆于核心層表面實(shí)現(xiàn)反射電磁波的效果。本發(fā)明采用網(wǎng)格狀的反射板200，其結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。當(dāng)采用具有光滑表面的純銅板或純鋁板等制備得到反射板時(shí)，由于其厚度較薄，一般為O. 01至O. 03毫米，相對(duì)其厚度，其長(zhǎng)寬較長(zhǎng)，在制備和應(yīng)用時(shí)容易因?yàn)閼?yīng)力的作用發(fā)生翹曲，一方面降低了產(chǎn)品制備過(guò)程中的良率，造成大量浪費(fèi)，另一方面也增大了產(chǎn)品使用后的維護(hù)成本。當(dāng)采用網(wǎng)格狀的反射板200后，其由多片相互之間間隔相同間隙的金屬片2000構(gòu)成,每一金屬片2000的長(zhǎng)寬值和厚度值的差異減小，從而產(chǎn)品的應(yīng)力不會(huì)將每一金屬片2000翹曲。然而由于各金屬片2000之間具有縫隙2001，如果縫隙2001的寬度過(guò)寬會(huì)使得電磁波被網(wǎng)格狀反射板200反射時(shí)產(chǎn)生柵瓣效應(yīng)，給天線性能帶來(lái)影響，而如果縫隙2001的寬度過(guò)窄則會(huì)使得每一金屬片2000的長(zhǎng)寬值與厚度值的差異增大，不利于應(yīng)力的釋放。本發(fā)明網(wǎng)格狀的反射板200中各金屬片2000為正方形金屬片，其邊長(zhǎng)為18至20毫米，相鄰金屬片2000的間隙為O. 13至O. 18毫米，金屬片2000的厚度為O. 01至O. 5毫米。在上述取值范圍內(nèi)，反射板200 —方面不會(huì)因?yàn)閼?yīng)力過(guò)大造成其邊界翹曲現(xiàn)象的發(fā)生，另一方面也有效的避免了柵瓣效應(yīng)的產(chǎn)生，能增強(qiáng)天線性能，提高天線制備過(guò)程中的良率。以上描述的所述超材料衛(wèi)星天線根據(jù)工作頻段與使用環(huán)境的不同，可以是衛(wèi)星電視接收天線、衛(wèi)星通信天線(雙向通信)、微波天線或者雷達(dá)天線。當(dāng)然，本發(fā)明的所述超材料衛(wèi)星天線還可以替代其它各種反射面天線。另外，本發(fā)明還提供本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星接收系統(tǒng)，包括衛(wèi)星天線、信號(hào)接收器、連接信號(hào)接收器的衛(wèi)星接收機(jī)，所述衛(wèi)星天線為本發(fā)明上述的超材料衛(wèi)星天線。本發(fā)明中，所述信號(hào)接收器為傳統(tǒng)的波紋喇叭。衛(wèi)星接收機(jī)例如可以采用同洲電子的N6188，用于接收中星9號(hào)的衛(wèi)星電視信號(hào)，其為現(xiàn)有的技術(shù)，此處不再述說(shuō)。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述超材料衛(wèi)星天線包括饋源以及固定在豎直墻壁上的超材料平板，所述超材料平板包括單層核心層及設(shè)置在核心層后表面的反射板，所述核心層包括基板及附著在基板前表面的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述基板后表面附著有所述反射板；所述反射板為網(wǎng)格狀反射板，其包括多片彼此相隔相同間隙的金屬片；所述單層核心層的折射率分布滿足如下公式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述超材料衛(wèi)星天線還包括覆蓋在人造微結(jié)構(gòu)上的保護(hù)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述保護(hù)膜為PS塑料、PET塑料或HIPS塑料，所述保護(hù)膜的厚度為0. l-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述核心層的厚度為0.11-2. 5mm,其中，基板的厚度為0.多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 01-0. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述核心層的厚度為1.036mm,其中，基板的厚度均為I. 018mm,多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，每一所述金屬片為正方形金屬片，其邊長(zhǎng)為18至20毫米；相鄰金屬片的間隙為0. 13至0. 18毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)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)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(zhǎng)度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個(gè)第一金屬分支的中點(diǎn)上，所述第二金屬線兩端連接有相同長(zhǎng)度的兩個(gè)第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個(gè)第二金屬分支的中點(diǎn)上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長(zhǎng)度相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料衛(wèi)星天線，其特征在于，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的每個(gè)第一金屬分支及每個(gè)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(diǎn)分別與第一金屬分支及第二金屬分支的端點(diǎn)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料衛(wèi)星天線，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(gè)彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)繞第一金屬線與第二金屬線的交點(diǎn)在金屬微結(jié)構(gòu)所處平面內(nèi)向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重合。
10.一種衛(wèi)星接收系統(tǒng)，包括衛(wèi)星天線、連接信號(hào)接收器的衛(wèi)星接收機(jī)，其特征在于，所述衛(wèi)星天線為權(quán)利要求I至9任意一項(xiàng)所述的超材料衛(wèi)星天線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超材料衛(wèi)星天線，所述超材料衛(wèi)星天線包括饋源以及固定在豎直墻壁上的超材料平板，所述超材料平板包括單層核心層及設(shè)置在核心層后表面的反射板，所述核心層包括基板及附著在基板前表面的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)，所述基板后表面附著有所述反射板，并且，由片狀的超材料平板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋物面天線，制造加工更加容易，成本更加低廉，另外依此設(shè)計(jì)的超材料平板整體厚度在毫米級(jí)別，相當(dāng)?shù)妮p薄。本發(fā)明還提供了一種衛(wèi)星接收系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01Q19/10GK102683889SQ20121013288
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 李星昆, 楊青, 殷俊 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司