超材料及天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超材料及天線，包括至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構對應不同的極化方向，分別用于接收衛(wèi)星信號與發(fā)射衛(wèi)星信號。本發(fā)明解決了相關技術中單個平板在接收與發(fā)射頻段對不同垂直化電磁波調(diào)制的問題，從而具有性能較高、損耗較少的有益效果。
【專利說明】超材料及天線

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領域，具體而言，涉及一種超材料及天線。

【背景技術】
[0002]平板衛(wèi)星通信天線是由天線面、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機等組成。天線面負責將衛(wèi)星信號反射到饋源內(nèi)。饋源通常是一個用于收集衛(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(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)。高頻頭的工作流程是先將衛(wèi)星高頻信號放大至數(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，以供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。
[0003]相關技術中，譬如在反射陣列天線的設計過程中，考慮到衛(wèi)星信號上行與下行的頻率范圍和極化方式存在差異，需要設計具有不同特性的功能單元分別針對上行與下行電磁波的調(diào)制。一種方案是在一層板面上交錯排列兩種不同設計的功能單元，以實現(xiàn)對兩個頻段的電磁波起到調(diào)制作用。另一種方案則是在不同的板面上周期排布后將帶有不同設計功能單元的多層板壓合，以實現(xiàn)對兩個頻段的電磁波起到調(diào)制作用。然而，通過在同一層板面上進行交錯排列兩種或以上不同設計的功能單元以實現(xiàn)對不同頻段的電磁波進行調(diào)制，會導致所設計器件有效利用面積變小，性能下降；通過在不同板面上做不同結(jié)構，然后通過多層壓合后實現(xiàn)對不同頻段的電磁波進行調(diào)制，則其厚度和重量會大大增加，同時多層板壓合帶來了額外的板層結(jié)合、損耗增加等問題。
[0004]針對相關技術中的單個平板在接收與發(fā)射頻段對不同垂直化電磁波調(diào)制的等問題，目前尚未提出有效的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種超材料及天線，以至少解決上述問題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種超材料，包括至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構對應不同的極化方向，分別用于接收衛(wèi)星信號與發(fā)射衛(wèi)星信號。
[0007]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在同一平面。
[0008]優(yōu)選地，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構是以下形狀中的至少一種:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套開口十字型、嵌套開口環(huán)形、以及嵌套開口框形。
[0009]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在不同平面，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構之間層疊排布。
[0010]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構絕緣連接。
[0011]優(yōu)選地，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構是以下形狀中的至少一種:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套十字型、嵌套環(huán)形、嵌套框形、以及四邊形。
[0012]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別對應水平極化方向與垂直極化方向。
[0013]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響小于第一預定閾值。
[0014]優(yōu)選地，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響包括以下至少之一:所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效回路之間的相互影響；所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效電容之間的相互影響。
[0015]優(yōu)選地，所述導電幾何結(jié)構是由導電材料制成的具有幾何圖形的平面和/或立體結(jié)構。
[0016]優(yōu)選地，不同形狀、相同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布；或者相同形狀、不同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布；或者不同形狀、不同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種天線，所述天線包括天線面，所述天線面包括上述超材料。
[0018]優(yōu)選地，所述天線面能夠以所述天線面的法向為軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)用于進行極化對準。
[0019]優(yōu)選地，所述天線還包括伺服板，所述天線面通過所述天線面的旋轉(zhuǎn)軸套接在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸上進行旋轉(zhuǎn)。
[0020]優(yōu)選地，所述伺服板還包括旋轉(zhuǎn)關節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)關節(jié)設置在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸之上，用于增大所述伺服板支撐所述天線面的支撐面積。
[0021]優(yōu)選地，所述天線設置于飛行器、機動車、地面固定裝置或船的通信設備上。
[0022]本發(fā)明通過采用以下技術手段:超材料包括至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構，兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別對應不同的極化方向，解決了相關技術中單個平板在接收與發(fā)射頻段對不同垂直化電磁波調(diào)制的問題，從而具有性能較高、損耗較少的有益效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的平板衛(wèi)星通信天線匯聚電磁波的示意圖；
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的核心層片層的結(jié)構示意圖；
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的阻抗匹配層片層的結(jié)構示意圖；
[0027]圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施例的嵌套開口十字框形導電幾何結(jié)構的示意圖；
[0028]圖3b是根據(jù)本發(fā)明實施例的嵌套開口框形導電幾何結(jié)構的示意圖；
[0029]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻段疊加型導電幾何結(jié)構的結(jié)構示意圖；
[0030]圖4a是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直方向?qū)щ妿缀谓Y(jié)構的結(jié)構示意圖；
[0031]圖4b是根據(jù)本發(fā)明實施例的水平方向?qū)щ妿缀谓Y(jié)構的結(jié)構示意圖；
[0032]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構一的結(jié)構示意圖；
[0033]圖5a是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構一在垂直極化時的響應情況示意圖；
[0034]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構二的結(jié)構示意圖；
[0035]圖6a是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構二在垂直極化時的響應情況示意圖；
[0036]圖6b是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構二的電磁波相位調(diào)制能力仿真圖；
[0037]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構三的結(jié)構示意圖；
[0038]圖7a是根據(jù)本實施例的衍生導電幾何結(jié)構三在垂直極化時的響應情況示意圖；
[0039]圖8a是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直工字型結(jié)構生長參數(shù)S最小時形狀的示意圖；
[0040]圖Sb是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直工字型結(jié)構生長參數(shù)S最大時形狀的示意圖；
[0041]圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直工字型結(jié)構垂直極化時生長參數(shù)S改變時相位改變能力變化的仿真圖；
[0042]圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直工字型結(jié)構水平極化時生長參數(shù)S改變時相位改變能力變化的仿真圖；
[0043]圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的重疊工字結(jié)構的導電幾何結(jié)構垂直導電幾何結(jié)構的示意圖；
[0044]圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的重疊工字結(jié)構的導電幾何結(jié)構水平導電幾何結(jié)構的示意圖；
[0045]圖13是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直導電幾何結(jié)構和水平導電幾何結(jié)構重疊后構成的導電幾何結(jié)構的仿真圖；
[0046]其中，各附圖標記代表:10、饋源；20、天線面；30、旋轉(zhuǎn)裝置；22、核心層；24、反射層；26、阻抗匹配層；222、核心層片層；262、阻抗匹配層片層；50、第一基材；52、第一前基板；54、第一后基板；60、第二基材；62、第二前基板；64、第二后基板；40、第一金屬線；42、第二金屬線；44、第三金屬線；46、第四金屬線；48、第五金屬線；49、第六金屬線；56、分支結(jié)構；66、第一子結(jié)構；68、第二子結(jié)構。

【具體實施方式】
[0047]下文中將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0048]本發(fā)明實施例提供了一種超材料，該超材料包括至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構，所述互相垂直的兩組導電幾何結(jié)構分別對應不同的極化方向，一組用于接收衛(wèi)星信號，另一組用于發(fā)射衛(wèi)星信號。至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在同一平面時，兩組導電幾何結(jié)構之間至少有一個交叉點，至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構附著在同一基材或者同一平面不同基材拼接的基板上。當兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在不同一平面時，兩組相互垂直的導電幾何機構附著在不同平面的基材上，不同平面的導電幾何結(jié)構之間通過泡沫、蜂窩、介質(zhì)基板等材料絕緣連接。
[0049]通過上述結(jié)構，可以解決相關技術中單個平板在接收與發(fā)射頻段對不同垂直化電磁波調(diào)制的問題，從而具有性能較高、損耗較少的有益效果。
[0050]其中，所述兩組導電幾何結(jié)構可以分別對應不同的極化方向。優(yōu)選地，可以是所述兩組導電幾何結(jié)構分別對應水平極化方向與垂直極化方向，分別用于接收衛(wèi)星信號與發(fā)射衛(wèi)星信號，如對衛(wèi)星信號進行響應。通過上述結(jié)構，可以使得兩組導電幾何結(jié)構在調(diào)制電磁波時互相之間的極化影響較小。
[0051]其中，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響小于第一預定閾值。所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響包括以下至少之一:所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效回路之間的相互影響；所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效電容之間的相互影響。其中，所述第一預定閾值是預先設定的數(shù)值，當所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效回路或者有效電容之間的相互影響小于所述第一預定閾值時，表示所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響較小。
[0052]其中，所述導電幾何結(jié)構的形狀可以有很多種，優(yōu)選地，所述導電幾何結(jié)構是由導電材料制成的具有幾何圖形的平面或立體結(jié)構。通過上述結(jié)構，所述導電幾何結(jié)構可以更容易地附著在所述基材上。
[0053]其中，所述導電幾何結(jié)構可以僅包括主體結(jié)構，優(yōu)選地，所述導電幾何結(jié)構可以包括主體結(jié)構和分支結(jié)構。所述主體結(jié)構可以是以下至少之一:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套十字型、嵌套環(huán)形、嵌套框形、以及四邊形。
[0054]通過上述結(jié)構，可以確保所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互間的參數(shù)無關聯(lián)。
[0055]其中，所述導電幾何結(jié)構的排布依據(jù)可以有很多種，優(yōu)先地，可以根據(jù)以下至少之一確定所述導電幾何結(jié)構組在基材上的排布:饋源參數(shù)、饋源位置、波束發(fā)射、接收方向。其中，不同形狀、相同大小的導電幾何結(jié)構可以交錯排布；或者相同形狀、不同大小的導電幾何結(jié)構交錯排布；或者不同形狀、不同大小的導電幾何結(jié)構交錯排布。
[0056]其中，所述天線可以設置于飛行器、機動車、地面固定裝置或船的通信設備上。當然，所述天線還可以設置在其他可以接收衛(wèi)星信號的設備上。
[0057]本發(fā)明實施例提供了一種平板衛(wèi)星通信天線，如圖1至3所示，該天線包括饋源10、天線面20、旋轉(zhuǎn)裝置30，其中，天線面20包括核心層22、反射層24、阻抗匹配層26，而核心層22又包括核心層片層222，阻抗匹配層26又包括阻抗匹配層片層262。下面，將詳細闡述該天線的具體結(jié)構。
[0058]圖1是本發(fā)明實施例提供的平板衛(wèi)星通信天線匯聚電磁波的示意圖，如圖1所示，天線面20平鋪于X-Z平面，Y軸垂直于天線面20。為了實現(xiàn)極化對準，天線整體除了現(xiàn)有的方位、俯仰伺服以外，還可以通過旋轉(zhuǎn)裝置30以Y軸為轉(zhuǎn)動軸進行天線面20的旋轉(zhuǎn)，饋源10將保持與天線面20的相對位置進行相同方式的移動。
[0059]饋源10為傳統(tǒng)的波紋喇叭，其中軸線Π與天線面20的中軸線Z2具有一定的夾角，即圖1中的中軸線Π與直線Z3的夾角，其中，Z3為Π的平行線。饋源10不在天線面20的中軸線Z2上，從而實現(xiàn)了天線的偏饋。
[0060]天線面20包括核心層22、反射層24、阻抗匹配層26。其中，反射層24設置在核心層22的一側(cè)表面上，阻抗匹配層26設置在核心層22的另一側(cè)表面上。
[0061]核心層22可以包括一個核心層片層222，也可以包括厚度相同且折射率分布相同的多個核心層片層222。圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的核心層片層的結(jié)構示意圖，如圖2所不，核心層片層222包括片狀的第一基材50以及設置在第一基材50上的多個第一導電幾何結(jié)構。所述第一基材50包括片狀的第一前基板52及第一后基板54，第一導電幾何結(jié)構夾設在第一前基板52與第一后基板54之間。在本實施例中，核心層片層222的厚度可以為0.5-2mm,第一前基板52的厚度可以為0.第一后基板54的厚度可以為0.5-lmm,
第一導電幾何結(jié)構的厚度為0.01-0.5mm。優(yōu)選地，核心層片層222的厚度為1.018mm，第一前基板52及第一后基板54的厚度可以為0.5_，第一導電幾何結(jié)構的厚度為0.018_。
[0062]反射層24可以是具有光滑表面的金屬反射板，例如可以是拋光的銅板、鋁板或鐵板等，也可是電導體的反射面，當然也可以是金屬涂層，例如銅涂層。
[0063]阻抗匹配層26可以包括一個阻抗匹配層片層262或厚度相同的多個阻抗匹配層片層262。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的阻抗匹配層片層的結(jié)構示意圖，如圖3所示，所述阻抗匹配層片層262包括片狀的第二基材60以及設置在第二基材60上的多個第二導電幾何結(jié)構。其中，第二基材60包括片狀的第二前基板62及第二后基板64，第二導電幾何結(jié)構夾設在第二前基板62與第二后基板64之間。
[0064]本實施例中，第一基材50、第二基材60可以由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等制得。其中，高分子材料可以選用的有F4B復合材料、FR-4復合材料等。
[0065]本實施例中，核心層片層222可以通過如下方法得到，即在第一前基板52與第一后基板54的任意一個的表面上覆銅，再通過蝕刻的方法得到多個第一導電幾何結(jié)構，其中，多個第一導電幾何結(jié)構的形狀與排布事先通過計算機仿真獲得，最后將第一前基板52與第一后基板54分別壓合在一起，即得到核心層片層222。壓合的方法可以是直接熱壓，也可以是利用熱熔膠連接，當然也可是其它機械式的連接，例如螺栓連接。同理，阻抗匹配層26也可以利用相同的方法得到:將多個阻抗匹配層片層262壓合一體，即形成了本發(fā)明實施例的阻抗匹配層26。將核心層22、阻抗匹配層26、反射層24壓合一體即得到天線面20。
[0066]其中，旋轉(zhuǎn)裝置30可以由伺服板，天線面的旋轉(zhuǎn)軸組成，其中，所述天線面通過所述天線面的旋轉(zhuǎn)軸套接在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸上進行旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述伺服板還包括旋轉(zhuǎn)關節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)關節(jié)設置在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸之上，用于增大所述伺服板支撐所述天線面的支撐面積。
[0067]本實施例中，核心層片層222相當于超材料片層。
[0068]圖3a是根據(jù)本發(fā)明實施例的嵌套開口十字框形導電幾何結(jié)構的示意圖，如圖3a所示，該導電幾何結(jié)構包括:第一子結(jié)構66和第二子結(jié)構68，第一子結(jié)構66是十字框形結(jié)構，第二子結(jié)構68嵌套于第一子結(jié)構66外，即第二子結(jié)構68包圍在第一子結(jié)構66的外側(cè)，第二子結(jié)構68的形狀與第一子結(jié)構66的形狀相應。在第一子結(jié)構66和第二子結(jié)構68組成的嵌套十字框形結(jié)構上的垂直方向的中心位置開有一個長方形或長方體的口，形成嵌套的開口十字框形結(jié)構。開口的位置也可以是是在嵌套十字框形的水平方向的中心位置上。當然，在其他的實施例中，也可以不在中心位置上。
[0069]第一子結(jié)構66、第二子結(jié)構68的十字框形結(jié)構由多根金屬線組成，上述金屬線的線長、線寬、線的間距等參數(shù)都可以調(diào)整，其中，線長也可以稱為導電幾何結(jié)構的生長參數(shù)調(diào)整導電幾何結(jié)構的生長參數(shù)、線寬、間距等參數(shù)可以使單個導電幾何結(jié)構對電磁波的相位調(diào)制能力在指定頻率范圍內(nèi)發(fā)生變化。
[0070]圖3b是根據(jù)本發(fā)明實施例的方框嵌套導電幾何結(jié)構的示意圖，本實施例中，元胞尺寸為12mm，如圖3b所示，該導電幾何結(jié)構包括第一子結(jié)構66和第二子結(jié)構68，第一子結(jié)構66是方形結(jié)構，第二子結(jié)構68嵌套于第一子結(jié)構66外，即第二子結(jié)構68包圍在第一子結(jié)構66的外側(cè)，第二子結(jié)構68的形狀與第一子結(jié)構66的形狀相應，也就是說，第二子結(jié)構68也是方形結(jié)構，但其中心是方形鏤空的，第一子結(jié)構66可以設置在第二子結(jié)構68的方形鏤空處。第一子結(jié)構66和第二子結(jié)構68之間存在空隙。在第一子結(jié)構66和第二子結(jié)構68組成的嵌套方形結(jié)構上的水平方向的中心位置開有一個長方形或長方體的口，形成嵌套的開口方形結(jié)構。開口的位置也可以是是在嵌套方形的垂直方向的中心位置上。當然，在其他的實施例中，也可以不在中心位置上。
[0071]第一子結(jié)構66的方形結(jié)構由方形金屬片組成，第二子結(jié)構68也是由四根金屬線組成的方形。上述金屬片或金屬線的線長、線寬、間距等參數(shù)都可以調(diào)整，其中，線長也可以稱為導電幾何結(jié)構的生長參數(shù)。調(diào)整導電幾何結(jié)構的生長參數(shù)、線寬、間距等參數(shù)可以使單個導電幾何結(jié)構對電磁波的相位調(diào)制能力在指定頻率范圍內(nèi)發(fā)生變化。
[0072]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的雙頻段疊加型導電幾何結(jié)構的結(jié)構示意圖，如圖4所示，該導電幾何結(jié)構組由水平和垂直的兩個導電幾何結(jié)構構成，上述兩個導電幾何結(jié)構分別對兩個頻段的不同線極化信號進行響應。圖4a是根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直方向?qū)щ妿缀谓Y(jié)構的結(jié)構示意圖，圖4b是根據(jù)本發(fā)明實施例的水平方向?qū)щ妿缀谓Y(jié)構的結(jié)構示意圖，如圖4、4a、4b所不,垂直方向的導電幾何結(jié)構包括第一金屬線40,第二金屬線42以及連接第一金屬線40和第二金屬線42的第三金屬線44，上述三條金屬線構成導電幾何結(jié)構的主體，該主體可以是工字型結(jié)構。水平方向的導電幾何結(jié)構包括第四金屬線46，第五金屬線48以及連接第四金屬線46和第五金屬線48的第六金屬線49，上述三條金屬線構成水平方向的導電幾何結(jié)構的主體，該主體可以是工字型結(jié)構。垂直方向的導電幾何結(jié)構與水平方向的導電幾何結(jié)構相互垂直，僅有一個交叉點。
[0073]其中，垂直方向的導電幾何結(jié)構的第一金屬線40、第二金屬線42的長度和水平方向的導電幾何結(jié)構的第四金屬線46、第五金屬線48的長度可以相同，此時，垂直方向的導電幾何結(jié)構和水平方向的導電幾何結(jié)構是互相對稱的工字型結(jié)構。當然，垂直方向的導電幾何結(jié)構的第一金屬線40、第二金屬線42與水平方向的導電幾何結(jié)構的第四金屬線46、第五金屬線48的長度也可以不相同，此時，垂直方向的導電幾何結(jié)構和水平方向的導電幾何結(jié)構是非對稱的工字型結(jié)構。
[0074]上述垂直方向的導電幾何結(jié)構和水平方向的導電幾何結(jié)構使用確定尺寸元胞，并基于該元胞分別對上述兩個導電幾何結(jié)構進行設計，以確保兩個導電幾何結(jié)構分別在指定的兩個頻段對指定的極化信號進行指定的響應。關于導電幾何結(jié)構的設計，在下文會有詳細地闡述，此處不再贅述。
[0075]上述導電幾何結(jié)構可以通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法分別附著實施例二中的第一基材50、第二基材60上。上述導電幾何結(jié)構可以為單層導電幾何結(jié)構，由導電材料構成，所述導電材料為金屬或非金屬導電材料。
[0076]在本實施例中，導電幾何結(jié)構在指定頻率下僅需要對相應的參數(shù)進行適當調(diào)節(jié)即可。
[0077]下面將闡述導電幾何結(jié)構的原理。根據(jù)導電幾何結(jié)構對電磁波的響應原理和現(xiàn)象，可以將導電幾何結(jié)構體系近似的類比為具有一定結(jié)構的LC振蕩電路。因此，水平和垂直兩組工字形的導電幾何結(jié)構可分別被視為兩組獨立的LC振蕩電路。由于兩者有且僅有一個交點，無互相平行且接近的臂狀結(jié)構，因此兩個電路間無法構成有效的回路或電容相互作用。在此基礎上可以預測水平方向和垂直方向兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在疊加后不會產(chǎn)生相互的影響，始終將保持其尚未疊加前獨立的電磁響應特性，即垂直方向的導電幾何結(jié)構僅對垂直極化響應、水平方向的導電幾何結(jié)構僅對水平極化響應，且其調(diào)制能力隨參數(shù)的改變情形不會因疊加而發(fā)生改變。
[0078]本發(fā)明實施例，利用所設計的單個雙頻段疊加型導電幾何結(jié)構實現(xiàn)對兩個頻段極化方式相互垂直的線極化電磁波進行調(diào)制，從而實現(xiàn)衛(wèi)星信號的接收和發(fā)射。該天線所使用的導電幾何結(jié)構由兩組互相垂直且僅有一個交點的工字型導電幾何結(jié)構組成，上述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別對應不同的頻率和極化方向，且相互間的參數(shù)無相互關聯(lián)。上述導電幾何結(jié)構可以應用到平板衛(wèi)星通信天線上，此類平板衛(wèi)星通信天線將根據(jù)實際信號情況依靠旋轉(zhuǎn)天線面進行極化對準，其旋轉(zhuǎn)軸為平行于天線面法向軸的任意直線。
[0079]導電幾何結(jié)構對電磁波的調(diào)制能力是普遍存在的，因此，該導電幾何結(jié)構可用于所有與電磁波調(diào)制相關的產(chǎn)品中，不僅僅限于平板天線。當然，優(yōu)選地，是應用在超材料平板衛(wèi)星通信天線上。
[0080]基于上文所述的導電幾何結(jié)構疊加時所適用的原理，此類對互相垂直的極化信號作分別響應的導電幾何結(jié)構可以有多種變化形式，只要滿足以下衍生條件即可:
[0081]所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構之間的相互影響小于第一預定閾值，其中，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構之間的相互影響包括以下至少之一:所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構構成的有效回路之間的相互作用；所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構構成的有效電容之間的相互作用。
[0082]優(yōu)選地，該衍生條件可以是:至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互重疊，所述至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構有且僅有一個交點，無互相平行且接近的臂狀結(jié)構，進而保證所述至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構彼此之間不會產(chǎn)生相互影響。
[0083]更優(yōu)選地，該衍生條件還可以是:兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構，有且僅有一個交點，并且所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構沒有互相平行且接近的臂狀結(jié)構。
[0084]根據(jù)上述衍生條件衍生出的導電幾何結(jié)構在疊加后不會產(chǎn)生相互的影響，將始終保持其尚未疊加前獨立的電磁響應特性。具體地說，如果兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構是兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構，那么疊加后，水平方向的導電幾何結(jié)構和垂直方向的導電幾何結(jié)構不會產(chǎn)生相互的影響，即垂直方向的導電幾何結(jié)構僅對垂直極化響應、水平方向的導電幾何結(jié)構僅對水平極化響應，且其調(diào)制能力隨參數(shù)的改變情形不會因疊加而發(fā)生改變。
[0085]圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構一的結(jié)構示意圖，如圖5所示，該結(jié)構包括一個水平方向的導電幾何結(jié)構和一個垂直方向的導電幾何結(jié)構，二者互相垂直，僅有一個交叉點。每一個導電幾何結(jié)構都包括工字型的主體和至少一個分支結(jié)構。
[0086]本實施例中的導電幾何結(jié)構是在實施例三中的導電幾何結(jié)構的基礎上衍生出來的。實施例三中的導電幾何結(jié)構包括的兩個導電幾何結(jié)構都僅包括工字型的主體，而本實施例的導電幾何結(jié)構，每一個導電幾何結(jié)構都在工字型的主體上設置了分支結(jié)構。如圖5所示，垂直方向的導電幾何結(jié)構的第三金屬線44在交叉點左右兩側(cè)各設置有兩個與第一金屬線40和第二金屬線42平行的金屬線，這兩條金屬線便是垂直方向的導電幾何結(jié)構的分支結(jié)構56。同樣的，水平方向的導電幾何結(jié)構的第六金屬線49在交叉點左右兩側(cè)各設置有兩個與第四金屬線46和第五金屬線48平行的金屬線，這兩條金屬線便是水平方向的導電幾何結(jié)構的分支結(jié)構56。
[0087]在圖5中，水平方向的導電幾何結(jié)構的工字型主體和垂直方向的工字型主體是非對稱的，當然，在其他實施例中，也可以是對稱的。
[0088]本實施例中，根據(jù)導電幾何結(jié)構的衍生條件設置分支機構，水平方向與垂直方向的兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構的性質(zhì)保持與分離狀態(tài)相同，互相不發(fā)生明顯的干擾。圖5a顯示了在垂直極化時該種疊加型導電幾何結(jié)構中的電流響應情況，由圖5a可見，有且僅有垂直方向的工字型導電幾何結(jié)構產(chǎn)生了應有的相應電流，證實了上述電路疊加時無相互影響的論斷，為原理分析提供了仿真證據(jù)。
[0089]圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構二的結(jié)構示意圖，如圖6所示，該結(jié)構包括一個水平方向的導電幾何結(jié)構和一個垂直方向的導電幾何結(jié)構，二者互相垂直，僅有一個交叉點。每一個導電幾何結(jié)構都包括工字型的主體和多個分支結(jié)構。在圖6中，水平方向的導電幾何結(jié)構的工字型主體和垂直方向的工字型主體是非對稱的，當然，在其他實施例中，也可以是對稱的。如圖6所示，水平方向的導電幾何結(jié)構的第四金屬線46的兩個端部分別設置有向內(nèi)延伸且與第一金屬線40平行的兩個金屬線，第五金屬線48的兩個端部也分別設置有向內(nèi)延伸且與第一金屬線40平行的兩個金屬線，上述四個金屬線是水平方向的導電幾何結(jié)構的分支結(jié)構56。同樣的，垂直方向的導電幾何結(jié)構上也設置有四個分支結(jié)構56，此處不再贅述。
[0090]圖6a是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構二在垂直極化時的響應情況示意圖，由圖6a可見，該導電幾何結(jié)構在垂直極化信號下僅有垂直部分導電幾何結(jié)構產(chǎn)生了明顯的響應。
[0091]圖6b是根據(jù)本發(fā)明實施例的電磁波相位調(diào)制能力仿真圖，其中入射電磁波的極化方向為垂直極化，本實施例中導電幾何結(jié)構元胞尺寸為2.7_，通過調(diào)節(jié)生長參數(shù)將導電幾何結(jié)構由最小變化到最大。由圖6b可以看出，導電幾何結(jié)構的相位調(diào)制能力將隨著生長參數(shù)的變化而變化，在該元胞尺寸下的相位調(diào)制能力范圍約260度。隨著元胞尺寸的變化，該調(diào)制范圍將隨之變化。
[0092]圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的衍生導電幾何結(jié)構三的結(jié)構示意圖，如圖7所示，該結(jié)構包括一個水平方向的導電幾何結(jié)構和一個垂直方向的導電幾何結(jié)構，二者互相垂直，僅有一個交叉點。每一個導電幾何結(jié)構都包括工字型的主體和多個分支結(jié)構。在圖7中，水平方向的導電幾何結(jié)構的工字型主體和垂直方向的工字型主體是非對稱的，當然，在其他實施例中，也可以是對稱的。如圖7所示，水平方向的導電幾何結(jié)構的第四金屬線46的兩個端部分別設置有與第四金屬線垂直的金屬線，這兩個金屬線與第四金屬線46也形成工字結(jié)構，同樣的，第五金屬線48、第一金屬線40和第二金屬線42的兩個端部也分別設置有金屬線。第一金屬線40、第二金屬線42、第三金屬線46、第四金屬線48的端部設置的這些金屬線都是分支結(jié)構56。
[0093]圖7a是根據(jù)本實施例的衍生導電幾何結(jié)構三在垂直極化時的響應情況，由圖7a可見，該導電幾何結(jié)構在垂直極化信號下僅有垂直部分導電幾何結(jié)構產(chǎn)生了明顯的響應。
[0094]以上各實施例中涉及到的各種導電幾何結(jié)構，決定了不同參數(shù)的單元導電幾何結(jié)構能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生量化調(diào)制的不同，如相位、等效電磁參數(shù)等。但各個導電幾何結(jié)構的排布規(guī)律并不由導電幾何結(jié)構本身特性所決定。以平板衛(wèi)星通信天線為例，設計板面導電幾何結(jié)構排布的依據(jù)是以下至少之一:饋源參數(shù)、饋源位置、波束發(fā)射、接收方向。這些參數(shù)決定了天線面每個元胞內(nèi)需要放置的導電幾何結(jié)構所應具備的性能參數(shù)，根據(jù)該性能參數(shù)才能結(jié)合仿真結(jié)果填入對應的導電幾何結(jié)構。當選用的導電幾何結(jié)構體系發(fā)生變化時，制板方法和規(guī)律不變，僅僅是每個元胞內(nèi)填入的導電幾何結(jié)構發(fā)生變化。
[0095]另外，以上各實施例中涉及到的各種導電幾何結(jié)構的導電幾何結(jié)構，都可以按照針對Ku頻段的示例方法設計:
[0096]首先，設計垂直方向的導電幾何結(jié)構。調(diào)節(jié)導電幾何結(jié)構的尺寸大小、線寬、間距，使其頻率范圍在12.25GHz-12.75GHz的垂直極化電磁波有明顯調(diào)制作用。由仿真可知，該垂直方向的導電幾何結(jié)構在從生長參數(shù)(S)為最小(如圖8a所示)時變化到最大(如圖8b所示)時，其對入射的頻率范圍在12.25GHz-12.75GHz的垂直極化電磁波有明顯的相位改變作用，其相位調(diào)制能力大于300度，具體仿真效果可參見圖9。而當入射電磁波為水平極化時，該垂直工字型結(jié)構對相位的改變能力只有不到10度，具體仿真效果可參見圖10。同理可設計對頻率為14-14.5GHz的水平極化電磁波起到調(diào)制作用的水平方向的工字型導電幾何結(jié)構，其對電磁波的響應特性與垂直工字形的機理一致，此處不再贅述。
[0097]垂直方向的導電幾何結(jié)構與水平方向的導電幾何結(jié)構進行重疊后可以分別對水平極化電磁波和垂直極化電磁波進行響應，而且互不影響。通過合理控制兩個部分的參數(shù)可以實現(xiàn)疊加后的導電幾何結(jié)構對不同極化信號產(chǎn)生不同的響應。如圖11中的重疊導電幾何結(jié)構，其主要對垂直極化電磁波起到調(diào)制作用，而圖12中的重疊導電幾何結(jié)構，主要對水平極化電磁波起到調(diào)制作用。
[0098]根據(jù)以上結(jié)果，可以利用兩個不同的工字導電幾何結(jié)構對不同頻段不同極化方式的電磁波的調(diào)制能力進行控制。因此，可設計雙頻段極化隔離的平板衛(wèi)星通信天線，按照不同工字結(jié)構進行不同排布，然后將排布后的導電幾何結(jié)構進行重疊。圖13展示了相應的仿真方向圖。由這些仿真圖可以看出，通過上述步驟設計的導電幾何結(jié)構重疊構成的導電幾何結(jié)構，具有良好的電磁波調(diào)制能力。
[0099]從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明實現(xiàn)了如下技術效果:由于兩個導電幾何結(jié)構有且僅有一個交點，因此彼此之間不會產(chǎn)生明顯的相互影響，從而保證了極化對準的可能性。另外，由于該復合型導電幾何結(jié)構的兩個導電幾何結(jié)構分別對應不同的極化，因此在使用過程中隨著極化信號的變化可以對天線面進行旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)各導電幾何結(jié)構能夠?qū)手付ǖ臉O化信號，從而避免了信號燈的損失。
[0100]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種超材料，其特征在于，包括至少兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構對應不同的極化方向，分別用于接收衛(wèi)星信號與發(fā)射衛(wèi)星信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在同一平面。
3.根據(jù)權利要求2所述的超材料，其特征在于，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構是以下形狀中的至少一種:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套開口十字型、嵌套開口環(huán)形、以及嵌套開口框形。
4.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構在不同平面，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構之間層疊排布。
5.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構絕緣連接。
6.根據(jù)權利要求4所述的超材料，其特征在于，所述兩組互相垂直的導電幾何結(jié)構是以下形狀中的至少一種:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套十字型、嵌套環(huán)形、嵌套框形、以及四邊形。
7.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別對應水平極化方向與垂直極化方向。
8.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響小于第一預定閾值。
9.根據(jù)權利要求5所述的超材料，其特征在于，所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構相互之間的極化影響包括以下至少之一: 所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效回路之間的相互影響； 所述兩組相互垂直的導電幾何結(jié)構分別構成的有效電容之間的相互影響。
10.根據(jù)權利要求1所述的超材料，其特征在于，所述導電幾何結(jié)構是由導電材料制成的具有幾何圖形的平面和/或立體結(jié)構。
11.根據(jù)權利要求1至10中任意一項所述的超材料，其特征在于，不同形狀、相同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布；或者相同形狀、不同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布；或者不同形狀、不同大小、不同線寬或者相同線寬的導電幾何結(jié)構交錯排布。
12.—種天線，其特征在于，所述天線包括天線面，所述天線面包括權利要求1至11中任一項所述的超材料。
13.根據(jù)權利要求12所述的天線，其特征在于，所述天線面能夠以所述天線面的法向為軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)用于進行極化對準。
14.根據(jù)權利要求13所述的天線，其特征在于，所述天線還包括伺服板，所述天線面通過所述天線面的旋轉(zhuǎn)軸套接在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸上進行旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權利要求14所述的天線，其特征在于，所述伺服板還包括旋轉(zhuǎn)關節(jié)，所述旋轉(zhuǎn)關節(jié)設置在所述伺服板的旋轉(zhuǎn)軸之上，用于增大所述伺服板支撐所述天線面的支撐面積。
16.根據(jù)權利要求12至15中任意一項所述的天線，其特征在于，所述天線設置于飛行器、機動車、地面固定裝置或船的通信設備上。
【文檔編號】H01Q15/00GK104466419SQ201310426106
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權日:2013年9月17日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司