一种超材料、超材料卫星天线及卫星接收系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种超材料，包括基板、基板一面的超材料的工作层及基板另一面的超材料的反射层，所述工作层由附着在所述基板一表面的多个金属微结构组成，所述反射层由周期性的排布在所述基板另一表面的多个十字型金属微结构组成，所述相邻十字型金属微结构之间无间隙相连，多个十字型金属微结构的金属面积总和为所述基板表面面积的10%～25%。还涉及利用该超材料制备的超材料卫星天线及卫星接收系统。在实现反射功能的同时，使反射层金属面积与工作层金属残余面积非常接近，从而有效的避免了因超材料设计的结构不对称所引起的反射层翘曲问题；同时在反射层表面还覆有一层导电漆层，避免了漏波现象的产生，从而实现了超材料卫星天线的高精度、高增益。
【专利说明】一种超材料、超材料卫星天线及卫星接收系统
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及超材料领域，更具体地说，涉及一种超材料、超材料卫星天线及卫星接收系统。
【【背景技术】】[0002]超材料是近十年来发展起来的对电磁波起调制作用的材料。超材料一般是由一定数量的金属微结构附在具有一定力学、电磁学的基板上，这些具有特定图案和材质的微结构会对经过其身的特定频段的电磁波产生调制作用。
[0003]由超材料制备的天线一般都采用整块金属铜作为反射面，但当天线设计的结构不对称时，即基板的两面铜(或其他金属)余量相差较大时，不论是Fr4、PTFE等传统的基板，还是无纤维基板，其最终产品都会有不同程度的翘曲。而翘曲会造成实际产品方向图与设计图的偏差，天线增益下降，信号降低。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种采用新设计的反射层的超材料，在实现反射功能的同时，使反射层金属面积与工作层金属残余面积非常接近，从而有效的避免了反射层翘曲问题；还提供了一种利用该超材料制备的超材料卫星天线及卫星接收系统。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种超材料，所述超材料包括基板、所述基板一面的超材料的工作层及所述基板另一面的超材料的反射层，所述工作层由附着在所述基板一表面的多个金属微结构组成，其特征在于，所述反射层由周期性的排布在所述基板另一表面的多个十字型金属微结构组成，所述相邻十字型金属微结构之间无间隙相连。
[0006]所述多个十字型金属微结构的金属面积总和为所述基板表面面积的10%~25%。
[0007]所述十字型金属微结构包括两根相互垂直且相互平分的第一金属线和第二金属线。
[0008]所述第一金属线和第二金属线的长度和线宽都相等。
[0009]所述相邻十字型金属微结构之间无间隙相连具体为相邻十字型金属微结构的第一金属线之间无间隙相连、第二金属线之间无间隙相连。
[0010]所述第一金属线和第二金属线的长度为2.5~3.5mm、线宽为0.15~0.4mm,十字型金属微结构的厚度为0.01~0.5mm。
[0011]所述反射层表面还覆有一层导电漆。
[0012]所述超材料还包括覆盖在工作层金属微结构上的保护膜，所述保护膜为PS塑料、PET塑料或HIPS塑料，所述保护膜的厚度为0.01~2mm。
[0013]所述工作层的金属微结构为由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或立体结构。
[0014]一种超材料卫星天线，所述超材料卫星天线包括馈源及超材料平板，所述超材料平板为上述所述的超材料。
[0015]一种卫星接收系统，包括卫星天线、连接信号接收器的卫星接收机，所述卫星天线为上述所述的超材料卫星天线。
[0016]本发明的有益效果为:本发明的反射层为多个十字型金属微结构周期性排布组成的新设计反射层，利用包括该反射层的超材料制备的超材料卫星天线，在实现反射功能的同时，使反射层金属面积与工作层金属残余面积非常接近，从而有效的避免了因超材料设计的结构不对称所引起的反射层翘曲问题；同时在反射层表面还覆有一层导电漆层，避免了漏波现象的产生，从而实现了超材料卫星天线的高精度、高增益。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0017]图1本发明超材料结构示意图；
[0018]图2本发明反射层金属微结构的结构示意图；
[0019]图3本发明反射层的结构示意图。
【【具体实施方式】】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]如图1所不，一种超材料包括基板1、基板I 一面的超材料的工作层4及基板另一面的超材料的反射层2，工作层由通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法按照一定的折射率分布附着在基板一表面的多个金属微结构组成，工作层的金属微结构为由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或立体结构，如平面雪花状、工字型或十字型等；
`[0022]本发明的关键点在于:反射板2不是采用常规的具有光滑表面的纯铝板或纯铜板等，也不是将金属涂层直接涂覆于核心层表面实现反射电磁波的效果。而是反射层2由通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法周期性的排布在基板另一表面的多个十字型金属微结构3组成，如图2所示，十字型金属微结构2包括两根相互垂直且相互平分的第一金属线和第二金属线，相邻十字型金属微结构2的第一金属线之间无间隙相连、第二金属线之间无间隙相连使得相邻十字型金属微结构之间无间隙相连，如图3所示，并且多个十字型金属微结构的金属面积总和为基板表面面积的10%~25% ;第一金属线和第二金属线的长度和线宽都相等，长度L为2.5~3.5mm、线宽W为0.15~0.4mm,十字型金属微结构的厚度为0.01~0.5mm。
[0023]当采用具有光滑表面的纯铜板或纯铝板等制备得到反射板时，由于其厚度较薄，一般为0.01毫米至0.03毫米，相对其厚度，其长宽较长，在制备和应用时容易因为应力的作用发生翘曲，一方面降低了产品制备过程中的良率，造成大量浪费，另一方面也增大了产品使用后的维护成本。而本发明的反射层为多个十字型金属微结构周期性排布组成的新设计反射层，该反射层的金属面积与工作层金属残余面积非常接近，在实现反射功能的同时，同时有效的避免了反射层翘曲问题。
[0024]在本发明的一个实施例中，反射层的十字型金属微结构的第一金属线和第二金属线的长度为3mm、线宽为0.3mm、十字型金属微结构的厚度为0.018mm。[0025]另外，在本发明中反射层2表面还覆有一层导电漆，有效地避免了漏波现象的产生。超材料还包括覆盖在工作层金属微结构上的保护膜，保护膜完全遮盖工作层的金属微结构，这样可以对金属微结构进行保护，同时，还可以加强超材料平板的机械性能。本发明中，保护膜可以是PS塑料(聚苯乙烯系塑料)、PET塑料(聚对苯二甲酸类塑料)或HIPS塑料(耐冲击性聚苯乙烯)；本发明中，保护膜的厚度为0.01?2mm，具体厚度结合透波性能以及机械性能决定，例如可以是1mm。
[0026]本发明中的基板由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等制得，高分子材料可选用的有F4B复合材料、FR-4复合材料、PS (聚苯乙烯)等。
[0027]本发明还涉及利用上述超材料制备的超材料卫星天线，包括馈源及上述的超材料。利用包括本发明的反射层的超材料制备的超材料卫星天线，在实现反射功能的同时，使反射层金属面积与工作层金属残余面积非常接近，从而有效的避免了因超材料设计的结构不对称所引起的反射层翘曲问题；同时在反射层表面还覆有一层导电漆层，避免了漏波现象的产生，从而实现了超材料卫星天线的高精度、高增益。
[0028]馈源为传统的波纹喇叭，这个根据卫星的电视信号的极化方式不同有不同的选择，例如中星9号，其电视信号既有左旋圆极化又有右旋圆极化，因此馈源应当采用双圆极化的波纹喇叭。
[0029]本发明的超材料卫星天线在作为发射天线使用时，即馈源作为辐射源，超材料的作用是将信号接收器发出的平面波经超材料后以平面波的形式出射。
[0030]本发明的超材料卫星天线在作为接收天线使用时，即馈源作为集波器，超材料的作用是能够使得天线接收到的平面波经超材料后能够在馈源等效点处发生汇聚。
[0031]以上描述的超材料卫星天线根据工作频段与使用环境的不同，可以是卫星电视接收天线、卫星通信天线(双向通信)、微波天线或者雷达天线。当然，本发明的所述超材料卫星天线还可以替代其它各种反射面天线。
[0032]另外，本发明还提供了一种卫星接收系统，包括卫星天线、信号接收器、连接信号接收器的卫星接收机，卫星天线为本发明上述的超材料卫星天线。本发明中，所述信号接收器为传统的波纹喇叭。卫星接收机例如可以采用同洲电子的N6188，用于接收中星9号的卫星电视信号，其为现有的技术，此处不再述说。
[0033]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种超材料，所述超材料包括基板、所述基板一面的超材料的工作层及所述基板另一面的超材料的反射层，所述工作层由附着在所述基板一表面的多个金属微结构组成，其特征在于，所述反射层由周期性的排布在所述基板另一表面的多个十字型金属微结构组成，所述相邻十字型金属微结构之间无间隙相连。
2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述多个十字型金属微结构的金属面积总和为所述基板表面面积的10%?25%。
3.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述十字型金属微结构包括两根相互垂直且相互平分的第一金属线和第二金属线。
4.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于，所述第一金属线和第二金属线的长度和线宽都相等。
5.根据权利要求1或3所述的超材料，其特征在于，所述相邻十字型金属微结构之间无间隙相连具体为相邻十字型金属微结构的第一金属线之间无间隙相连、第二金属线之间无间隙相连。
6.根据权利要求4所述的超材料，其特征在于，所述第一金属线和第二金属线的长度为2.5?3.5mm、线宽为0.15?0.4mm,十字型金属微结构的厚度为0.01?0.5mm。
7.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述反射层表面还覆有一层导电漆。
8.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料还包括覆盖在工作层金属微结构上的保护膜，所述保护膜为PS塑料、PET塑料或HIPS塑料，所述保护膜的厚度为0.01 ?2mm。
9.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述工作层的金属微结构为由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或立体结构。
10.一种超材料卫星天线，所述超材料卫星天线包括馈源及超材料平板，其特征在于，所述超材料平板为权利要求1?9任意一项所述的超材料。
11.一种卫星接收系统，包括卫星天线、连接信号接收器的卫星接收机，其特征在于，所述卫星天线为权利要求10所述的超材料卫星天线。
【文档编号】H01Q19/10GK103682670SQ201210316945
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年8月31日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 李雪 申请人:深圳光启创新技术有限公司