超材料及天线的制作方法

超材料及天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种超材料及天线，包括至少两组相互垂直的导电几何结构，所述两组互相垂直的导电几何结构对应不同的极化方向，分别用于接收卫星信号与发射卫星信号。本发明解决了相关技术中单个平板在接收与发射频段对不同垂直化电磁波调制的问题，从而具有性能较高、损耗较少的有益效果。
【专利说明】超材料及天线

【技术领域】
[0001]本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种超材料及天线。

【背景技术】
[0002]平板卫星通信天线是由天线面、馈源、高频头、卫星接收机等组成。天线面负责将卫星信号反射到馈源内。馈源通常是一个用于收集卫星信号的喇叭，又称波纹喇叭。其主要功能有两个:一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。二是对接收的电磁波进行极化转换。高频头(亦称降频器)是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。一般可分为C波段频率LNB (3.7GHZ-4.2GHz，18-21V)和Ku波段频率LNB (10.7GHz-12.75GHz，12-14V)。高频头的工作流程是先将卫星高频信号放大至数十万倍后再利用本地振荡电路将高频讯号转换至中频950MHz-2050MHz，以供同轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。卫星接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。
[0003]相关技术中，譬如在反射阵列天线的设计过程中，考虑到卫星信号上行与下行的频率范围和极化方式存在差异，需要设计具有不同特性的功能单元分别针对上行与下行电磁波的调制。一种方案是在一层板面上交错排列两种不同设计的功能单元，以实现对两个频段的电磁波起到调制作用。另一种方案则是在不同的板面上周期排布后将带有不同设计功能单元的多层板压合，以实现对两个频段的电磁波起到调制作用。然而，通过在同一层板面上进行交错排列两种或以上不同设计的功能单元以实现对不同频段的电磁波进行调制，会导致所设计器件有效利用面积变小，性能下降；通过在不同板面上做不同结构，然后通过多层压合后实现对不同频段的电磁波进行调制，则其厚度和重量会大大增加，同时多层板压合带来了额外的板层结合、损耗增加等问题。
[0004]针对相关技术中的单个平板在接收与发射频段对不同垂直化电磁波调制的等问题，目前尚未提出有效的解决方案。


【发明内容】

[0005]本发明提供了一种超材料及天线，以至少解决上述问题。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种超材料，包括至少两组相互垂直的导电几何结构，所述两组互相垂直的导电几何结构对应不同的极化方向，分别用于接收卫星信号与发射卫星信号。
[0007]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构在同一平面。
[0008]优选地，所述两组互相垂直的导电几何结构是以下形状中的至少一种:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套开口十字型、嵌套开口环形、以及嵌套开口框形。
[0009]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构在不同平面，所述两组相互垂直的导电几何结构之间层叠排布。
[0010]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构绝缘连接。
[0011]优选地，所述两组互相垂直的导电几何结构是以下形状中的至少一种:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套十字型、嵌套环形、嵌套框形、以及四边形。
[0012]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构分别对应水平极化方向与垂直极化方向。
[0013]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响小于第一预定阈值。
[0014]优选地，所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响包括以下至少之一:所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效回路之间的相互影响；所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效电容之间的相互影响。
[0015]优选地，所述导电几何结构是由导电材料制成的具有几何图形的平面和/或立体结构。
[0016]优选地，不同形状、相同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布；或者相同形状、不同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布；或者不同形状、不同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供了一种天线，所述天线包括天线面，所述天线面包括上述超材料。
[0018]优选地，所述天线面能够以所述天线面的法向为轴旋转，所述旋转用于进行极化对准。
[0019]优选地，所述天线还包括伺服板，所述天线面通过所述天线面的旋转轴套接在所述伺服板的旋转轴上进行旋转。
[0020]优选地，所述伺服板还包括旋转关节，所述旋转关节设置在所述伺服板的旋转轴之上，用于增大所述伺服板支撑所述天线面的支撑面积。
[0021]优选地，所述天线设置于飞行器、机动车、地面固定装置或船的通信设备上。
[0022]本发明通过采用以下技术手段:超材料包括至少两组相互垂直的导电几何结构，两组相互垂直的导电几何结构分别对应不同的极化方向，解决了相关技术中单个平板在接收与发射频段对不同垂直化电磁波调制的问题，从而具有性能较高、损耗较少的有益效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0023]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0024]图1是根据本发明实施例的平板卫星通信天线汇聚电磁波的示意图；
[0025]图2是根据本发明实施例的核心层片层的结构示意图；
[0026]图3是根据本发明实施例的阻抗匹配层片层的结构示意图；
[0027]图3a是根据本发明实施例的嵌套开口十字框形导电几何结构的示意图；
[0028]图3b是根据本发明实施例的嵌套开口框形导电几何结构的示意图；
[0029]图4是根据本发明实施例的双频段叠加型导电几何结构的结构示意图；
[0030]图4a是根据本发明实施例的垂直方向导电几何结构的结构示意图；
[0031]图4b是根据本发明实施例的水平方向导电几何结构的结构示意图；
[0032]图5是根据本发明实施例的衍生导电几何结构一的结构示意图；
[0033]图5a是根据本发明实施例的衍生导电几何结构一在垂直极化时的响应情况示意图；
[0034]图6是根据本发明实施例的衍生导电几何结构二的结构示意图；
[0035]图6a是根据本发明实施例的衍生导电几何结构二在垂直极化时的响应情况示意图；
[0036]图6b是根据本发明实施例的衍生导电几何结构二的电磁波相位调制能力仿真图；
[0037]图7是根据本发明实施例的衍生导电几何结构三的结构示意图；
[0038]图7a是根据本实施例的衍生导电几何结构三在垂直极化时的响应情况示意图；
[0039]图8a是根据本发明实施例的垂直工字型结构生长参数S最小时形状的示意图；
[0040]图Sb是根据本发明实施例的垂直工字型结构生长参数S最大时形状的示意图；
[0041]图9是根据本发明实施例的垂直工字型结构垂直极化时生长参数S改变时相位改变能力变化的仿真图；
[0042]图10是根据本发明实施例的垂直工字型结构水平极化时生长参数S改变时相位改变能力变化的仿真图；
[0043]图11是根据本发明实施例的重叠工字结构的导电几何结构垂直导电几何结构的示意图；
[0044]图12是根据本发明实施例的重叠工字结构的导电几何结构水平导电几何结构的示意图；
[0045]图13是根据本发明实施例的垂直导电几何结构和水平导电几何结构重叠后构成的导电几何结构的仿真图；
[0046]其中，各附图标记代表:10、馈源；20、天线面；30、旋转装置；22、核心层；24、反射层；26、阻抗匹配层；222、核心层片层；262、阻抗匹配层片层；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、第一金属线；42、第二金属线；44、第三金属线；46、第四金属线；48、第五金属线；49、第六金属线；56、分支结构；66、第一子结构；68、第二子结构。

【具体实施方式】
[0047]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0048]本发明实施例提供了一种超材料，该超材料包括至少两组相互垂直的导电几何结构，所述互相垂直的两组导电几何结构分别对应不同的极化方向，一组用于接收卫星信号，另一组用于发射卫星信号。至少两组相互垂直的导电几何结构在同一平面时，两组导电几何结构之间至少有一个交叉点，至少两组相互垂直的导电几何结构附着在同一基材或者同一平面不同基材拼接的基板上。当两组相互垂直的导电几何结构在不同一平面时，两组相互垂直的导电几何机构附着在不同平面的基材上，不同平面的导电几何结构之间通过泡沫、蜂窝、介质基板等材料绝缘连接。
[0049]通过上述结构，可以解决相关技术中单个平板在接收与发射频段对不同垂直化电磁波调制的问题，从而具有性能较高、损耗较少的有益效果。
[0050]其中，所述两组导电几何结构可以分别对应不同的极化方向。优选地，可以是所述两组导电几何结构分别对应水平极化方向与垂直极化方向，分别用于接收卫星信号与发射卫星信号，如对卫星信号进行响应。通过上述结构，可以使得两组导电几何结构在调制电磁波时互相之间的极化影响较小。
[0051]其中，所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响小于第一预定阈值。所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响包括以下至少之一:所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效回路之间的相互影响；所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效电容之间的相互影响。其中，所述第一预定阈值是预先设定的数值，当所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效回路或者有效电容之间的相互影响小于所述第一预定阈值时，表示所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响较小。
[0052]其中，所述导电几何结构的形状可以有很多种，优选地，所述导电几何结构是由导电材料制成的具有几何图形的平面或立体结构。通过上述结构，所述导电几何结构可以更容易地附着在所述基材上。
[0053]其中，所述导电几何结构可以仅包括主体结构，优选地，所述导电几何结构可以包括主体结构和分支结构。所述主体结构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、嵌套环形、嵌套框形、以及四边形。
[0054]通过上述结构，可以确保所述两组相互垂直的导电几何结构相互间的参数无关联。
[0055]其中，所述导电几何结构的排布依据可以有很多种，优先地，可以根据以下至少之一确定所述导电几何结构组在基材上的排布:馈源参数、馈源位置、波束发射、接收方向。其中，不同形状、相同大小的导电几何结构可以交错排布；或者相同形状、不同大小的导电几何结构交错排布；或者不同形状、不同大小的导电几何结构交错排布。
[0056]其中，所述天线可以设置于飞行器、机动车、地面固定装置或船的通信设备上。当然，所述天线还可以设置在其他可以接收卫星信号的设备上。
[0057]本发明实施例提供了一种平板卫星通信天线，如图1至3所示，该天线包括馈源10、天线面20、旋转装置30，其中，天线面20包括核心层22、反射层24、阻抗匹配层26，而核心层22又包括核心层片层222，阻抗匹配层26又包括阻抗匹配层片层262。下面，将详细阐述该天线的具体结构。
[0058]图1是本发明实施例提供的平板卫星通信天线汇聚电磁波的示意图，如图1所示，天线面20平铺于X-Z平面，Y轴垂直于天线面20。为了实现极化对准，天线整体除了现有的方位、俯仰伺服以外，还可以通过旋转装置30以Y轴为转动轴进行天线面20的旋转，馈源10将保持与天线面20的相对位置进行相同方式的移动。
[0059]馈源10为传统的波纹喇叭，其中轴线Π与天线面20的中轴线Z2具有一定的夹角，即图1中的中轴线Π与直线Z3的夹角，其中，Z3为Π的平行线。馈源10不在天线面20的中轴线Z2上，从而实现了天线的偏馈。
[0060]天线面20包括核心层22、反射层24、阻抗匹配层26。其中，反射层24设置在核心层22的一侧表面上，阻抗匹配层26设置在核心层22的另一侧表面上。
[0061]核心层22可以包括一个核心层片层222，也可以包括厚度相同且折射率分布相同的多个核心层片层222。图2是根据本发明实施例的核心层片层的结构示意图，如图2所不，核心层片层222包括片状的第一基材50以及设置在第一基材50上的多个第一导电几何结构。所述第一基材50包括片状的第一前基板52及第一后基板54，第一导电几何结构夹设在第一前基板52与第一后基板54之间。在本实施例中，核心层片层222的厚度可以为0.5-2mm,第一前基板52的厚度可以为0.第一后基板54的厚度可以为0.5-lmm,
第一导电几何结构的厚度为0.01-0.5mm。优选地，核心层片层222的厚度为1.018mm，第一前基板52及第一后基板54的厚度可以为0.5_，第一导电几何结构的厚度为0.018_。
[0062]反射层24可以是具有光滑表面的金属反射板，例如可以是抛光的铜板、铝板或铁板等，也可是电导体的反射面，当然也可以是金属涂层，例如铜涂层。
[0063]阻抗匹配层26可以包括一个阻抗匹配层片层262或厚度相同的多个阻抗匹配层片层262。图3是根据本发明实施例的阻抗匹配层片层的结构示意图，如图3所示，所述阻抗匹配层片层262包括片状的第二基材60以及设置在第二基材60上的多个第二导电几何结构。其中，第二基材60包括片状的第二前基板62及第二后基板64，第二导电几何结构夹设在第二前基板62与第二后基板64之间。
[0064]本实施例中，第一基材50、第二基材60可以由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等制得。其中，高分子材料可以选用的有F4B复合材料、FR-4复合材料等。
[0065]本实施例中，核心层片层222可以通过如下方法得到，即在第一前基板52与第一后基板54的任意一个的表面上覆铜，再通过蚀刻的方法得到多个第一导电几何结构，其中，多个第一导电几何结构的形状与排布事先通过计算机仿真获得，最后将第一前基板52与第一后基板54分别压合在一起，即得到核心层片层222。压合的方法可以是直接热压，也可以是利用热熔胶连接，当然也可是其它机械式的连接，例如螺栓连接。同理，阻抗匹配层26也可以利用相同的方法得到:将多个阻抗匹配层片层262压合一体，即形成了本发明实施例的阻抗匹配层26。将核心层22、阻抗匹配层26、反射层24压合一体即得到天线面20。
[0066]其中，旋转装置30可以由伺服板，天线面的旋转轴组成，其中，所述天线面通过所述天线面的旋转轴套接在所述伺服板的旋转轴上进行旋转。优选地，所述伺服板还包括旋转关节，所述旋转关节设置在所述伺服板的旋转轴之上，用于增大所述伺服板支撑所述天线面的支撑面积。
[0067]本实施例中，核心层片层222相当于超材料片层。
[0068]图3a是根据本发明实施例的嵌套开口十字框形导电几何结构的示意图，如图3a所示，该导电几何结构包括:第一子结构66和第二子结构68，第一子结构66是十字框形结构，第二子结构68嵌套于第一子结构66外，即第二子结构68包围在第一子结构66的外侧，第二子结构68的形状与第一子结构66的形状相应。在第一子结构66和第二子结构68组成的嵌套十字框形结构上的垂直方向的中心位置开有一个长方形或长方体的口，形成嵌套的开口十字框形结构。开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。当然，在其他的实施例中，也可以不在中心位置上。
[0069]第一子结构66、第二子结构68的十字框形结构由多根金属线组成，上述金属线的线长、线宽、线的间距等参数都可以调整，其中，线长也可以称为导电几何结构的生长参数调整导电几何结构的生长参数、线宽、间距等参数可以使单个导电几何结构对电磁波的相位调制能力在指定频率范围内发生变化。
[0070]图3b是根据本发明实施例的方框嵌套导电几何结构的示意图，本实施例中，元胞尺寸为12mm，如图3b所示，该导电几何结构包括第一子结构66和第二子结构68，第一子结构66是方形结构，第二子结构68嵌套于第一子结构66外，即第二子结构68包围在第一子结构66的外侧，第二子结构68的形状与第一子结构66的形状相应，也就是说，第二子结构68也是方形结构，但其中心是方形镂空的，第一子结构66可以设置在第二子结构68的方形镂空处。第一子结构66和第二子结构68之间存在空隙。在第一子结构66和第二子结构68组成的嵌套方形结构上的水平方向的中心位置开有一个长方形或长方体的口，形成嵌套的开口方形结构。开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。当然，在其他的实施例中，也可以不在中心位置上。
[0071]第一子结构66的方形结构由方形金属片组成，第二子结构68也是由四根金属线组成的方形。上述金属片或金属线的线长、线宽、间距等参数都可以调整，其中，线长也可以称为导电几何结构的生长参数。调整导电几何结构的生长参数、线宽、间距等参数可以使单个导电几何结构对电磁波的相位调制能力在指定频率范围内发生变化。
[0072]图4是根据本发明实施例的双频段叠加型导电几何结构的结构示意图，如图4所示，该导电几何结构组由水平和垂直的两个导电几何结构构成，上述两个导电几何结构分别对两个频段的不同线极化信号进行响应。图4a是根据本发明实施例的垂直方向导电几何结构的结构示意图，图4b是根据本发明实施例的水平方向导电几何结构的结构示意图，如图4、4a、4b所不,垂直方向的导电几何结构包括第一金属线40,第二金属线42以及连接第一金属线40和第二金属线42的第三金属线44，上述三条金属线构成导电几何结构的主体，该主体可以是工字型结构。水平方向的导电几何结构包括第四金属线46，第五金属线48以及连接第四金属线46和第五金属线48的第六金属线49，上述三条金属线构成水平方向的导电几何结构的主体，该主体可以是工字型结构。垂直方向的导电几何结构与水平方向的导电几何结构相互垂直，仅有一个交叉点。
[0073]其中，垂直方向的导电几何结构的第一金属线40、第二金属线42的长度和水平方向的导电几何结构的第四金属线46、第五金属线48的长度可以相同，此时，垂直方向的导电几何结构和水平方向的导电几何结构是互相对称的工字型结构。当然，垂直方向的导电几何结构的第一金属线40、第二金属线42与水平方向的导电几何结构的第四金属线46、第五金属线48的长度也可以不相同，此时，垂直方向的导电几何结构和水平方向的导电几何结构是非对称的工字型结构。
[0074]上述垂直方向的导电几何结构和水平方向的导电几何结构使用确定尺寸元胞，并基于该元胞分别对上述两个导电几何结构进行设计，以确保两个导电几何结构分别在指定的两个频段对指定的极化信号进行指定的响应。关于导电几何结构的设计，在下文会有详细地阐述，此处不再赘述。
[0075]上述导电几何结构可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着实施例二中的第一基材50、第二基材60上。上述导电几何结构可以为单层导电几何结构，由导电材料构成，所述导电材料为金属或非金属导电材料。
[0076]在本实施例中，导电几何结构在指定频率下仅需要对相应的参数进行适当调节即可。
[0077]下面将阐述导电几何结构的原理。根据导电几何结构对电磁波的响应原理和现象，可以将导电几何结构体系近似的类比为具有一定结构的LC振荡电路。因此，水平和垂直两组工字形的导电几何结构可分别被视为两组独立的LC振荡电路。由于两者有且仅有一个交点，无互相平行且接近的臂状结构，因此两个电路间无法构成有效的回路或电容相互作用。在此基础上可以预测水平方向和垂直方向两组相互垂直的导电几何结构在叠加后不会产生相互的影响，始终将保持其尚未叠加前独立的电磁响应特性，即垂直方向的导电几何结构仅对垂直极化响应、水平方向的导电几何结构仅对水平极化响应，且其调制能力随参数的改变情形不会因叠加而发生改变。
[0078]本发明实施例，利用所设计的单个双频段叠加型导电几何结构实现对两个频段极化方式相互垂直的线极化电磁波进行调制，从而实现卫星信号的接收和发射。该天线所使用的导电几何结构由两组互相垂直且仅有一个交点的工字型导电几何结构组成，上述两组相互垂直的导电几何结构分别对应不同的频率和极化方向，且相互间的参数无相互关联。上述导电几何结构可以应用到平板卫星通信天线上，此类平板卫星通信天线将根据实际信号情况依靠旋转天线面进行极化对准，其旋转轴为平行于天线面法向轴的任意直线。
[0079]导电几何结构对电磁波的调制能力是普遍存在的，因此，该导电几何结构可用于所有与电磁波调制相关的产品中，不仅仅限于平板天线。当然，优选地，是应用在超材料平板卫星通信天线上。
[0080]基于上文所述的导电几何结构叠加时所适用的原理，此类对互相垂直的极化信号作分别响应的导电几何结构可以有多种变化形式，只要满足以下衍生条件即可:
[0081]所述两组相互垂直的导电几何结构之间的相互影响小于第一预定阈值，其中，所述两组相互垂直的导电几何结构之间的相互影响包括以下至少之一:所述两组相互垂直的导电几何结构构成的有效回路之间的相互作用；所述两组相互垂直的导电几何结构构成的有效电容之间的相互作用。
[0082]优选地，该衍生条件可以是:至少两组相互垂直的导电几何结构相互重叠，所述至少两组相互垂直的导电几何结构有且仅有一个交点，无互相平行且接近的臂状结构，进而保证所述至少两组相互垂直的导电几何结构彼此之间不会产生相互影响。
[0083]更优选地，该衍生条件还可以是:两组互相垂直的导电几何结构，有且仅有一个交点，并且所述两组相互垂直的导电几何结构没有互相平行且接近的臂状结构。
[0084]根据上述衍生条件衍生出的导电几何结构在叠加后不会产生相互的影响，将始终保持其尚未叠加前独立的电磁响应特性。具体地说，如果两组相互垂直的导电几何结构是两组互相垂直的导电几何结构，那么叠加后，水平方向的导电几何结构和垂直方向的导电几何结构不会产生相互的影响，即垂直方向的导电几何结构仅对垂直极化响应、水平方向的导电几何结构仅对水平极化响应，且其调制能力随参数的改变情形不会因叠加而发生改变。
[0085]图5是根据本发明实施例的衍生导电几何结构一的结构示意图，如图5所示，该结构包括一个水平方向的导电几何结构和一个垂直方向的导电几何结构，二者互相垂直，仅有一个交叉点。每一个导电几何结构都包括工字型的主体和至少一个分支结构。
[0086]本实施例中的导电几何结构是在实施例三中的导电几何结构的基础上衍生出来的。实施例三中的导电几何结构包括的两个导电几何结构都仅包括工字型的主体，而本实施例的导电几何结构，每一个导电几何结构都在工字型的主体上设置了分支结构。如图5所示，垂直方向的导电几何结构的第三金属线44在交叉点左右两侧各设置有两个与第一金属线40和第二金属线42平行的金属线，这两条金属线便是垂直方向的导电几何结构的分支结构56。同样的，水平方向的导电几何结构的第六金属线49在交叉点左右两侧各设置有两个与第四金属线46和第五金属线48平行的金属线，这两条金属线便是水平方向的导电几何结构的分支结构56。
[0087]在图5中，水平方向的导电几何结构的工字型主体和垂直方向的工字型主体是非对称的，当然，在其他实施例中，也可以是对称的。
[0088]本实施例中，根据导电几何结构的衍生条件设置分支机构，水平方向与垂直方向的两组相互垂直的导电几何结构的性质保持与分离状态相同，互相不发生明显的干扰。图5a显示了在垂直极化时该种叠加型导电几何结构中的电流响应情况，由图5a可见，有且仅有垂直方向的工字型导电几何结构产生了应有的相应电流，证实了上述电路叠加时无相互影响的论断，为原理分析提供了仿真证据。
[0089]图6是根据本发明实施例的衍生导电几何结构二的结构示意图，如图6所示，该结构包括一个水平方向的导电几何结构和一个垂直方向的导电几何结构，二者互相垂直，仅有一个交叉点。每一个导电几何结构都包括工字型的主体和多个分支结构。在图6中，水平方向的导电几何结构的工字型主体和垂直方向的工字型主体是非对称的，当然，在其他实施例中，也可以是对称的。如图6所示，水平方向的导电几何结构的第四金属线46的两个端部分别设置有向内延伸且与第一金属线40平行的两个金属线，第五金属线48的两个端部也分别设置有向内延伸且与第一金属线40平行的两个金属线，上述四个金属线是水平方向的导电几何结构的分支结构56。同样的，垂直方向的导电几何结构上也设置有四个分支结构56，此处不再赘述。
[0090]图6a是根据本发明实施例的衍生导电几何结构二在垂直极化时的响应情况示意图，由图6a可见，该导电几何结构在垂直极化信号下仅有垂直部分导电几何结构产生了明显的响应。
[0091]图6b是根据本发明实施例的电磁波相位调制能力仿真图，其中入射电磁波的极化方向为垂直极化，本实施例中导电几何结构元胞尺寸为2.7_，通过调节生长参数将导电几何结构由最小变化到最大。由图6b可以看出，导电几何结构的相位调制能力将随着生长参数的变化而变化，在该元胞尺寸下的相位调制能力范围约260度。随着元胞尺寸的变化，该调制范围将随之变化。
[0092]图7是根据本发明实施例的衍生导电几何结构三的结构示意图，如图7所示，该结构包括一个水平方向的导电几何结构和一个垂直方向的导电几何结构，二者互相垂直，仅有一个交叉点。每一个导电几何结构都包括工字型的主体和多个分支结构。在图7中，水平方向的导电几何结构的工字型主体和垂直方向的工字型主体是非对称的，当然，在其他实施例中，也可以是对称的。如图7所示，水平方向的导电几何结构的第四金属线46的两个端部分别设置有与第四金属线垂直的金属线，这两个金属线与第四金属线46也形成工字结构，同样的，第五金属线48、第一金属线40和第二金属线42的两个端部也分别设置有金属线。第一金属线40、第二金属线42、第三金属线46、第四金属线48的端部设置的这些金属线都是分支结构56。
[0093]图7a是根据本实施例的衍生导电几何结构三在垂直极化时的响应情况，由图7a可见，该导电几何结构在垂直极化信号下仅有垂直部分导电几何结构产生了明显的响应。
[0094]以上各实施例中涉及到的各种导电几何结构，决定了不同参数的单元导电几何结构能够对电磁波产生量化调制的不同，如相位、等效电磁参数等。但各个导电几何结构的排布规律并不由导电几何结构本身特性所决定。以平板卫星通信天线为例，设计板面导电几何结构排布的依据是以下至少之一:馈源参数、馈源位置、波束发射、接收方向。这些参数决定了天线面每个元胞内需要放置的导电几何结构所应具备的性能参数，根据该性能参数才能结合仿真结果填入对应的导电几何结构。当选用的导电几何结构体系发生变化时，制板方法和规律不变，仅仅是每个元胞内填入的导电几何结构发生变化。
[0095]另外，以上各实施例中涉及到的各种导电几何结构的导电几何结构，都可以按照针对Ku频段的示例方法设计:
[0096]首先，设计垂直方向的导电几何结构。调节导电几何结构的尺寸大小、线宽、间距，使其频率范围在12.25GHz-12.75GHz的垂直极化电磁波有明显调制作用。由仿真可知，该垂直方向的导电几何结构在从生长参数(S)为最小(如图8a所示)时变化到最大(如图8b所示)时，其对入射的频率范围在12.25GHz-12.75GHz的垂直极化电磁波有明显的相位改变作用，其相位调制能力大于300度，具体仿真效果可参见图9。而当入射电磁波为水平极化时，该垂直工字型结构对相位的改变能力只有不到10度，具体仿真效果可参见图10。同理可设计对频率为14-14.5GHz的水平极化电磁波起到调制作用的水平方向的工字型导电几何结构，其对电磁波的响应特性与垂直工字形的机理一致，此处不再赘述。
[0097]垂直方向的导电几何结构与水平方向的导电几何结构进行重叠后可以分别对水平极化电磁波和垂直极化电磁波进行响应，而且互不影响。通过合理控制两个部分的参数可以实现叠加后的导电几何结构对不同极化信号产生不同的响应。如图11中的重叠导电几何结构，其主要对垂直极化电磁波起到调制作用，而图12中的重叠导电几何结构，主要对水平极化电磁波起到调制作用。
[0098]根据以上结果，可以利用两个不同的工字导电几何结构对不同频段不同极化方式的电磁波的调制能力进行控制。因此，可设计双频段极化隔离的平板卫星通信天线，按照不同工字结构进行不同排布，然后将排布后的导电几何结构进行重叠。图13展示了相应的仿真方向图。由这些仿真图可以看出，通过上述步骤设计的导电几何结构重叠构成的导电几何结构，具有良好的电磁波调制能力。
[0099]从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果:由于两个导电几何结构有且仅有一个交点，因此彼此之间不会产生明显的相互影响，从而保证了极化对准的可能性。另外，由于该复合型导电几何结构的两个导电几何结构分别对应不同的极化，因此在使用过程中随着极化信号的变化可以对天线面进行旋转以实现各导电几何结构能够对准指定的极化信号，从而避免了信号灯的损失。
[0100]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种超材料，其特征在于，包括至少两组相互垂直的导电几何结构，所述两组互相垂直的导电几何结构对应不同的极化方向，分别用于接收卫星信号与发射卫星信号。
2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构在同一平面。
3.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于，所述两组互相垂直的导电几何结构是以下形状中的至少一种:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套开口十字型、嵌套开口环形、以及嵌套开口框形。
4.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构在不同平面，所述两组相互垂直的导电几何结构之间层叠排布。
5.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构绝缘连接。
6.根据权利要求4所述的超材料，其特征在于，所述两组互相垂直的导电几何结构是以下形状中的至少一种:十字型、十字衍生型、工字型、工字衍生型、嵌套十字型、嵌套环形、嵌套框形、以及四边形。
7.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构分别对应水平极化方向与垂直极化方向。
8.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响小于第一预定阈值。
9.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，所述两组相互垂直的导电几何结构相互之间的极化影响包括以下至少之一: 所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效回路之间的相互影响； 所述两组相互垂直的导电几何结构分别构成的有效电容之间的相互影响。
10.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述导电几何结构是由导电材料制成的具有几何图形的平面和/或立体结构。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的超材料，其特征在于，不同形状、相同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布；或者相同形状、不同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布；或者不同形状、不同大小、不同线宽或者相同线宽的导电几何结构交错排布。
12.—种天线，其特征在于，所述天线包括天线面，所述天线面包括权利要求1至11中任一项所述的超材料。
13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述天线面能够以所述天线面的法向为轴旋转，所述旋转用于进行极化对准。
14.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，所述天线还包括伺服板，所述天线面通过所述天线面的旋转轴套接在所述伺服板的旋转轴上进行旋转。
15.根据权利要求14所述的天线，其特征在于，所述伺服板还包括旋转关节，所述旋转关节设置在所述伺服板的旋转轴之上，用于增大所述伺服板支撑所述天线面的支撑面积。
16.根据权利要求12至15中任意一项所述的天线，其特征在于，所述天线设置于飞行器、机动车、地面固定装置或船的通信设备上。
【文档编号】H01Q15/00GK104466419SQ201310426106
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司