专利名称：正后馈式卫星电视天线及卫星电视收发系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种正后馈式卫星电视天线及其卫星电视收发系统。
背景技术：
传统的卫星电视接收系统是由抛物面天线、馈源、高频头、卫星电视信号转换机组成的卫星地面接收站。抛物面天线负责将卫星电视信号反射到位于焦点处的馈源和高频头。馈源是在抛物面天线的焦点处设置的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。ニ是对接收的电磁波进行极化转换。高频头LNB (亦称降频器)是将馈源送来的卫星电视信号进行降频和信号放大然后传送至卫星电视信号转换机。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)。LNB 的工作流程就是先将卫星高频讯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，以利于同轴电缆的传输及卫星电视信号转换机的解调和工作。卫星电视信号转换机是将高频头输送来的卫星电视信号进行解调，解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。接收卫星电视信号时，平行的电磁波(平面波)通过抛物面天线反射后，汇聚到馈源上。通常，抛物面天线对应的馈源是ー个喇叭天线。但是由于抛物面天线的反射面的曲面加工难度大，精度要求也高，因此，制造麻烦、成本较高，且产品的一致性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的卫星电视天线加工不易、成本高且产品一致性较差的缺陷，提供ー种加工简单、制造成本低及产品一致性高的正后馈式卫星电视天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是ー种正后馈式卫星电视天线，让位于ー侧的卫星电视信号透过而被位于另ー侧的馈源所接收或让由位于ー侧的卫星电视信号收发器产生的卫星电视信号透过而从另ー侧发出，包括固定于房屋窗户的超材料面板，所述超材料面板包括核心层和设置在核心层上卫星电视信号入射侧的阻抗匹配层，所述核心层包括多个厚度相同且折射率分布相同的核心层片层，每个核心层片层包括叠加在一起的呈片状的第一基材、第二基材以及置于所述第一基材和第二基材之间的多个人造微结构，所述卫星电视信号收发器与所述核心层片层的中心的连线垂直于所述核心层片层；以所述核心层片层所在的平面为xoy坐标面，将所述核心层片层的中心作为原点0，以指向卫星的方向为y轴的正向，以通过原点O并垂直于xoy坐标面的直线为z轴，且以指向卫星的 方向为z轴的正向，建立xyz三维直角坐标系，则所述核心层片层上任意一点的折射率η (X，y，o)为
n(x, y，0) = nmax - dis_v『—，dis = Cifd2,Ci1 = Vx2 + y2 + Zs2Ource ’d2 = sin a cos β (χ-χΑ) -sin β (y-yA),Vsegment = SS+λ *numsegment，ss = -sin a cos β xA+sin β yA-cos a cos β Zsource,numsegment = floor,
入D =-，
nmax_nmin其中，n_表示核心层片层的折射率的最大值；Iiniin表示核心层片层的折射率的最小值；α、β分别为卫星的方位角和仰角，方位角是卫星与正南方向之间的夹角，记南偏西记为正值、南偏东为负值，仰角是卫星与水平面之间的夹角；(xA，yA，0)表示卫星在核心层片层上的投影点与原点O的连线OA与核心层片层边界的交点A，其坐标为
( L xA = --SinyIL，
Ya = 2 cosY、 OL表示核心层片层上以OA连线为半径所形成的圆的直径；γ表示卫星在核心层片层上的投影点与原点O的连线OA与y轴之间的夹角，Y为Y = tan-1(^^),
Vsin β ノγ取正值，y轴逆时针旋转Y角度得到直线0A，Y取负值，y轴顺时针旋转Y角度得到直线OA ；λ表示卫星电视信号的波长；floor表示向下取整；(0,0, Zsource)表示等效虚拟点源的坐标。进ー步地，所述超材料面板还包括设置在核心层的另一相对侧的阻抗匹配层。进ー步地，每个阻抗匹配层包括多个阻抗匹配层片层，每个阻抗匹配层片层包括叠加在一起的呈片状的第一基材、第二基材以及置于所述第一基材和第二基材之间的多个人造微结构。进ー步地，阻抗匹配层片层的折射率Iii为
m-in. = ( nmin+nmax^~，其中，i表示阻抗匹配层片层的编号，靠近所述核心层的
阻抗匹配层片层的编号为m，由核心层向z轴的正负两个方向，编号依次减小，核心层任ー侧的最外侧的阻抗匹配层片层的编号为I。进ー步地，所述核心层的厚度dMID与其任一侧的阻抗匹配层的厚度之间满足下列关系式λ ^ (nmax_nmin) * (dMID+2dIML)。进ー步地，所述核心层片层和阻抗匹配层片层的第一基材、第二基材均由聚苯こ烯制成。进ー步地，所述核心层片层的第一基材和第二基材的厚度均为O. 5_。进ー步地，所述阻抗匹配层片层的第 一基材和第二基材的厚度均为O. 5_。进ー步地，所述人造微结构是呈平面雪花状的金属微结构，所述金属微结构具有相互垂直平分的第一金属线及第二金属线，所述第一金属线与第二金属线的长度相同，所述第一金属线两端连接有相同长度的两个第一金属分支，所述第一金属线两端连接在两个第一金属分支的中点上，所述第二金属线两端连接有相同长度的两个第二金属分支，所述第二金属线两端连接在两个第二金属分支的中点上，所述第一金属分支与第二金属分支的长度相等。进ー步地，所述核心层片层和阻抗匹配层片层中，每个金属微结构及其所在的第一基材和第二基材部分称为ー个超材料単元，所述超材料単元是ー长、宽均等于2. 8mm的方形区域。根据本发明的正后馈式卫星电视天线，由片状的超材料面板代替了传统的抛物面天线，制造加工更加容易，成本更加低廉，且产品的一致性高，同时，本发明的正后馈式卫星电视天线固定于窗户，可延长其使用寿命。另外，本发明还提供了一种卫星电视收发系统。一种卫星电视收发系统，包括馈源、与馈源电性连接的高频头、与高频头电性连接的信号转换机和正后馈式卫星电视天线，所述馈源位于所述正后馈式卫星电视天线上与卫星电视信号入射侧相对的另ー侧，所述正后馈式卫星电视天线包括固定于房屋窗户的超材料面板。进ー步地，所述高频头的输入频率为11. 7 12. 2GHzο
图I是本发明一实施例中的正后馈式卫星电视天线的结构示意图；图2是本发明的核心层片层的结构示意图；图3是本发明的核心层片层中的ー个超材料単元的透视示意图；图4是本发明的平面雪花状的金属微结构的示意图；图5是本发明的阻抗匹配层片层的结构示意图；图6和图7是本发明的一个长、宽均为L的核心层片层的示意图，其中建立了三维直角坐标系xyz ；图8是图4中的平面雪花状的金属微结构的拓扑形状的演变的第一阶段；图9是图4中的平面雪花状的金属微结构的拓扑形状的演变的第二阶段；图10是图4所示的平面雪花状的金属微结构的ー种衍生结构；图11是图4所示的平面雪花状的金属微结构的ー种变形结构；
图12是本发明一实施例中的卫星电视收发系统的结构示意图。
具体实施例方式如图I所示，为本发明一实施例的正后馈式卫星电视天线的结构示意图，所述正后馈式卫星电视天线包括超材料面板100，其包括核心层10及设置核心层的两相对侧表面的阻抗匹配层20。所述超材料面板100可呈方形、圆形或椭圆形等任意形状，如图I中所示的超材料面板100呈方形。请继续參考图2至图4，所述核心层10包括多个重叠在一起的厚度相同且折射率分布相同的核心层片层11。本实施例中，所述核心层10包括四个核心层片层11，如图I所示。每个核心层片层11包括叠加在一起的呈片状的第一基材131、第二基材132以及置于 所述第一基材131和第二基材132之间的多个人造微结构12。一般将每个人造微结构12及其所在的第一基材131和第二基材132部分称为ー个超材料単元，如图4所示，则所述核心层片层11可看作是由多个超材料単元阵列而成。一般，超材料単元的几何尺寸与穿过所述核心层片层11的电磁波波长有夫。本实施例中，所述核心层片层11的厚度为1.018mm，其中，第一基板131及第ニ基板132的厚度均为O. 5_，人造微结构12的厚度为O. 018_。请继续參考图5，所述阻抗匹配层20包括多个重叠在一起的厚度相同的阻抗匹配层片层21。本实施例中，所述阻抗匹配层20包括两个阻抗匹配层片层21，每个阻抗匹配层片层21与核心层片层11 ー样，包括叠加在一起的呈片状的第一基材231、第二基材232以及置于所述第一基材231和第二基材232之间的多个人造微结构(图未示)。请继续參考图6和图7，以所述核心层片层11所在的平面为xoy坐标面建立直角坐标系。以所述核心层片层11上的任一直线作为I轴(也即铅垂线)，以指向卫星7的方向为y轴的正向，将y轴上的任意一点(图7中为核心层片层11的中心)作为原点0，以通过原点O并垂直于y轴的直线为X轴、以通过原点O并垂直于xoy坐标面(也即所述核心层片层11)的直线为z轴，且以指向卫星7的方向为z轴的正向，从而建立xyz三维直角坐标系。则所述核心层片层11上任意一点的折射率η(X，y，0)为n(x, y, 0) = nmax - ￡1^1=1 ⑴，dis = Ci^d2 (2)，Ci1 = Vx2 + y" + Z^ource (3)，d2 = sin a cos β (χ-χΑ) -sin β (y-yA) (4)，Vsegment = SS+ λ *numseg_t (5)，ss = -sin a cos β xA+sin β yA-cos a cos β Zsource (6)，numsegment = floor ~ I (7)，D = -—-—- (8)，其中，n_表示核心层片层11的折射率的最大值；Iiniin表示核心层片层11的折射率的最小值；α、β分别为卫星的方位角和仰角，方位角是卫星与正南方向之间的夹角，记南偏西记为正值、南偏东为负值，仰角是卫星与水平面之间的夹角；(xA, yA,0)表示卫星在核心层片层11上的投影点与原点O的连线OA与核心层片层11边界的交点A，其坐标为
权利要求
1.一种正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述正后馈式卫星电视天线让位于ー侧的卫星电视信号透过而被位于另ー侧的卫星电视信号收发器所接收或让由位于ー侧的卫星电视信号收发器产生的卫星电视信号透过而从另ー侧发出，包括固定于房屋窗户的超材料面板，所述超材料面板包括核心层和设置在核心层上卫星电视信号入射侧的阻抗匹配层，所述核心层包括多个厚度相同且折射率分布相同的核心层片层，每个核心层片层包括叠加在一起的呈片状的第一基材、第二基材以及置于所述第一基材和第二基材之间的多个人造微结构，所述卫星电视信号收发器与所述核心层片层的中心的连线垂直于所述核心层片层；以所述核心层片层所在的平面为Xoy坐标面，将所述核心层片层的中心作为原点0，以指向卫星的方向为I轴的正向，以通过原点O并垂直于xoy坐标面的直线为z轴，且以指向卫星的方向为z轴的正向，建立xyz三维直角坐标系，则所述核心层片层上任意一点的折射率n(x，y，0)为
2.根据权利要求I所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述超材料面板还包括设置在核心层的另一相对侧的阻抗匹配层。
3.根据权利要求2所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在干，每个阻抗匹配层包括多个阻抗匹配层片层，每个阻抗匹配层片层包括叠加在一起的呈片状的第一基材、第二基材以及置于所述第一基材和第二基材之间的多个人造微结构。
4.根据权利要求3所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在干，阻抗匹配层片层的折射率Hi为 η. = ( ^+。職严，其中，i表示阻抗匹配层片层的编号，靠近所述核心层的阻抗匹配层片层的编号为m，由核心层向z轴的正负两个方向，编号依次减小，核心层任ー侧的最外侧的阻抗匹配层片层的编号为I。
5.根据权利要求3所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层的厚度dMID与其任一侧的阻抗匹配层的厚度dm之间满足下列关系式 入 (nmax_nmin) * (dMID+2dIML)。
6.根据权利要求3所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层片层和阻抗匹配层片层的第一基材、第二基材均由聚苯こ烯制成。
7.根据权利要求6所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层片层的第一基材和第二基材的厚度均为O. 5_。
8.根据权利要求7所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述阻抗匹配层片层的第一基材和第二基材的厚度均为O. 5mm。
9.根据权利要求8所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述人造微结构是呈平面雪花状的金属微结构，所述金属微结构具有相互垂直平分的第一金属线及第二金属线，所述第一金属线与第二金属线的长度相同，所述第一金属线两端连接有相同长度的两个第一金属分支，所述第一金属线两端连接在两个第一金属分支的中点上，所述第二金属线两端连接有相同长度的两个第二金属分支，所述第二金属线两端连接在两个第二金属分支的中点上，所述第一金属分支与第二金属分支的长度相等。
10.根据权利要求9所述的正后馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层片层和阻抗匹配层片层中，姆个金属微结构及其所在的第一基材和第二基材部分称为ー个超材料单元，所述超材料単元是ー长、宽均等于2. 8mm的方形区域。
11.一种卫星电视收发系统，包括馈源、与馈源电性连接的高频头以及与高频头电性连接的信号转换机，其特征在于，所述卫星电视收发系统还包括如权利要求I至10中任意一项所述的正后馈式卫星电视天线，所述馈源位于所述正后馈式卫星电视天线上与卫星电视信号入射侧相对的另ー侧。
12.根据权利要求11所述的卫星电视收发系统，其特征在于，所述高频头的输入频率为 11. 7 12. 2GHz。
全文摘要
本发明公开了一种正后馈式卫星电视天线，让位于一侧的卫星电视信号透过而被位于另一侧的卫星电视信号收发器所接收，包括固定于房屋窗户的超材料面板，所述超材料面板包括核心层和设置在核心层上卫星电视信号入射侧的阻抗匹配层，所述核心层包括多个厚度相同且折射率分布相同的核心层片层，每个核心层片层包括叠加在一起的呈片状的第一基材、第二基材以及置于所述第一基材和第二基材之间的多个人造微结构，所述卫星电视信号收发器与所述核心层片层的中心的连线垂直于所述核心层片层。本发明正后馈式卫星电视天线，由片状的超材料面板代替了传统的抛物面天线，制造加工容易，成本低廉，且产品的一致性高。本发明还提供了一种卫星电视收发系统。
文档编号H04N5/44GK102683881SQ201210133068
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者刘若鹏, 季春霖, 岳玉涛, 李星昆, 杨青, 殷俊 申请人:深圳光启创新技术有限公司