专利名称：一种便携式卫星天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，更具体 地说，涉及一种便携式卫星天线。
背景技术：
传统的卫星天线接收系统是由抛物面反射板、馈源、高频头、卫星接收机组成的卫星地面接收站。抛物面反射板负责将卫星信号反射到位于焦点处的馈源和高频头内。馈源是在抛物面反射板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)。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。接收卫星信号时，平行的电磁波通过抛物面反射板反射后，汇聚到馈源上。通常，抛物面反射板对应的馈源是ー个喇叭天线。但是由于抛物面反射板的反射面的曲面加工难度大，精度要求也高，因此，制造麻烦,且成本较高。另外，传统的卫星天线，通常抛物面反射板因为体积大不容易调节俯仰角，因此给操作带来麻烦。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有的卫星天线不便于携带且造成调节不方便的缺陷，提供一种体积小、便于携带且俯仰角调节方便的便携式卫星天线。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是ー种便携式卫星天线，包括馈源、一端连接馈源的馈源支杆、反射板、将馈源支杆另一端与反射板固定连接的反射板框架、底座、反射板仰角调节装置，所述底座上设有ー固定杆，所述反射板仰角调节装置包括套设在所述固定杆上且可沿所述固定杆轴向移动的滑块和一端铰接在所述反射板框架上、另一端铰接在所述滑块上的连杆，所述滑块上设有定位螺栓，所述定位螺栓穿过所述滑块抵顶在所述固定杆表面上而将所述滑块定位，所述反射板为超材料平面反射板，所述超材料平面反射板包括核心层、设置在核心层ー侧表面的反射层，所述核心层包括ー个核心层片层或者厚度相同且折射率分布相同的多个核心层片层，姆ー个核心层片层包括片状的第一基材以及设置在第一基材上的多个第一人造微结构。进ー步地，所述馈源支杆一端设有ー个成U形的弾性卡套，所述馈源被卡紧地插入所述弹性卡套。进ー步地，所述馈源支杆设有弾性卡套的一端开设有滑移槽，所述弹性卡套套在所述馈源支杆上，一滑移螺栓穿过所述弾性卡套的两侧壁及所述滑移槽并与螺母配合锁紫。进ー步地，所述弹性卡套上开设有以所述滑移螺栓的轴线为圆心轴的弧形槽，一角度调节螺栓穿过所述弧形槽的任一点及滑移槽并与螺母配合锁紧。进ー步地，所述核心层片层的折射率分布满足如下公式
_2] n(r) て-Vseg ;Vseg = s+入 XNUMseg ； I 2 2NUMseg = floor -};
/LD =-;
^iTiax — f7Imn其中，n(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值，核心层片层的折射率分布圆心即为馈源等效点在超材料平面反射板外侧表面所在平面的投影，所述圆心与超材料平面反射板的下边沿相距sy ；s为馈源等效点到超材料平面反射板的垂直距离；η_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；λ表示频率为天线中心频率的电磁波的波长； floor表示向下取整。进ー步地，所述第一基材包括片状的第一前基板及第一后基板，所述多个第一人造微结构夹设在第一前基板与第一后基板之间，所述核心层片层的厚度为O. 21-2. 5mm，其中，第一前基板的厚度为O. I-Imm,第一后基板的厚度为O. I-Imm,多个第一人造微结构的厚度为 O. 01-0. 5mm。进ー步地，所述超材料平面反射板还包括设置在核心层另ー侧表面的阻抗匹配层，所述阻抗匹配层包括一个阻抗匹配层片层或者厚度相同的多个阻抗匹配层片层，所述阻抗匹配层片层包括片状的第二基材以及设置在第二基材上的多个第二人造微结构，所述阻抗匹配层片层的折射率分布满足如下公式
■m—in；(r) = 11]in xii (r) m ;dl + 2xd2 =---;
^max ^min其中，ni(r)表示阻抗匹配层片层上半径为r处的折射率值，阻抗匹配层片层的折射率分布圆心即为馈源等效点在相应的阻抗匹配层片层外侧表面所在平面的投影；其中，i表示阻抗匹配层片层的编号，靠近馈源的阻抗匹配层片层的编号为m，由馈源向核心层方向，编号依次减小，靠近核心层的阻抗匹配层片层的编号为I ;上述的nmax、nmin分别与核心层片层的折射率的最大值、最小值相同；dl为阻抗匹配层的厚度；d2为核心层的厚度。进ー步地，所述第二基材包括片状的第二前基板及第ニ后基板，所述多个第二人造微结构夹设在第二前基板与第二后基板之间，所述阻抗匹配层片层的厚度为
O.21-2. 5mm，其中，第二前基板的厚度为O.第二后基板的厚度为O. 1-lmm，多个第二
人造微结构的厚度为O. 01-0. 5mm。进ー步地，所述第一人造微结构及第二人造微结构均为由铜线或银线构成的金属微结构，所述金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在第一基材及第二基材上。进ー步地，所述金属微结构呈平面雪花状，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，所述平面雪花状的金属微结构的每个第一金属分支及每个第二金属分支的两端还连接有完全相同的第三金属分支，相应的第三金属分支的中点分别与第一金属分支及第ニ金属分支的端点相连。进ー步地，所述平面雪花状的金属微结构的第一金属线与第二金属线均设置有两个弯折部，所述平面雪花状的金属微结构绕垂直于第一金属线与第二金属线交点的轴线向任意方向旋转90度的图形都与原图重合。根据本发明的便携式卫星天线，利用反射板仰角调节装置可以改变反射板的仰角，以适应不同应用场合的需求。另外，由于通过精确设计核心层的折射率分布，使得特定角度的平面波经超材料平面反射板后能够在馈源处汇聚，因此可以由片状的超材料平面反射板代替传统的抛物面反射板，制造加工更加容易，成本更加低廉，另外依此设计的超材料平面反射板整体厚度在毫米级别，相当的轻薄。
图I是本发明的超材料平面反射板汇聚电磁波的示意图；图2是本发明的核心层片层其中ー个超材料単元的透视示意图；图3是本发明的核心层片层的结构示意图；图4是本发明的阻抗匹配层片层的结构示意图；图5是本发明的平面雪花状的金属微结构的示意图；图6是图5所示的平面雪花状的金属微结构的ー种衍生结构；图7是图5所示的平面雪花状的金属微结构的一种变形结构。图8是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是本发明一种实施例的便携式卫星天线的结构示意图；图11是图10的另ー视角图；图12是图11中局部A的放大图；图13是图11中局部C的放大图；图14是图11中局部B的放大图；图15是本发明一种实施例的便携式卫星天线作为发射天线时的仿真图16是本发明一种实施例的便携式卫星天线作为接收天线时的仿真图。
具体实施例方式本发明涉及ー种便携式卫星天线，如图10至11所示，包括馈源I、馈源支杆5、反射板100、固定反射板100的反射板框架6、底座7及反射板仰角调节装置，所述馈源支杆5的一端与馈源I连接，另一端与反射板框架6可拆卸地连接，以便于在携帯中将馈源拆下。具体连接结构如图13所示，馈源支杆5的末端与反射板框架6上设有的折边60对齐，ー螺栓穿过该折边60和馈源支杆5从而将二者紧固。馈源I被U形的弾性卡套51卡紧夹持，弾性卡套51装在馈源支杆5的一端，使得馈源I连接在馈源支杆5的一端上。如图12所示，弾性卡套51成U形，具有两个平行的侧壁构成的弹性臂，馈源I插入两弾性臂之间被卡紧。两弹性臂的前端成弧形，与馈源I的表面配合，可更好地夹持馈源I。当需要取下馈源I时，直接对馈源I向外施カ即可。采用这种弹性夹持机构比螺纹固定等安装方式相比其拆装操作大大简化。为了使馈源I到反射板100的距离和角度可以微调使效果最佳，馈源支杆5与弹性卡套51之间为活动连接，具体结构如图12所示，馈源支杆5的一端沿杆轴向开设有一定长度的滑移槽50，弾性卡套51套在馈源支杆5外面，滑移螺栓依次穿过弹性卡套的ー个侧壁、滑移槽、弾性卡套的另ー个侧壁后，与适配的螺母配合锁紧。当需要馈源I靠近反射板100时，松开螺母，将弹性卡套51沿滑移槽50向下移动到所需的位置，锁紧螺母即可。反之亦然。本实施例中，滑移槽50的长度为50mm。馈源I到反射板100的距离调节通过滑移槽50来实现，馈源I中心轴与反射板100之间的角度通过弧形槽510来实现。如图12所示，弾性卡套51的两个弹性臂上分别开设有以滑移螺栓的轴线为圆心轴的弧形槽510，两弧形槽510完全相同，角度调节螺栓依次穿过ー个弹性臂上的弧形槽510、滑移槽50、另ー个弹性臂上的弧形槽510后，与适配的螺母配合锁紧。当需要调节馈源I与反射板100之间的角度时，松开螺母，将弹性卡套510沿弧形槽510绕滑移螺栓转动至一定角度，锁紧螺母即可。本实施例中，弧形槽的角度为-30°至+30。。馈源支杆5成L形，末端被如图13所示地固定在反射板框架6上，其弯折处与底座7的边缘铰接，使得馈源支杆5可绕铰接轴转动。为了调节和固定反射板100相对于底座7的角度，本发明的便携式卫星天线还设有反射板仰角调节装置，如图11、图14所示，该调节装置包括滑块81、连杆8以及定位螺栓83。其中底座7为圆环形，沿其直径方向设有一根固定杆71，滑块81成套筒形并套在固定杆71上且可沿固定杆71轴向移动。连杆8 一端与反射板框架6铰接，另一端与滑块81铰接，则反射板框架6、连杆8、滑块81以及固定杆71共同构成ー个曲柄滑块机构，可以实现反射板框架6与固定杆71也即底座7之间的角度调节。滑块上设有定位螺栓83，当角度调节好后，拧紧定位螺栓83使其穿过滑块81抵顶在固定杆71表面上而将滑块81定位，则整个曲柄滑块机构的角度和位置也都固定下来。为了便于角度的精确调节，如图14所示，固定杆71表面还印有刻度尺，可以在产品说明书中标明滑块81移动至各个刻度时所对应的反射板100的仰角，方便用户操作更便捷、更直 观。本实施例中，所述反射板100为超材料平面反射板，如图I至图3所示，根据本发明的便携式卫星天线包括设置在馈源I后方的超材料平面反射板100，所述超材料平面反射板100的下边沿与馈源I的上端处于同一水平。所述超材料平面反射板100包括核心层10及设置在核心层ー侧表面上的反射层200，所述核心层10包括ー个核心层片层或者厚度相同且折射率分布相同的多个核心层片层11，所述核心层片层包括片状的第一基材13以及设置在第一基材13上的多个第一人造微结构12，馈源中轴线Zl与超材料平面反射板100的中轴线Z2具有一定的夹角0，即图I中的中轴线Zl与直线Z3的夹角(Z3为Zl的平行线)，馈源I不在超材料平面反射板100的中轴线Z2上，实现了天线的偏馈。另外馈源为传统的波纹喇叭。另外，本发明中，反射层为具有光滑的表面的金属反射板，例如可以是抛光的铜板、铝板或鉄板等，也可是PEC(理想电导体)反射面，当然也可以是金属涂层。本发明中，所述超材料平面反射板100任一纵截面具有相同的形状与面积，此处的纵截面是指超材料平面反射板中与超材料平面反射板的中轴线垂直的剖面。所述超材料平面反射板的纵截面为方形、圆形或椭圆形，优选地，所述超材料平面反射板的纵截面为方形，这样得到的超材料平面反射板容易加工，例如300X 300mm或450X450mm的正方形。圆形可以是直径为250、300或450mm的圆形。本发明中，所述核心层片层的折射率分布满足如下公式
权利要求
1.ー种便携式卫星天线，包括馈源、一端连接馈源的馈源支杆、反射板、将馈源支杆另一端与反射板固定连接的反射板框架、底座、反射板仰角调节装置，其特征在于，所述底座上设有ー固定杆，所述反射板仰角调节装置包括套设在所述固定杆上且可沿所述固定杆轴向移动的滑块和一端铰接在所述反射板框架上、另一端铰接在所述滑块上的连杆，所述滑块上设有定位螺栓，所述定位螺栓穿过所述滑块抵顶在所述固定杆表面上而将所述滑块定位，所述反射板为超材料平面反射板，所述超材料平面反射板包括核心层及设置在核心层ー侧表面的反射层，所述核心层包括ー个核心层片层或者多个相同的核心层片层，每ー个核心层片层包括片状的第一基材以及设置在第一基材上的多个第一人造微结构。
2.根据权利要求I所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述馈源支杆一端设有ー个成U形的弾性卡套，所述馈源被卡紧地插入所述弹性卡套。
3.根据权利要求2所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述馈源支杆设有弾性卡套的一端开设有滑移槽，所述弹性卡套套在所述馈源支杆上，一滑移螺栓穿过所述弾性卡套的两侧壁及所述滑移槽并与螺母配合锁紧。
4.根据权利要求I所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述弹性卡套上开设有以所述滑移螺栓的轴线为圆心轴的弧形槽，一角度调节螺栓穿过所述弧形槽的任一点及滑移槽并与螺母配合锁紧。
5.根据权利要求I所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述核心层片层的折射率分布满足如下公式
6.根据权利要求5所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述核心层的厚度为Dh，2Dh=D。
7.根据权利要求5所述的便携式卫星天线，其特征在干，所述第一基材包括片状的第一前基板及第一后基板，所述多个第一人造微结构夹设在第一前基板与第一后基板之间，所述核心层片层的厚度为O. 21-2. 5mm,其中，第一前基板的厚度为O.第一后基板的厚度为O. I-Imm,多个第一人造微结构的厚度为O. 01-0. 5mm。
8.根据权利要求5所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述超材料平板还包括设置在核心层另ー侧表面的阻抗匹配层，所述阻抗匹配层包括一个阻抗匹配层片层或多个厚度相同的阻抗匹配层片层，所述阻抗匹配层片层包括片状的第二基材以及设置在第二基材上的多个第二人造微结构，所述ー个或多个阻抗匹配层片层的折射率分布满足如下公式 ■m—i ni(r) = —SXn(r)m ; 其中，n, (r)表示阻抗匹配层片层上半径为r处的折射率值，阻抗匹配层片层的折射率分布圆心即为馈源等效点在相应的阻抗匹配层片层外侧表面所在平面的投影； 其中，i表示阻抗匹配层片层的编号，靠近馈源的阻抗匹配层片层的编号为m，由馈源向核心层方向，编号依次减小，靠近核心层的阻抗匹配层片层的编号为I ; 上述的nmax、nmin分别与核心层片层的折射率的最大值、最小值相同。
9.根据权利要求8所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述核心层的厚度为Dh，所述阻抗匹配层的厚度为Dz，Dz+2Dh = D。
10.根据权利要求8所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述第二基材包括片状的第ニ前基板及第ニ后基板，所述多个第二人造微结构夹设在第二前基板与第二后基板之间，所述阻抗匹配层片层的厚度为O. 21-2. 5mm,其中,第二前基板的厚度为O. I-Imm,第二后基板的厚度为O. I-Imm,多个第二人造微结构的厚度为O. 01-0. 5mm。
11.根据权利要求5所述的便携式卫星天线，其特征在于，所述第一人造微结构及第ニ人造微结构均为由铜线或银线构成的金属微结构，所述金属微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在第一基材及第ニ基材上，所述金属微结构呈平面雪花状，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。
全文摘要
本发明公开了一种便携式卫星天线，包括馈源、一端连接馈源的馈源支杆、反射板、将馈源支杆另一端与反射板固定连接的反射板框架、设有固定杆的底座、还包括反射板仰角调节装置，其包括套设在固定杆上且可沿固定杆轴向移动的滑块和一端铰接在反射板框架上、另一端铰接在滑块上的连杆，滑块上设有定位螺栓，定位螺栓穿过滑块抵顶在固定杆表面上而将滑块定位，反射板为超材料平面反射板，包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射层，核心层包括至少一个核心层片层，每一个核心层片层包括片状的第一基材以及设置在第一基材上的多个第一人造微结构。本发明的便携式卫星天线，利用反射板仰角调节装置可以改变反射板的仰角，以适应不同应用场合的需求。
文档编号H01Q3/20GK102683855SQ20121013276
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, 吕晶, 季春霖, 胡峰 申请人:深圳光启创新技术有限公司