超材料及平板卫星通信天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种超材料及平板卫星通信天线，该超材料包括至少一个超材料片层，超材料片层包括基材和附着在基材上的多个导电几何结构，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，导电几何结构包括：第一子结构，用于在第一频段内与基材共同作用产生电磁波的第一相位调制覆盖范围；第二子结构，嵌套于第一子结构的外侧，用于在第一频段内与基材共同作用产生电磁波的第二相位调制覆盖范围，其中，第二相位调制覆盖范围与第一相位调制覆盖范围相叠加得到导电几何结构的相位调制覆盖范围。本实用新型解决了相关技术中导电几何结构的电磁波调制能力不足的问题，提高了导电几何结构对电磁波的调制能力。
【专利说明】超材料及平板卫星通信天线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种嵌套结构的超材料及平板卫星通信天线。
【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]为了实现对电磁波进行调制以达到信号波束沿指定方向射出的目的，相关技术中，譬如在反射阵列天线中，需要使用能对入射电磁波进行任意相位调制的导电几何结构功能单元体系，比如，在一层板面上按一定规律排列元胞尺寸约为半波长量级的同一系列但参数不同的金属贴片单元对电磁波起到调制作用，该导电几何结构单元体系在该元胞尺寸下能够通过参数的变化实现覆盖360度以上的相位调制能力，但其元胞尺寸并未向更小的方向发展；再比如，在纵向层叠的多个板面上排布元胞尺寸相同但形状不同或个体尺寸不同的导电几何结构，通过叠加后的相互作用实现单层导电几何结构所不具备的较大的电磁波相位调制作用。
[0004]由上述相关技术中的方案可见，通过使用单层半波长量级元胞尺寸的金属贴片导电几何结构与介质基材进行结合以实现对电磁波相位的调制量达到或超过360度，会导致所设计的导电几何结构板面元胞尺寸较大、离散程度较高。在此基础上，由于导电几何结构是根据单元中心位置所对应的相位分布进行设计的，因此元胞尺寸越大其非中心位置带来的相位调制误差越大，即离散化程度引入的误差越大。由此可见，在此种方案中，元胞尺寸远小于半波长的导电几何结构体系能够较好地缓解离散化引起的误差，但小尺寸导电几何结构普遍难以实现满足应用需求的电磁波调制覆盖范围，即达到或超过360度。另外，在另一种解决方案中，多层导电几何结构共同作用实现相位调制能力的做法会在一定程度上增加整体的厚度和加工工艺复杂度。
[0005]针对相关技术中导电几何结构的电磁波调制能力不足的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
[0006]本实用新型提供了一种超材料及平板卫星通信天线，以至少解决上述问题。[0007]根据本实用新型的一个方面，提供了一种包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基材和附着在所述基材上的多个导电几何结构，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，所述导电几何结构包括:第一子结构，用于在第一频段内与所述基材共同作用产生电磁波的第一相位调制覆盖范围；第二子结构，嵌套于所述第一子结构的外侧，用于在所述第一频段内与所述基材共同作用产生所述电磁波的第二相位调制覆盖范围，其中，所述第二相位调制覆盖范围与所述第一相位调制覆盖范围相叠加得到所述导电几何结构的相位调制覆盖范围。
[0008]优选地，所述第一子结构包括相互垂直且仅有一个交叉点的两个工字形结构；或所述第一子结构包括十字框形结构；或所述第一子结构包括方形结构。
[0009]优选地，所述第二子结构是框形结构，嵌套于所述第一子结构的外侧，所述框形结构与所述第一子结构的形状相应。
[0010]优选地，所述多个导电几何结构中至少两个导电几何结构是不同的。
[0011]优选地，所述超材料片层为多层，其中，所述多层超材料片层中至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构；或所述多层超材料片层中至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构。
[0012]优选地，所述至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构是指在所述至少两个超材料片层中每一个超材料片层都具有相同形状和相同排布的多个导电几何结构；所述至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构是指至少一个超材料片层上的多个导电几何结构在至少以下之一上与其他超材料片层的多个导电几何结构不同:所述多个导电几何结构的形状，所述多个导电几何结构的排布。
[0013]根据本实用新型的另一个方面，提供了一种平板卫星通信天线，所述天线包括天线面，所述天线面包括上述第一至六项方案中任一项所述的超材料和设置在所述超材料一侧的反射层。
[0014]优选地，所述天线还包括:旋转装置，用于以所述天线面的法向为轴旋转所述天线面进行极化对准。
[0015]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以进行旋转。
[0016]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。
[0017]优选地，根据以下至少之一确定所述导电几何结构在所述基材上的排布:馈源参数、馈源位置、波束发射、接收方向。
[0018]优选地，所述天线还包括馈源，所述馈源根据所述天线面的旋转进行移动，以保持与所述天线面的相对位置。
[0019]本实用新型通过以下结构:包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基材和附着在所述基材上的多个导电几何结构，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，所述导电几何结构包括:第一子结构，用于在第一频段内与所述基材共同作用产生电磁波的第一相位调制覆盖范围；第二子结构，嵌套于所述第一子结构的外侧，用于在所述第一频段内与所述基材共同作用产生所述电磁波的第二相位调制覆盖范围，其中，所述第二相位调制覆盖范围与所述第一相位调制覆盖范围相叠加得到所述导电几何结构的相位调制覆盖范围，解决了相关技术中导电几何结构的电磁波调制能力不足的问题，从而提高了导电几何结构对电磁波的调制能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0021]图1是根据本实用新型实施例的平板卫星通信天线汇聚电磁波的示意图；
[0022]图2是根据本实用新型实施例的超材料片层的结构示意图；
[0023]图3是根据本实用新型实施例的阻抗匹配层片层的结构示意图；
[0024]图4是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的结构示意图；
[0025]图5a是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的生长参数L的变化示意图一；
[0026]图5b是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的生长参数L的变化不意图二;
[0027]图5c是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的生长参数L的变化示意图三；图6是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数L的变化的示意图；
[0028]图6c是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第一子结构的结构示意图；
[0029]图6d是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第一子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况图；
[0030]图6e是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第二子结构的结构示意图；
[0031]图6f是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第二子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况图；
[0032]图6g是根据本实用新型实施例的嵌套前、后的导电几何结构的调制能力随生长参数的变化比较示意图；
[0033]图7是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的示意图；
[0034]图7a_l是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的生长参数L的
变化示意图一；
[0035]图7a_2是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的生长参数L的变化示意图二；图7b是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数L的变化的示意图；
[0036]图7c是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第一子结构的结构示意图；
[0037]图7d是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第一子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况图；
[0038]图7e是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第二子结构的结构示意图；
[0039]图7f是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第二子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况图；
[0040]图7g是根据本实用新型实施例的嵌套前、后的十字框形导电几何结构的调制能力随生长参数的变化比较示意图；
[0041]图8是根据本实用新型实施例的方框嵌套导电几何结构的示意图；
[0042]图8a是根据本实用新型实施例的方框嵌套导电几何结构的仿真示意图；
[0043]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、超材料片层；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；56、分支结构；60、第二基材；62、第二前基板；64、第二后基板；66、第一子结构；68、第二子结构。
【具体实施方式】
[0044]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。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。
[0045]实施例一
[0046]本实用新型实施例提供了一种超材料，包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基材和附着在所述基材上的多个导电几何结构，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，所述导电几何结构包括:第一子结构，用于在第一频段内与所述基材共同作用产生电磁波的第一相位调制覆盖范围；第二子结构，嵌套于所述第一子结构的外侧，用于在所述第一频段内与所述基材共同作用产生所述电磁波的第二相位调制覆盖范围，其中，所述第二相位调制覆盖范围与所述第一相位调制覆盖范围相叠加得到所述导电几何结构的相位调制覆盖范围。通过上述结构，利用所设计的嵌套结构的导电几何结构实现在元胞尺寸远小于半波长的微小尺寸下满足电磁波相位调制覆盖需求，即满足或超过360度相位调制。该尺寸下，相关技术中的简单导电几何结构基本无法满足相位调制的需求，但使用嵌套的导电几何结构，其整体相位调制能力得到了加强。
[0047]第一子结构和第二子结构的形状可以由很多种，优选地，有以下三种结构:
[0048]第一种结构:所述第一子结构包括相互垂直且仅有一个交叉点的两个工字形结构，所述第二子结构嵌套于所述第一子结构的外侧，所述第二子结构的形状与所述第一子结构的形状相应。
[0049]第二种结构:所述第一子结构包括十字框形结构，所述第二子结构嵌套于所述第一子结构的外侧，所述第二子结构的形状与所述第一子结构的形状相应。
[0050]第三种结构:所述第一子结构包括方形结构，所述第二子结构嵌套于所述第一子结构的外侧，所述第二子结构的形状与所述第一子结构的形状相应。
[0051]其中，附着在所述基材上的多个导电几何结构可以是相同的，也可以是不同的。在多个导电几何结构是不同的情况下，可以是每一个导电几何结构与其他的导电几何结构不同，也可以是在多个导电几何结构中至少有两个导电几何结构是不同的。
[0052]其中，超材料可以包括多层超材料片层，在所述多层超材料片层中，可以是至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构；或者是至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构。具体地说，所述至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构是指在所述至少两个超材料片层中每一个超材料片层都具有相同形状和相同排布的多个导电几何结构；所述至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构是指至少一个超材料片层上的多个导电几何结构在至少以下之一上与其他超材料片层的多个导电几何结构不同:所述多个导电几何结构的形状，所述多个导电几何结构的排布。
[0053]实施例二
[0054]本实用新型实施例提供了一种平板卫星通信天线，所述天线包括天线面，所述天线面包括实施例一中所述的超材料和设置在所述超材料一侧的反射层。通过上述结构，解决了相关技术中平板卫星通信天线的导电几何结构的电磁波调制能力不足的问题，提高了导电几何结构对电磁波的调制能力。
[0055]优选地，该天线还可以包括旋转装置，用于以所述天线面的法向为轴旋转所述天线面进行极化对准。通过上述步骤，可以解决相关技术中无法旋转天线面导致的极化对准问题，从而通过旋转天线面实现了极化对准。
[0056]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以进行旋转。
[0057]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。
[0058]优选地，根据以下至少之一确定所述导电几何结构在所述基材上的排布:馈源参数、馈源位置、波束发射、接收方向。
[0059]优选地，所述天线还可以包括馈源，所述馈源根据所述天线面的旋转进行移动，以保持与所述天线面的相对位置。通过上述结构，可以使馈源更好地接收天线面接收到的卫
星信号。
[0060]实施例三
[0061]本实用新型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又包括超材料片层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。
[0062]图1是本实用新型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。
[0063]馈源10为传统的波纹喇叭，其中轴线Zl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Zl与直线Z3的夹角，其中，Z3为Zl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。
[0064]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。
[0065]核心层22可以包括一个超材料片层222，也可以包括厚度相同且折射率分布相同的多个超材料片层222。图2是根据本实用新型实施例的超材料片层的结构示意图，如图2所不，超材料片层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,超材料片层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0.01-0.5_。优选地，超材料片层222的厚度为1.018_，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_。
[0066]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，也可是理想电导体的反射面，当然也可以是金属涂层，例如铜涂层。
[0067]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是根据本实用新型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。
[0068]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。
[0069]本实施例中，超材料片层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，即得到超材料片层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，即形成了本实用新型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。
[0070]本实施例中的第一导电几何结构和第二导电几何结构可以是以下实施例中的导电几何结构中的任一种，关于导电几何结构的具体结构及原理将在下文阐述，本实施中，将不再赘述。
[0071]实施例四
[0072]图4是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的结构示意图，如图4所示，该导电几何结构由内部雪花结构和外侧雪花包围结构共同组成，其中，内部雪花结构即为第一子结构66、外侧雪花包围结构即为第二子结构68。第一子结构66是两个互相垂直且仅有一个交叉点的工字形结构。第二子结构68嵌套于第一子结构66的外侧，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，且第一子结构66和第二子结构68之间存在空隙。
[0073]第一子结构66的工字形结构由六根金属线组成，第二子结构68也是由多根金属线组成。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(定义为L)。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。
[0074]本实施例中，以变化导电几何结构长度L为例，元胞尺寸为4_，远小于对应频率范围内约10-15mm的半波长尺寸。[0075]图5a、5b、5c是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的生长参数L的变化示意图，图6是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数L的变化的示意图，如图5a、5b、5c、6所示,该嵌套雪花形导电几何结构在生长参数L自最小(对应尺寸最小)变化到最大(对应尺寸最大)的过程中(如图5a、5b、5c所示)，其对频率范围在10-20GHZ的垂直极化电磁波的相位调制能力变化明显，在部分区域其调相能力覆盖范围大于360度，如图6所示，其中每一条曲线对应一个不同的生长参数L数值。在图6中，横轴表示频率，纵轴是角度，表示覆盖范围。
[0076]为了验证该种嵌套方法对相应导电几何结构相位调制能力的提升，这里分别给出了第一子结构单独存在、第二子结构单独存在以及第一子结构和第二子结构嵌套后该导电几何结构的相位调制能力，并进行了对比。
[0077]图6c是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第一子结构的结构示意图，其按照生长参数L而进行的结构形态变化与图5a、5b、5c中的一致。图6d展示了第一子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况，其中每条曲线代表了一个不同的生长参数数值，整体元胞尺寸仍维持在4mm以方便比较。由图6d可以看出，其相位调制覆盖范围较图6c所示的第一子结构的相位调制能力有较大差距，仅能达到约100度。
[0078]图6e是根据本实用新型实施例的嵌套雪花形导电几何结构的第二子结构的结构示意图，其按照生长参数L而进行的结构形态变化与图5a、5b、5c中的一致。图6f展示了第二子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况，其中每条曲线代表了一个不同的生长参数数值，整体元胞尺寸仍维持在4_以方便比较。可以看出其相位调制覆盖范围较图6所示的嵌套导电几何结构的相位调制能力有较大差距，仅可以达到约300度。
[0079]图6g是根据本实用新型实施例的嵌套前、后的导电几何结构的调制能力随生长参数的变化比较示意图，在指定频点下，定义导电几何结构的相位调制能力随结构参数(如生长参数)的变化较为剧烈时的参数位置范围为“响应范围”。本实施例以12.5GHz作为参考频率，图6g综合了该元胞尺寸暂定为4_的嵌套雪花导电几何结构第一子结构单独存在、第二子结构单独存在以及第一子结构和第二子结构嵌套后的导电几何结构的电磁波相位调制能力随生长参数的变化情况。由图6g可见，第二子结构的“响应范围”在L约等于3.5-4.5mm之间，第一子结构的“响应范围”在L大于4.5mm之后，嵌套雪花导电几何结构的第一子结构、第二子结构的“响应范围”通常并不重叠，两者的作用将分别在各自的“响应范围内”发生，使得嵌套后的导电几何结构相位调制能力产生叠加，从而增大相位调制覆盖范围。按照第一子结构、第二子结构“响应范围”的位置不同，嵌套后的相位调制随参数变化曲线可以呈现扩展了的“连续大响应范围”或分立的“阶梯响应范围”，也就是说嵌套雪花形导电几何结构综合了两者的相移变化规律，使得整体相位调制能力达到了要求。另外，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。使用嵌套结构时，内外两层或多层结构间将形成一定的电容作用，会对整体的相位调制能力产生影响，但该种影响目前难以量化。图6g中标注的内侧雪花指的第一子结构，外侧雪花指的是第二子结构，嵌套雪花指的是第二子结构嵌套于第一子结构外侧的嵌套结构。[0080]实施例五
[0081]本实施例中，图7是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的示意图，如图7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。
[0082]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(定义为L)。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。
[0083]本实施例中，元胞尺寸为7mm。图7a_l，图7a_2是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的生长参数L的变化示意图，图7b是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的相位调制能力随频率和生长参数L的变化的示意图，如图7a-l，7a-2所示，该嵌套十字框形导电几何结构的生长参数L自左至右变大，如图7b所示，其对频率范围在9-16GHZ的垂直极化电磁波的相位调制能力变化明显，在部分区域其调相能力覆盖范围大于360度，其中每一条曲线对应一个不同的生长参数L数值。
[0084]为了验证该种嵌套方法对相应导电几何结构相位调制能力的提升，这里分别给出了该导电几何结构第一子结构单独存在、第二子结构单独存在以及嵌套后整体存在时的相位调制能力，并进行了对比。
[0085]图7c是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第一子结构的结构示意图，其按照生长参数L而进行的结构形态变化与图7a-l，7a-2中的一致。图7d展示了第一子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况，其中每条曲线代表了一个不同的生长参数数值。由图7d可以看出，其相位调制覆盖范围能达到约200度。
[0086]图7e是根据本实用新型实施例的嵌套十字框形导电几何结构的第二子结构的结构示意图，其按照生长参数L而进行的结构形态变化与图7a-l，7a-2中的一致。图7f展示了第二子结构单独存在时其相位调制能力随频率和生长参数的变化情况，其中每条曲线代表了一个不同的生长参数数值，由图7f可见，其相位调制覆盖范围仅可以达到约300度。
[0087]图7g是根据本实用新型实施例的嵌套前、后的十字框形导电几何结构的调制能力随生长参数的变化比较示意图，以12.5GHz作为参考频率，图7g综合了该元胞尺寸暂定为4mm的嵌套雪花导电几何结构第一子结构单独存在、第二子结构单独存在以及第一子结构和第二子结构嵌套后的导电几何结构的电磁波相位调制能力随生长参数的变化情况。第一子结构与第二子结构独自无法实现所需的360度相位调制，但嵌套后的导电几何结构综合了两者的相移变化规律，使得整体相移能力达到了要求，实现了 500度以上的相移覆盖范围。图7g中标注的内侧十字框指的是第一子结构，外侧十字框指的是第二子结构，嵌套十字框指的是第二子结构嵌套于第一子结构外侧的嵌套结构。
[0088]实施例六
[0089]图8是根据本实用新型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8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。
[0090]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(定义为L)。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。
[0091 ] 图8a是根据本实用新型实施例的方框嵌套导电几何结构的仿真示意图，如图8a所示，其仿真结果也显示出了通过嵌套叠加产生的阶梯状“响应范围”，实现了相移能力的相互置加，大大拓展了覆盖范围。
[0092]从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了如下技术效果:利用所设计的嵌套形式的导电几何结构实现在元胞尺寸远小于半波长的微小尺寸下满足电磁波相位调制覆盖需求，即满足或超过360度相位调制，从而使得导电几何结构整体相位调制能力得到了加强。
[0093]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。
[0094]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种超材料，其特征在于，包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括基材和附着在所述基材上的多个导电几何结构，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，所述导电几何结构包括: 第一子结构； 第二子结构，嵌套于所述第一子结构的外侧； 其中， 所述第一子结构包括相互垂直且仅有一个交叉点的两个工字形结构；或所述第一子结构包括十字框形结构；或所述第一子结构包括方形结构；和/或 所述第二子结构是框形结构，嵌套于所述第一子结构的外侧，所述框形结构与所述第一子结构的形状相应。
2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述多个导电几何结构中至少两个导电几何结构是不同的。
3.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料片层为多层，其中， 所述多层超材料片层中至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构；或 所述多层超材料片层中至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构。
4.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于， 所述至少两个超材料片层具有相同的导电几何结构是指在所述至少两个超材料片层中每一个超材料片层都具有相同形状和相同排布的多个导电几何结构； 所述至少两个超材料片层具有不同的导电几何结构是指至少一个超材料片层上的多个导电几何结构在至少以下之一上与其他超材料片层的多个导电几何结构不同:所述多个导电几何结构的形状，所述多个导电几何结构的排布。
5.一种平板卫星通信天线，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i至4中任一项所述的超材料和设置在所述超材料一侧的反射层。
6.根据权利要求5所述的平板卫星通信天线，其特征在于，所述天线还包括:旋转装置，用于以所述天线面的法向为轴旋转所述天线面进行极化对准。
7.根据权利要求6所述的平板卫星通信天线，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以进行旋转。
8.根据权利要求7所述的平板卫星通信天线，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。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的平板卫星通信天线，其特征在于，根据以下至少之一确定所述导电几何结构在所述基材上的排布:馈源参数、馈源位置、波束发射、接收方向。
10.根据权利要求5至8中任一项所述的平板卫星通信天线，其特征在于，所述天线还包括馈源，所述馈源根据所述天线面的旋转进行移动，以保持与所述天线面的相对位置。
【文档编号】H01Q19/02GK203787572SQ201320483666
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2013年8月8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