CN103066393B - 一种偏馈式卫星电视天线及其卫星电视接收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏馈式卫星电视天线，包括设置在馈源后方的发散元件及超材料面板，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造孔结构，以一定点为圆心，所述核心层片层上相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐减小，该圆心与馈源的连线垂直于核心层片层，且该圆心不与核心层片层的中心重合。根据本发明的偏馈式卫星电视天线，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。另外，本发明还提供了一种具有上述偏馈式卫星电视天线的卫星电视接收系统。

Description

一种偏馈式卫星电视天线及其卫星电视接收系统

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种偏馈式卫星电视天线及其卫星电视接收系统。

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、卫星接收机组成的卫星地面接收站。抛物面天线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。二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天线反射后，汇聚到馈源上。通常，抛物面天线对应的馈源是一个喇叭天线。

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，且成本较高。

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、成本高的缺陷，提供一种加工简单、制造成本低的偏馈式卫星电视天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种偏馈式卫星电视天线，所述偏馈式卫星电视天线包括设置在馈源后方的具有电磁波发散功能的发散元件以及设置在发散元件后方的超材料面板，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造孔结构，以一定点为圆心，所述核心层片层上相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐减小，该圆心与馈源的连线垂直于核心层片层，且该圆心不与核心层片层的中心重合。

进一步地，所述核心层包括多个折射率分布相同且相互平行的核心层片层。

进一步地，所述超材料面板还包括设置在核心层另一侧的匹配层，以实现从空气到核心层的折射率匹配。

进一步地，所述核心层片层的折射率以其中心为圆心呈圆形分布，所述核心层片层的折射率n(r)分布满足如下公式：

$n\left(r\right)=n_{max}-\frac{\sqrt{l^2+r^2}-l}{2d};$

其中，n(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值；

l为馈源到与其靠近的匹配层的距离，或l为馈源到核心层的距离；

d为核心层的厚度，

R表示最大半径；

n_max表示核心层片层上的折射率最大值；

n_min表示核心层片层上的折射率最小值。

进一步地，所述匹配层包括多个匹配层片层，每一匹配层片层具有单一的折射率，所述匹配层的多个匹配层片层的折射率均满足以下公式：

$n\left(i\right)={\left(\right(n_{max}+n_{min})/2)}^{\frac{i}{m}};$

其中，m表示匹配层的总层数，i表示匹配层片层的编号，其中，靠近核心层的匹配层片层的编号为m。

进一步地，所述每一匹配层片层包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板与第二基板之间填充空气。

进一步地，所述圆心设置在核心层片层的下边缘上。

进一步地，所述下边缘为直线，所述圆心设置在下边缘的中点上。

进一步地，所述下边缘为曲线，所述圆心设置在下边缘的顶点处。

进一步地，所述核心层的每一核心层片层的多个人造孔结构形状相同，所述多个人造孔结构中填充有折射率大于基材的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，且随着半径的增大人造孔结构的体积逐渐减小。

进一步地，所述核心层的每一核心层片层的多个人造孔结构形状相同，所述多个人造孔结构中填充有折射率小于基材的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，且随着半径的增大人造孔结构的体积逐渐增大。

进一步地，所述发散元件为凹透镜。

进一步地，所述发散元件为发散超材料面板，所述发散超材料面板包括至少一个发散片层，所述发散片层的折射率以其中心为圆心呈圆形分布，且相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐增大。

根据本发明的偏馈式卫星电视天线，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。并且，超材料面板与馈源之间设置有具有电磁波发散功能的发散元件，这样，在馈源接收电磁波的范围一定的情况下(即超材料面板的接收电磁波辐射的范围一定的情况下)，相较于不加发散元件，馈源与超材料面板之间的距离减小，从而可以大大缩小天线的体积。

本发明还提供了一种卫星电视接收系统，包括馈源、高频头及卫星接收机，所述卫星电视接收系统还包括上述的偏馈式卫星电视天线，所述偏馈式卫星电视天线设置在馈源的后方。

附图说明

图1是本发明的偏馈式卫星电视天线的结构示意图；

图2是本发明一种形式的超材料单元的结构示意图；

图3是本发明的方形的核心层片层的折射率分布示意图；

图4是本发明的一种形式的核心层的结构示意图；

图5是本发明的另一种形式的核心层的结构示意图；

图6是本发明的匹配层的结构示意图；

图7是本发明的半圆形的核心层片层的折射率分布示意图；

图8是本发明的圆形的核心层片层的折射率分布示意图；

图9是本发明的发散片层的折射率分布示意图；

图10是本发明一种形式的的发散片层的结构示意图；

图11是图10去掉基材后的正视图；

图12是具有多个如图10所示的发散片层的发散超材料面板的结构示意图；

图13是本发明另一种形式的发散片层的结构示意图；

图14是具有多个如图13所示的发散片层的发散超材料面板的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，根据本发明偏馈式卫星电视天线包括设置在馈源1后方的具有电磁波发散功能的发散元件200，以及设置在发散元件200后方的超材料面板100，超材料面板100，所述超材料面板100包括核心层10及设置在核心层10一侧表面的反射板200，所述核心层10包括至少一个核心层片层11，所述核心层片层11包括片状的基材13以及设置在基材13上的多个人造孔结构12，以一定点为圆心，所述核心层片层上相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐减小，该圆心与馈源的连线垂直于核心层片层，且该圆心不与核心层片层的中心重合，即馈源不在核心层片层的中轴线上，实现了天线的偏馈。馈源1与超材料面板100均有支架支撑，图中并未示出支架，其不是本发明的核心，采用传统的支撑方式即可。另外馈源优选为喇叭天线。本发明中，所述圆心设置在核心层片层11的下边缘上，这样，就避免了所谓馈源阴影的影响，在天线面积，加工精度，接收频率相同的前提下，可以提高天线的增益。图2中的核心层片层11呈方形，所述圆心设置在方形的核心层片层的下边缘B1上，更确切地说是设置在下边缘B1的中点O1上。当然，核心层片层11也可以是其它形状，例如图7所述的半圆形。图2、图7有一个共同点，即其下边缘均为直线，而圆心为直线下边缘的中点O1。当然，核心层片层11还可以是图8所示的圆形；图8所示的圆形其下边缘可以看成了一段圆弧(曲线)，即其下边缘B2为曲线，而圆心为曲线下边缘B2的顶点O2上。核心层片层的形状根据不同的需要还可以有其它形状(例如椭圆形)。另外，本发明中，反射板为具有光滑的表面的金属反射板，例如可以是抛光的铜板、铝板或铁板等。

如图1至图5所示，所述核心层10包括多个折射率分布相同且相互平行的核心层片层11。多个核心层片层11紧密贴合，相互之间可以通过双面胶粘接，或者通过螺栓等固定连接。另外相邻的两个核心层片层11之间还可以有间隔，间隔中填充空气或其它介质，以改善核心层的性能。每一核心层片层11的基材13可以划分为多个相同的基材单元V，每一个基材单元V上设置有人造孔结构12，每一个基材单元V与其对应的人造孔结构12构成一个超材料单元D，每一核心层片层11在厚度方向上只有一个超材料单元D。每一基材单元V可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一基材单元V的长、宽、高体积不大于入射电磁波波长的五分之一(通常为入射电磁波波长的十分之一)，以使得整个核心层对电磁波具有连续的电场和/或磁场响应。优选情况下，所述基材单元V为边长是入射电磁波波长十分之一的立方体。

已知折射率其中μ为相对磁导率，ε为相对介电常数，μ与ε合称为电磁参数。实验证明，电磁波通过折射率非均匀的介质材料时，会向折射率大的方向偏折(向折射率大的超材料单元偏折)。因此，本发明的核心层对电磁波具有汇聚作用，卫星发出的电磁波首先通过核心层的第一次汇聚作用，经过反射板反射，再通过核心层的第二次汇聚作用，因此，合理设计核心层的折射率分布，可以使得卫星发出的电磁波依次经过第一次汇聚、反射板反射及第二汇聚后，可以汇聚到馈源上。在基材的材料以及填充介质的材料选定的情况下，可以通过设计人造孔结构的形状、体积和/或人造孔结构在基材上的排布获得超材料内部的电磁参数分布，从而设计出每一超材料单元的折射率。首先从超材料所需要的效果出发计算出超材料内部的电磁参数空间分布(即每一超材料单元的电磁参数)，根据电磁参数的空间分布来选择每一超材料单元上的人造孔结构的形状、体积(计算机中事先存放有多种人造孔结构数据)，对每一超材料单元的设计可以用穷举法，例如先选定一个具有特定形状的人造孔结构，计算电磁参数，将得到的结果和我们想要的对比，循环多次，一直到找到我们想要的电磁参数为止，若找到了，则完成了人造孔结构的设计参数选择；若没找到，则换一种形状的人造孔结构，重复上面的循环，一直到找到我们想要的电磁参数为止。如果还是未找到，则上述过程也不会停止。也就是说只有找到了我们需要的电磁参数的人造孔结构，程序才会停止。由于这个过程都是由计算机完成的，因此，看似复杂，其实很快就能完成。

本发明中，所述核心层的基材由陶瓷材料、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聚四氟乙烯、环氧树脂、F4B复合材料、FR-4复合材料等。例如，聚四氟乙烯的电绝缘性非常好，因此不会对电磁波的电场产生干扰，并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，使用寿命长。

本发明中，所述人造孔结构可以通过高温烧结、注塑、冲压或数控打孔的方式形成在基材上。当然对于不同材料的基材，人造孔结构的生成方式也会有所不同，例如，当选用陶瓷材料作为基材时，优选采用高温烧结的形式在基材上生成人造孔结构。当选用高分子材料作为基材时，例如聚四氟乙烯、环氧树脂，则优选采用注塑或冲压的形式在基材上生成人造孔结构。

本发明的所述人造孔结构可以是圆柱孔、圆锥孔、圆台孔、梯形孔或方形孔一种或组合。当然也可以是其它形式的孔。每一超材料单元D上的人造孔结构的形状根据不同的需要，可以相同，也可以不同。当然，为了更加容易加工制造，整个超材料，优选情况下，采用同一种形状的孔。

如图1所示，为本发明第一实施例的超材料面板的结构示意图，在本实施例中，所述超材料面板还包括设置在核心层另一侧的匹配层20，以实现从空气到核心层10的折射率匹配。我们知道，介质之间的折射率相差越大，则电磁波从一介质入射到另一介质时，反射越大，反射大，意味着能量的损失，这时候就需要折射率的匹配，已知折射率其中μ为相对磁导率，ε为相对介电常数，μ与ε合称为电磁参数。我们知道空气的折射率为1，因此，这样设计匹配层，即靠近空气的一侧的折射率与空气基本相同，靠近核心层的一侧的折射率与其相接的核心层片层折射率基本相同。这样，就实现了从空气到核心层的折射率匹配，减小了反射，即能量损失可以大大的降低，这样电磁波可以传输的更远。

本实施例中，如图1及图3所示，所述核心层片层11的折射率以其中心O为圆心呈圆形分布，所述核心层片层11的折射率n(r)分布满足如下公式：

$n\left(r\right)=n_{max}-\frac{\sqrt{l^2+r^2}-1}{2d}---\left(1\right);$

其中，n(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值；也即核心层片层上半径为r的超材料单元的折射率；此处半径指的是每一基材单元V的中点到圆心O1的距离，此处的基材单元V的中点，指的是基材单元V与圆心O1同一平面的一表面的中点。

l为馈源1到与其靠近的匹配层20的距离；

d为核心层的厚度， $d=\frac{\sqrt{l^2+R^2}-l}{2(n_{\max }-n_{\min })}---\left(2\right);$

R表示最大半径；

n_max表示核心层片层11上的折射率最大值；

n_min表示核心层片层11上的折射率最小值；

由公式(1)、公式(2)所确定的核心层10，能够保证卫星发出的电磁波汇聚到馈源处。这个通过计算机模拟仿真，或者利用光学原理可以得到(即利用光程相等计算)。

本实施例中，核心层片层11的厚度是一定的，通常在入射电磁波波长λ的五分之一以下，优选是入射电磁波波长λ的十分之一。这样，在设计时，如果选定了核心层片层11的层数，则核心层的厚度d就已经确定了，因此，对于不同频率的偏馈式卫星电视天线(波长不同)，由公式(2)我们知道，通过合理设计(n_max-n_min)的值，就可以得到任意我们想要的频率的偏馈式卫星电视天线。例如，C波段和Ku波段。C波段的频率范围是3400MHz～4200MHz。Ku波段的频率10.7～12.75GHz，其中可分为10.7～11.7GHz、11.7～12.2GHz、12.2～12.75GHz等频段。

如图1所示，本实施例中，所述匹配层20包括多个匹配层片层21，每一匹配层片层21具有单一的折射率，所述匹配层的多个匹配层片层的折射率均满足以下公式：

$n\left(i\right)={\left(\right(n_{max}+n_{\min })/2)}^{\frac{i}{m}}---\left(4\right);$

其中，m表示匹配层的总层数，i表示匹配层片层的编号，其中，靠近核心层的匹配层片层的编号为m。从公式(4)我们可以看出，匹配层的设置(总层数m)与核心层的最大折射率n_max与最小折射率n_min有直接关系；当i＝1时，表示第1层的折射率，由于其要基本等于空气的折射率1，因此，只要n_max与n_min确定，则可以确定总层数m。

匹配层20可以是由自然界中存在的多个具有单一折射率的材料制成，也可是用如图6所示的匹配层，其包括多个匹配层片层21，每一匹配层片层21包括材料相同的第一基板22及第二基板23，所述第一基板21与第二基板22之间填充空气。通过控制空气的体积与匹配层片层21的体积的比例，可以实现折射率从1(空气的折射率)到第一基板的折射率的变化，从而可以合理设计每一匹配层片层的折射率，实现从空气到核心层的折射率匹配。

图4为一种形式的核心层10，所述核心层的每一核心层片层11的多个人造孔结构12形状相同，为图2中所示的圆柱形孔，且每一圆柱形孔的中轴线穿过相应的基材单元V的中点，所述多个人造孔结构中填充有折射率大于基材13的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，随着半径的增大人造孔结构12的体积逐渐减小。由于人造孔结构12中填充有折射率大于基材13的介质，因此人造孔结构体积越大，则填充的介质越多，其对应的折射率越大，因此，通过此方式可以实现核心层片层的折射率分布按公式(1)的分布。

图5为另一种形式的核心层10，所述核心层的每一核心层片层11的多个人造孔结构12形状相同，所述多个人造孔结构12中填充有折射率小于基材13的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，且随着半径的增大人造孔结构的体积逐渐增大。由于人造孔结构12中填充有折射率小于基材的介质，因此人造孔结构体积越大，则填充的介质越多，其对应的折射率反而越小，因此，通过此方式也可以实现核心层片层的折射率分布按公式(1)的分布。

图4与图5从外观上看完全相同，折射率分布也相同，只是其实现上述折射率分布的方式有所不同(填充介质不同)，图4与图5中的核心层10均为四层的结构，这里只是示意性的，根据不同的需要(不同的入射电磁波)，以及不同的设计需要，可以有不同的层数。

当然，核心层片层11并不限于上述两种形式，例如，每个人造孔结构可以分成若干个体积相同的单元孔，通过每个基材单元V上的单元孔的数量来控制每一超材料单元D上的人造孔结构的体积也可以实现相同的目的。再例如，核心层片层11可以是如下的形式，即，同一核心层片层所有的人造孔结构体积相同，但是其填充的介质的折射率对应于公式(1)。

本发明还有第二种实施例，第二实施例与第一实施例的区别在于核心层片层11的折射率n(r)分布公式中的l表示馈源到核心层的距离(第一实施例中l表示馈源到与其靠近的匹配层的距离)。

在本发明中，所述发散元件200可以是凹透镜也可是图12或图14所示的发散超材料面板300，所述发散超材料面板300包括至少一个发散片层301，所述发散片层301的折射率如图9所示，所述发散片层301的折射率以其中心O3为圆心呈圆形分布，且相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐增大。超材料面板与馈源之间设置的具有电磁波发散功能的发散元件，具有如下效果：即，在馈源接收电磁波的范围一定的情况下(即超材料面板的接收电磁波辐射的范围一定的情况下)，相较于不加发散元件，馈源与超材料面板之间的距离减小，从而可以大大缩小天线的体积。

发散片层301上的折射率分布规律可以为线性变化，即n_R＝n_min+KR，K为常数，R为半径(以发散片层301的中心O3为圆心)，n_min为发散片层301上的折射率最小值，也即发散片层301的中心O3处的折射率。另外，发散片层301上的折射率分布规律亦可为平方率变化，即n_R＝n_min+KR²；或为立方率变化即n_R＝n_min+KR³；或为冥函数变化，即n_R＝n_min*K^R等。

图10是实现图9所示的折射率分布的一种形式的发散片层400，如图10及图11所示，所述发散片层400包括片状的基材401、附着在基材401上的金属微结构402及覆盖金属微结构402的支撑层403，发散片层400可划分为多个相同的第一发散单元404，每一第一发散单元包括一金属微结构402以及其所占据的基材单元405及支撑层单元406，每一发散片层400在厚度方向上只有一个第一发散单元404，每一第一发散单元404可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一第一发散单元404的长、宽、高体积不大于入射电磁波波长的五分之一(通常为入射电磁波波长的十分之一)，以使得整个发散片层对电磁波具有连续的电场和/或磁场响应。优选情况下，所述第一发散单元404为边长是入射电磁波波长十分之一的立方体。

图11所示为图10去掉基材后的正视图，从图11中可以清楚地看出多个金属微结构402的空间排布，以发散片层400中心O3为圆心(此处的O3在最中间的金属微结构的中点上)，相同半径上的金属微结构402具有相同的几何尺寸，并且随着半径的增大金属微结构402的几何尺寸逐渐增大。此处的半径，是指每一金属微结构402的中心到发散片层400中心O3的距离。

所述发散片层400的基材401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聚四氟乙烯、环氧树脂、F4B复合材料、FR-4复合材料等。例如，聚四氟乙烯的电绝缘性非常好，因此不会对电磁波的电场产生干扰，并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，使用寿命长。

所述金属微结构402为铜线或银线等金属线。上述的金属线可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在基材上。当然，也可以采用三维的激光加工工艺。所述金属微结构402可以采用如图11所述的平面雪花状的金属微结构。当然也可是平面雪花状的金属微结构的衍生结构。还可以是“工”字形、“十”字形等金属线。

图12所示为利用多个图10所示的发散片层400所形成的发散超材料面板300。图中有三层，当然根据不同需要，发散超材料面板300可以是由其它层数的发散片层400构成。所述的多个发散片层400紧密贴合，相互之间可以通过双面胶粘接，或者通过螺栓等固定连接。另外，在图12所示的发散超材料面板300的两侧还可以设置匹配层，以实现折射率的匹配，降低电磁波的反射，增强信号接收。

图13是实现图9所示的折射率分布的另一种形式的发散片层500，所述发散片层500包括片状的基材501及设置在基材501上的人造孔结构502，发散片层500可划分为多个相同的第二发散单元504，每一第二发散单元504包括一人造孔结构502以及其所占据的基材单元505，每一发散片层500在厚度方向上只有一个第二发散单元504，每一第二发散单元504可以是完全相同的方块，可以是立方体，也可是长方体，每一第二发散单元504的长、宽、高体积不大于入射电磁波波长的五分之一(通常为入射电磁波波长的十分之一)，以使得整个发散片层对电磁波具有连续的电场和/或磁场响应。优选情况下，所述第二发散单元504为边长是入射电磁波波长十分之一的立方体。

如图13所示，所述发散片层500上的人造孔结构均为圆柱孔，以发散片层500中心O3为圆心(此处的O3在最中间的人造孔结构的中轴线上)，相同半径上的人造孔结构502具有相同的体积，并且随着半径的增大人造孔结构402的体积逐渐减小。此处的半径，是指每一人造孔结构502的中心轴线到发散片层500最中间的人造孔结构的中轴线的垂直距离。因此，当每一圆柱孔中填充折射率小于基材的介质材料(例如空气)，即可实现图9所示的折射率分布。当然，如果以发散片层500中心O3为圆心，相同半径上的人造孔结构502具有相同的体积，并且随着半径的增大人造孔结构402的体积逐渐增大，则需要在每一圆柱孔中填充折射率大于基材的介质材料，才能实现图9所示的折射率分布。

当然，发散片层并不限于上述此种形式，例如，每个人造孔结构可以分成若干个体积相同的单元孔，通过每个基材单元上的单元孔的数量来控制每一第二发散单元上的人造孔结构的体积也可以实现相同的目的。再例如，发散片层还可以是如下的形式，即，同一发散片层所有的人造孔结构体积相同，但是其填充的介质的折射率满足图9所示的分布，即相同半径上填充的介质材料折射率相同，并且随着半径的增大填充的介质材料折射率逐渐减小。

所述发散片层500的基材501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聚四氟乙烯、环氧树脂、F4B复合材料、FR-4复合材料等。例如，聚四氟乙烯的电绝缘性非常好，因此不会对电磁波的电场产生干扰，并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，使用寿命长。

所述人造孔结构502可以通过高温烧结、注塑、冲压或数控打孔的方式形成在基材上。当然对于不同材料的基材，人造孔结构的生成方式也会有所不同，例如，当选用陶瓷材料作为基材时，优选采用高温烧结的形式在基材上生成人造孔结构。当选用高分子材料作为基材时，例如聚四氟乙烯、环氧树脂，则优选采用注塑或冲压的形式在基材上生成人造孔结构。

上述的人造孔结构502可以是圆柱孔、圆锥孔、圆台孔、梯形孔或方形孔一种或组合。当然也可以是其它形式的孔。每一第二发散单元上的人造孔结构的形状根据不同的需要，可以相同，也可以不同。当然，为了更加容易加工制造，整个超材料，优选情况下，采用同一种形状的孔。

图14所示为利用多个图13所示的发散片层500所形成的发散超材料面板300。图中有三层，当然根据不同需要，发散超材料面板300可以是由其它层数的发散片层500构成。所述的多个发散片层500紧密贴合，相互之间可以通过双面胶粘接，或者通过螺栓等固定连接。另外，在图14所示的发散超材料面板300的两侧还可以设置匹配层，以实现折射率的匹配，降低电磁波的反射，增强信号接收。

另外，本发明还提供本发明还提供了一种卫星电视接收系统，包括馈源、高频头及卫星接收机，所述卫星电视接收系统还包括上述的偏馈式卫星电视天线，所述偏馈式卫星电视天线设置在馈源的后方。

馈源、高频头及卫星接收机均为现有的技术，此处不再述说。

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。

Claims (14)

1.一种偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述偏馈式卫星电视天线包括设置在馈源后方的具有电磁波发散功能的发散元件以及设置在发散元件后方的超材料面板，所述超材料面板包括核心层及设置在核心层背对馈源一侧表面的反射板，所述核心层包括至少一个核心层片层，所述核心层片层包括片状的基材以及设置在基材上的多个人造孔结构，以一定点为圆心，所述核心层片层上相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐减小，该圆心与馈源的连线垂直于核心层片层，且该圆心不与核心层片层的中心重合；

所述核心层片层的折射率n(r)分布满足如下公式：

$n\left(r\right)=n_{max}-\frac{\sqrt{l^2+r^2}-l}{2d};$

其中，n(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值；

l为馈源到核心层的距离；

d为核心层的厚度， $d=\frac{\sqrt{l^2+R^2}-l}{2(n_{\max }-n_{min})};$

R表示最大半径；

n_max表示核心层片层上的折射率最大值；

n_min表示核心层片层上的折射率最小值。

2.根据权利要求1所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层包括多个折射率分布相同且相互平行的核心层片层。

3.根据权利要求2所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述超材料面板还包括设置在核心层另一侧的匹配层，以实现从空气到核心层的折射率匹配。

4.根据权利要求3所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层片层的折射率n(r)分布满足如下公式：

$n\left(r\right)=n_{max}-\frac{\sqrt{l^2+r^2}-l}{2d};$

其中，n(r)表示核心层片层上半径为r处的折射率值；

l为馈源到与其靠近的匹配层的距离；

d为核心层的厚度， $d=\frac{\sqrt{l^2+R^2}-l}{2(n_{\max }-n_{min})};$

R表示最大半径；

n_max表示核心层片层上的折射率最大值；

n_min表示核心层片层上的折射率最小值。

5.根据权利要求4所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述匹配层包括多个匹配层片层，每一匹配层片层具有单一的折射率，所述匹配层的多个匹配层片层的折射率均满足以下公式：

$n\left(i\right)={\left(\right(n_{max}+n_{\min })/2)}^{\frac{i}{m}};$

其中，m表示匹配层的总层数，i表示匹配层片层的编号，其中，靠近核心层的匹配层片层的编号为m。

6.根据权利要求5所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，每一匹配层片层包括材料相同的第一基板及第二基板，所述第一基板与第二基板之间填充空气。

7.根据权利要求4所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述圆心设置在核心层片层的下边缘上。

8.根据权利要求7所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述下边缘为直线，所述圆心设置在下边缘的中点上。

9.根据权利要求7所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述下边缘为曲线，所述圆心设置在下边缘的顶点处。

10.根据权利要求2至9任意一项所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层的每一核心层片层的多个人造孔结构形状相同，所述多个人造孔结构中填充有折射率大于基材的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，且随着半径的增大人造孔结构的体积逐渐减小。

11.根据权利要求2至9任意一项所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述核心层的每一核心层片层的多个人造孔结构形状相同，所述多个人造孔结构中填充有折射率小于基材的介质，相同半径处的多个人造孔结构具有相同的体积，且随着半径的增大人造孔结构的体积逐渐增大。

12.根据权利要求1所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述发散元件为凹透镜。

13.根据权利要求1所述的偏馈式卫星电视天线，其特征在于，所述发散元件为发散超材料面板，所述发散超材料面板包括至少一个发散片层，所述发散片层的折射率以其中心为圆心呈圆形分布，且相同半径处的折射率相同，随着半径的增大折射率逐渐增大。

14.一种卫星电视接收系统，包括馈源、高频头及卫星接收机，其特征在于，所述卫星电视接收系统还包括如权利要求1至13任意一项所述的偏馈式卫星电视天线，所述偏馈式卫星电视天线设置在馈源的后方。