【技术领域】

本发明涉及通信领域， 更具体地说， 涉及一种前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， 又称波紋喇叭。 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、 18-2 IV)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、 制造成本低的前馈式卫星电视天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种前馈式卫星电视天线， 所述前馈式卫星电视天线包括设置在馈源后方 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 材上的多个人造微结构 或孔结构，所述核心层片层的折射率呈圆形分 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减小。

进一步地， 所述核心层片层还包括覆盖人造微结构的填充 层。

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 分布满足如下公式：

其中， n(r)表示核心层片层上半径为 r处的折射率值；

I为馈源到与其靠近的 或 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；

«皿表示核心层片层上的折射率最大值；

/^皿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(i) = ( (" /2)

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， 所述核心层的每一核心层片层的多个人造微结 构形状相同， 相 同半径处的多个人造微结构具有相同的几何尺 寸， 且随着半径的增大人造微结 构的几何尺寸逐渐减小。

进一步的， 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， 所述人造微结构为平面雪花状的金属微结构。

进一步地， 所述人造孔结构为圆柱孔。

进一步地， 包括一设置在馈源后方的具有电磁波发散功能 的发散元件， 所 述超材料面板设置在所述发散元件的后方。 所述发散元件为凹透镜或为发散超 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 折射率逐渐减小。

根据本发明的前馈式卫星电视天线， 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。

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前馈式卫 星电视天线， 所述前馈式卫星电 视天线设置在馈源的后方。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案 ， 下面将对实施例描述中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲 ，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 其中：

图 1是本发明第一实施例的前馈式卫星电视天线� �结构示意图；

图 2a-2b是本发明第一实施例的两种结构的超材料� ��元的透视示意图； 图 3是本发明第一实施例的核心层片层的折射率� �布示意图； 图 4是本发明第一实施例的一种形式的核心层片� �的结构示意图； 图 5是本发明第一实施例的另一种形式的核心层� �结构示意图；

图 6是本发明第一实施例的又一种形式的核心层� �结构示意图；

图 7是本发明第一实施例的匹配层的结构示意图� �

图 8是本发明第二实施例的前馈式卫星电视天线� �结构示意图；

图 9是本发明第二实施例中的发散片层的折射率� �布示意图；

图 10是本发明第二实施例中一种形式的的发散片� ��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� ��图; 图 13是本发明第二实施例中另一种形式的发散片� ��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� ��图。

【具体实施方式】

以下结合说明书附图详细介绍本发明的具体内 容。

如图 1至图 7所示， 根据本发明第一实施例的前馈式卫星电视天线 包括设 置在馈源 1后方的超材料面板 100， 所述超材料面板 100包括核心层 10及设置 在核心层一侧表面上的反射板 200，所述核心层 10包括至少一个核心层片层 11， 所述核心层片层包括片状的基材 13以及设置在基材 13上的多个人造微结构 12 (参见图 2a)， 所述核心层片层 11 的折射率以其中心为圆心呈圆形分布， 相同 半径处的折射率相同， 且随着半径的增大折射率逐渐减小。 本发明中， 馈源 1 设置在超材料面板的中轴线上， 即馈源与核心层片层 11的中心的连线与超材料 面板的中轴线重合。 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。 图中的核心层片层 11呈方形， 当然， 也可以是其它形状， 例如圆柱形。 另 外， 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 4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， 所述核心层片层 11还包括覆盖人造微结构 12 的填充层 15， 填充层 15可以空气， 也可以是其它介质板， 优选为与基材 13相 同的材料制成的板状件。每一核心层片层 11可以划分为多个相同超材料单元 D , 每一超材料单元 D由一个人造微结构 12、 单元基材 V及单元填充层 W构成， 每 一核心层片层 1 1在厚度方向上只有一个超材料单元 D。 每一超材料单元 D可以 是完全相同的方块， 可以是立方体， 也可是长方体， 每一超材料单元 D 的长、 宽、 高几何尺寸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，所述超材料单元 D为边长是入射电磁波波长十分之一的立方体� �当然， 填充层的厚度是可以调节的， 其最小值可以至 0， 也就是说不需要填充层， 此种 情况下， 基材与人造微结构组成超材料单元， 即此时超材料单元 D 的厚度等于 单元基材 V的厚度加上人造微结构的厚度， 但是此时， 超材料单元 D的厚度也 要满足十分之一波长的要求， 因此， 实际上， 在超材料单元 D 的厚度选定在十 分之一波长的情况下， 单元基材 V的厚度越大， 则单元填充层 W的厚度越小， 当然最优的情况下， 即是如图 2a所示的情况， 即单元基材 V的厚度等于单元填 充层 W的厚度， 且元单元基材 V的材料与填充层 W的相同。

该人造微结构 12优选为金属微结构， 所述金属微结构由一条或多条金属线 组成。 金属线本身具有一定的宽度及厚度。 本发明的金属微结构优选为具有各 向同性的电磁参数的金属微结构， 如图 2a所述的平面雪花状的金属微结构。

对于具有平面结构的人造微结构， 各向同性， 是指对于在该二维平面上以 任一角度入射的任一电磁波， 上述人造微结构在该平面上的电场响应和磁场 响 应均相同， 也即介电常数和磁导率相同； 对于具有三维结构的人造微结构， 各 向同性是指对于在三维空间的任一方向上入射 的电磁波， 每个上述人造微结构 在三维空间上的电场响应和磁场响应均相同。 当人造微结构为 90度旋转对称结 构时， 人造微结构即具有各向同性的特征。

对于二维平面结构， 90度旋转对称是指其在该平面上绕一垂直于该� ��面且 过其对称中心的旋转轴任意旋转 90度后与原结构重合； 对于三维结构， 如果具 有两两垂直且共交点 （交点为旋转中心） 的 3 条旋转轴， 使得该结构绕任一旋 转轴旋转 90度后均与原结构重合或者与原结构以一分界� ��对称，则该结构为 90 度旋转对称结构。

图 2a所示的平面雪花状的金属微结构即为各向同� ��的人造微结构的一种形 式， 所述的雪花状的金属微结构具有相互垂直平分 的第一金属线 121 及第二金 属线 122，所述第一金属线 121两端连接有相同长度的两个第一金属分支 1211， 所述第一金属线 121两端连接在两个第一金属分支 1211的中点上， 所述第二金 属线 122两端连接有相同长度的两个第二金属分支 1221， 所述第二金属线 122 两端连接在两个第二金属分支 1221的中点上。

已知折射率 n= ^， 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层的材料选定的情况 下， 可以通过设计人造微结构的形状、 几何尺寸和 /或人造微结构在基材上的排 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 人造微结构的形状、 几何尺寸 （计算机中事先存放有多种人造微结构数据） ， 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微 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 成了人造微结构的设计参数选择； 若没找到， 则换一种形状的人造微结构， 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微结构， 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。

所述金属微结构 12 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。

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 n=^， 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 0 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：

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 D的折射率； 此处半径指的是每一单元基材 V的中点到核 心层片层的中心 0 (圆心） 的距离， 此处的单元基材 V的中点， 指的是单元基 材 V与中点 0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， (2)；

R表示最大半径；

«皿表示核心层片层 11上的折射率最大值； ； ₁₁ 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 A的 五分之一以下， 优选是入射电磁波波长 A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 频率的前馈式卫星电视天线 （波长不同）， 由公式 （2 ) 我们知道， 通过合理设 计 （n - n _{mm )} 的值， 就可以得到任意我们想要的频率的前馈式卫星 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(i) = ((H )/2) (4);

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《 与最小折射率 _Wmm 有直接关系； 当 i=l时， 表示 第 1层的折射率，由于其要基本等于空气的折射� � 1，因此，只要 _W 皿与 _m 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� ��的材料制成， 也可 是用如图 7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片层 11，所述核心层的每一核心层片层 11的多个 人造微结构 12形状相同， 均为平面雪花状的金属微结构， 且金属微结构的中心 点与单元基材 V的中点重合， 相同半径处的多个人造微结构具有相同的几何 尺 寸， 且随着半径的增大人造微结构 12的几何尺寸逐渐减小。 由于每一超材料单 元的折射率是随着金属微结构的尺寸减小而逐 渐减小的， 因此人造微结构几何 尺寸越大， 则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。

根据不同的需要 （不同的电磁波）， 以及不同的设计需要， 核心层 10可以 包括不同层数的如图 4所示的核心层片层 11。

参阅图 2b， 作为本发明第一实施例的一种替代结构， 上述设置在基材 13上 的微结构 12被替代为多个人造孔结构 12'， 所述核心层片层 11按照折射率分布 可划分为位于中间位置的圆形区域 Y以及分布在圆形区域 Y周围且与所述圆形 区域共圆心的多个环形区域 （图中分别用 HI , H2， H3， H4， H5表示）， 所述 圆形区域 Y及环形区域内相同半径处的折射率相同， 且在圆形区域及环形区域 各自的区域内随着半径的增大折射率逐渐减小 ， 所述圆形区域的折射率的最小 值小于与其相邻的环形区域的折射率的最大值 ， 相邻两个环形区域， 处于内侧 的环形区域的折射率的最小值小于处于外侧的 环形区域的折射率的最大值。

所述人造孔结构 12'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 12'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 12，。 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 12'。

本发明的所述人造孔结构 12'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 12'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。

请参阅图 5， 为本发明第一实施例的又一种核心层结构， 该核心层 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0。 每一基材单元 D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 n= ^， 其中 μ为相对磁导率， ε为相对介电常数， 与 _£ 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， 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通 过核心层后汇聚到馈源上。 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 12'的形状、 体积和 /或人造孔结构 12'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 12'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 12'的设计参数选择; 若没找到， 则换一种形状的人造孔结构 12'， 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 12'， 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。

请参阅图 6， 为本发明第一实施例的又一种形式的核心层 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， 所述圆形区域及环形区域内相同半径处的 多个人造孔结构 12'具有相同的体积， 且在圆形区域及环形区域各自的区域内随 着半径的增大人造孔结构 12'的体积逐渐增大， 所述圆形区域内体积最大的人造 孔结构 12'的体积大于与其相邻的环形区域内体积最小 的人造孔结构 12'的体积， 相邻两个环形区域， 处于内侧的环形区域内体积最大的人造孔结构 12'的体积大 于处于外侧的环形区域内体积最小的人造孔结 构 12'的体积。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 12'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 5与图 6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 5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 12' 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 12'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， gp， 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 )。

作为替代， 本发明第一实施例中： 核心层片层 11的折射率 n 分布公式中 的 Z表示馈源到核心层的距离 （第一实施例中 Z表示馈源到与其靠近的匹配层的 距离）。

本发明第一实施例中， 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� �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。

请参阅图 8-14， 本发明第二实施例的前馈式卫星电视天线， 其在上述第一 实施例结构的基础上， 进一步设置有一具有电磁波发散功能的发散元 件于馈源 后方， 所述超材料面板设置在所述发散元件的后方。

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 03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减小。 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： SP , 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=nmin+KR， K 为常数， R为半径 （以发散片层 301的中心 03为圆心）， nmin为发散片层 301 上的折射率最小值， 也即发散片层 301的中心 03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 nR=nmin+KR2 _; 或为立方率变 化即 nR=nmin+KR3; 或为冥函数变化， g卩 nR=nmin*KR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 11及 图 10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。 优选情况下， 本发明的所述第一发散 单元 404的结构形式与图 2所示的超材料单元 D相同。

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 03为圆心 （此处的 03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 的几何尺寸逐渐减小。 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 03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所示的平面雪花状 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的两侧还要以设置如图 7所示的匹配层， 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 03为圆心（此处的 03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 03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， gp， 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的两侧还要以设置如图 7所示的匹配层， 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前馈式卫 星电视天 线， 所述前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。