本發(fā)明涉及一種廣告顯示屏，尤其涉及一種基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏。

背景技術(shù)：
目前高速公路或者河道、軌道旁通常都豎立有廣告顯示屏，用于顯示產(chǎn)品的廣告信息或廠家信息?，F(xiàn)有的廣告顯示屏通常采用兩種方式：一是通過大幅海報的方式顯示廣告信息，二是通過在LED顯示屏內(nèi)固設(shè)文字信息或畫面信息等重復(fù)播放的方式顯示廣告信息。二者都存在不能實時更新廣告信息，當(dāng)需要更新信息時要么需要人工貼上新海報或者重新錄制新畫面再固設(shè)于LED內(nèi)，均存在耗費人工、更換不方便的缺陷。同時，單一的廣告信息也容易使得觀看者產(chǎn)生審美疲勞，不利于廣告信息的傳播?，F(xiàn)有的衛(wèi)星天線均由呈拋物面形狀的反射面和位于反射面焦點的饋源和高頻頭構(gòu)成，拋物面形狀的反射面用于接收由衛(wèi)星傳來的微弱信號并將其匯聚于焦點處的饋源和高頻頭內(nèi)。拋物面形狀的反射面帶來一系列的缺陷，例如不能和現(xiàn)有的平板狀的廣告顯示屏有效集合，且拋物面形狀的反射面加工精度要求很高、體積較大、造價昂貴。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏。該廣告顯示屏中的超材料衛(wèi)星天線加工簡單、造價較低且形狀為平板狀、體積較小，其能與常規(guī)的顯示裝置很好的集合，且安裝和維護(hù)簡單。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，提出一種基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏，其包括用于接收衛(wèi)星信號的超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)，用于顯示廣告信息的顯示裝置；所述超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)包括高頻頭、豎直放置的平板超材料以及位于所述平板超材料背部的反射板，所述平板超材料包括多層超材料片層，每層超材料片層包括基材以及周期排布于基材上的人造微結(jié)構(gòu)，所述超材料片層上按照折射率分布劃分為多個帶狀區(qū)域，以高頻頭等效虛擬點源在所述超材料片層平面的垂直投影點為圓心，所述多個帶狀區(qū)域上相同半徑處的折射率相同，每一帶狀區(qū)域上隨著半徑的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個帶狀區(qū)域，靠近圓心側(cè)的帶狀區(qū)域的折射率最小值小于遠(yuǎn)離圓心側(cè)的帶狀區(qū)域的折射率最大值。進(jìn)一步地，所述每一帶狀區(qū)域上，隨著半徑的增大，折射率值均從所述超材料片層所具有的最大折射率值逐漸減小為所述超材料片層所具有的最小折射率值。進(jìn)一步地，所述高頻頭傾斜放置，所述高頻頭的最高點與所述平板超材料的下邊沿在同一水平面上，所述高頻頭的對稱軸線與所述平板超材料的交點記為坐標(biāo)原點，所述超材料片層縱剖面的折射率值隨著縱坐標(biāo)y值變化，其折射率分布n(y)滿足如下公式：d2＝(H-h-y)*sinγ；其中，floor函數(shù)表示向下取值函數(shù)，θ為所述高頻頭對稱軸與水平面夾角，γ為衛(wèi)星與所述平板超材料平面的法線方向的夾角，h為坐標(biāo)原點距平板超材料下邊沿的距離，H為平板超材料的總長度，d為高頻頭口徑面的直徑，ds為高頻頭等效虛擬點源與高頻頭口徑面中心點的距離，λ為衛(wèi)星輻射的電磁波波長，nmax為超材料片層所具有的最大折射率值，nmin為超材料片層所具有的最小折射率值。進(jìn)一步地，所述超材料片層還包括覆蓋層，所述覆蓋層材質(zhì)與所述基材材質(zhì)相同，均由FR-4、F4B或PS材料制成。進(jìn)一步地，所述平板超材料還包括外層阻抗匹配層以及內(nèi)層阻抗匹配層，所述外層阻抗匹配層的折射率分布n1(y)與所述超材料片層的折射率分布n(y)的對應(yīng)關(guān)系為：n1(y)＝nmin+((2.545-nmin)*(n(y)-nmin)/(nmax-nmin))；所述內(nèi)層阻抗匹配層的折射率分布n2(y)與所述超材料片層的折射率分布n(y)的對應(yīng)關(guān)系為：n2(y)＝nmin+((3.94-nmin)*(n(y)-nmin)/(nmax-nmin))。進(jìn)一步地，所述平板超材料包括兩層超材料片層，每層超材料片層、外層阻抗匹配層以及內(nèi)側(cè)阻抗匹配層厚度相同，均由0.254毫米厚度的覆蓋層、0.038毫米厚度的微結(jié)構(gòu)以及0.254毫米厚度的基材構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為人造金屬微結(jié)構(gòu)，所述人造金屬微結(jié)構(gòu)通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著于所述基材上。進(jìn)一步地，所述金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案呈各向同性。進(jìn)一步地，所述金屬微結(jié)構(gòu)呈平面雪花狀，所述金屬微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線及第二金屬線，所述第一金屬線與第二金屬線的長度相同，所述第一金屬線兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支，所述第一金屬線兩端連接在兩個第一金屬分支的中點上，所述第二金屬線兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支，所述第二金屬線兩端連接在兩個第二金屬分支的中點上，所述第一金屬分支與第二金屬分支的長度相等。進(jìn)一步地，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的每個第一金屬分支及每個第二金屬分支的兩端還連接有完全相同的第三金屬分支，相應(yīng)的第三金屬分支的中點分別與第一金屬分支及第二金屬分支的端點相連。進(jìn)一步地，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線與第二金屬線均設(shè)置有兩個彎折部，所述平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重合。進(jìn)一步地，所述高頻頭對稱軸與水平面所成夾角θ為32°，衛(wèi)星與所述平板超材料平面的法線方向夾角γ為35°，坐標(biāo)原點距平板超材料下邊沿距離h為247.2毫米，高頻頭口徑面直徑d為47.2毫米，虛擬點源與高頻頭口徑面中心點距離ds為1毫米，平板超材料折射率最小值nmin為1.48，平板超材料折射率最大值nmax為5.07。本發(fā)明采用超材料原理制備平板超材料衛(wèi)星天線，并使其與現(xiàn)有的廣告顯示裝置很好的集合成一體，使得廣告顯示裝置能根據(jù)衛(wèi)星信號實時更換顯示畫面，無需人工拆下顯示裝置重新固設(shè)新畫面。同時，本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏制備工藝簡單、成本低廉、體積小、便于安裝維護(hù)。附圖說明圖1為構(gòu)成超材料的基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為為本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏中超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為平板超材料縱剖面折射率分布計算示意圖；圖5為平板超材料縱剖面折射率分布示意圖；圖6為平板超材料正面折射率分布示意圖；圖7為本發(fā)明一實施例中的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案；圖8為圖7所示拓?fù)鋱D案的一種衍生結(jié)構(gòu)；圖9為圖7所示拓?fù)鋱D案的一種變形結(jié)構(gòu)；圖10為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤钛葑兊牡谝浑A段；圖11為平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤钛葑兊牡诙A段；圖12為利用饋源輻射電磁波后的仿真波形圖；圖13為遠(yuǎn)場dB值測試結(jié)果圖。具體實施方式光，作為電磁波的一種，其在穿過玻璃的時候，因為光線的波長遠(yuǎn)大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數(shù)，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細(xì)節(jié)參數(shù)來描述玻璃對光線的響應(yīng)。相應(yīng)的，在研究材料對其他電磁波響應(yīng)的時候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長的結(jié)構(gòu)對電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù)，例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來描述。通過設(shè)計材料每點的結(jié)構(gòu)使得材料各點的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波等。該類具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料我們稱之為超材料。如圖1所示，圖1為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料的基本單元包括人造微結(jié)構(gòu)2以及該人造微結(jié)構(gòu)附著的基材1。本發(fā)明中，人造微結(jié)構(gòu)為人造金屬微結(jié)構(gòu)，人造金屬微結(jié)構(gòu)具有能對入射電磁波電場和/或磁場產(chǎn)生響應(yīng)的平面或立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改變每個超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸即可改變每個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)。本發(fā)明中，人造微結(jié)構(gòu)2上還覆蓋有覆蓋層3，覆蓋層3、人造微結(jié)構(gòu)2以及基材1構(gòu)成本發(fā)明超材料的基本單元。多個超材料基本單元按一定規(guī)律排列即可使得超材料對電磁波具有宏觀的響應(yīng)。由于超材料整體需對入射電磁波有宏觀電磁響應(yīng)因此各個超材料基本單元對入射電磁波的響應(yīng)需形成連續(xù)響應(yīng)，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波波長的五分之一，優(yōu)選為入射電磁波波長的十分之一。本段描述中，我們?nèi)藶榈膶⒊牧险w劃分為多個超材料基本單元，但應(yīng)知此種劃分方法僅為描述方便，不應(yīng)看成超材料由多個超材料基本單元拼接或組裝而成，實際應(yīng)用中超材料是將人造金屬微結(jié)構(gòu)周期排布于基材上即可構(gòu)成，工藝簡單且成本低廉。周期排布即指上述我們?nèi)藶閯澐值母鱾€超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)能對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。本發(fā)明即利用上述超材料原理設(shè)計一種平板狀的超材料衛(wèi)星天線，其能達(dá)到或超過現(xiàn)有的由拋物面形狀的反射面構(gòu)成的衛(wèi)星天線的性能。且平板狀的超材料衛(wèi)星天線體積較小、能很好的與平板狀的顯示裝置集合以構(gòu)成本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏，使得架設(shè)于各類高速公路、市內(nèi)公路或軌道等路線旁的顯示屏能接收衛(wèi)星信號并實時更新和播放廣告信息，廣告業(yè)主或廣告顯示屏所有者在需要更換廣告信息時無需將顯示屏取下來重新燒錄廣告信息。如圖2和圖3所示，圖2為本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏中超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明基于超材料衛(wèi)星天線的廣告顯示屏包括廣告顯示屏支撐板30、固設(shè)于廣告顯示屏支撐板30上的顯示裝置20，以及超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)10。廣告顯示屏支撐板30上可固設(shè)多個顯示裝置20，每一顯示裝置20可對應(yīng)一套超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)用以顯示不同的廣告內(nèi)容，也可多個顯示裝置20對應(yīng)一套超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)，使得多個顯示裝置20均顯示相同的廣告內(nèi)容，使得觀看者從不同方位和角度均能看到廣告內(nèi)容。顯示裝置20可為LED顯示屏、LCD顯示屏、等離子顯示屏等各種顯示屏。超材料衛(wèi)星天線系統(tǒng)10包括用于接收衛(wèi)星信號并將接收到的衛(wèi)星信號降頻和放大的高頻頭11、平板超材料12、位于平板超材料12背部的反射板13以及用于支撐高頻頭11的支架14。支架14可一端固定于平板超材料12上，另一端支撐高頻頭11，也可一端固定于地面或顯示裝置上，另一端支撐高頻頭11。反射板13可采用各類金屬制作的金屬反射板，只要其能達(dá)到反射電磁波的功能即可。平板超材料12由于其體積小、厚度薄，可以貼附于顯示裝置20任何地方，例如顯示裝置20角落上，還可貼附于支撐板30上。下面詳細(xì)論述平板超材料12與高頻頭11的設(shè)計。由于豎直放置的平板超材料12是將衛(wèi)星發(fā)出的平面波匯聚到高頻頭中，由高頻頭對平面波信號進(jìn)行降頻和放大處理。此處中，衛(wèi)星輻射的初始電磁波實際為球面波，但因衛(wèi)星距平板超材料12極遠(yuǎn)，當(dāng)衛(wèi)星發(fā)出的球面波到達(dá)平板超材料12時，球面電磁波已可被視為平面電磁波。在仿真測試和計算過程中，根據(jù)電磁波傳播路徑的可逆性，利用能發(fā)射電磁波的發(fā)射天線，例如饋源或初級輻射器等代替高頻頭，本實施例中，在仿真測試和計算時，采用饋源代替高頻頭，饋源輻射頻率與衛(wèi)星輻射的電磁波頻率相同的球面電磁波且饋源輻射的球面波被平板超材料12轉(zhuǎn)換為平面電磁波后輻射出去，測試被平板超材料12轉(zhuǎn)換后的平面電磁波的遠(yuǎn)場各項參數(shù)即可確定實際運行中超材料衛(wèi)星天線接收衛(wèi)星信號的性能。如圖4所示，圖4為平板超材料12縱剖面折射率分布計算示意圖。平板超材料可由一片或多片折射率分布相同的超材料片層構(gòu)成。圖4中，僅示出一層超材料片層并將該一層超材料片層視為平板超材料。圖4中，采用饋源11′代替高頻頭進(jìn)行仿真計算。饋源11′成喇叭狀且傾斜放置，饋源對稱軸與水平面的夾角為θ且饋源對稱軸線與超材料前表面的交點記為計算過程中的坐標(biāo)原點O(0，0)。傾斜放置的饋源的最高點A(x0，y0)與平板超材料12的下邊沿在同一水平面上。另外，由于在同一個地區(qū)范圍內(nèi)，同一顆衛(wèi)星的方位角和仰角均固定，則該衛(wèi)星與平板超材料平面的法線方向的夾角也固定，記某一衛(wèi)星的方位角為α，仰角為β，則可得出該衛(wèi)星與超材料平面的法線方向的夾角γ為cos-1(cosα*cosβ)。反射板13緊貼于超材料12的后表面放置，用于反射饋源輻射的電磁波。記坐標(biāo)原點O與平板超材料12下邊沿的距離為h，饋源11′的口徑面的直徑為d，則饋源口徑面中心點B(x1，y1)的縱坐標(biāo)y1為：y1＝-h-(d*cosθ)/2，橫坐標(biāo)x1為：x1＝(h+d/2*cosθ)/tanθ。在實際計算過程中，將喇叭狀的饋源等效為一虛擬點源C(x2，y2)，虛擬點源C位于饋源對稱軸上，且其與饋源口徑面中心點B的距離為ds，則虛擬點源C的坐標(biāo)值為：x2＝x1+ds*cosθ，y2＝y(tǒng)1-ds*sinθ。記平板超材料12的全長為H，且在平板超材料12的縱剖面上，其折射率分布僅隨著y值變化而變化，其折射率在x方向無變化。超材料縱剖面上，以饋源對稱軸線與超材料前表面的交點為坐標(biāo)原點，超材料片層的折射率分布n(y)可通過如下公式得出：上式中，d2＝(H-h-y)*sinγss＝(H-h-y2)*sinγ+x2*cosγ其中，floor函數(shù)表示向下取值函數(shù)，θ為饋源或高頻頭對稱軸與水平面夾角，γ為衛(wèi)星與平板超材料平面的法線方向的夾角，h為坐標(biāo)原點距平板超材料下邊沿的距離，H為平板超材料的總長度，d為饋源或高頻頭口徑面的直徑，ds為饋源或高頻頭等效虛擬點源與饋源或高頻頭口徑面中心點的距離，λ為衛(wèi)星輻射的電磁波波長，在仿真計算時即為饋源輻射的電磁波波長，nmax為超材料片層所具有的最大折射率值，nmin為超材料片層所具有的最小折射率值。在實際測試和安裝過程中，饋源或高頻頭對稱軸與水平面夾角θ、坐標(biāo)原點距平板超材料下邊沿距離h等參數(shù)為可調(diào)參數(shù)，通過調(diào)節(jié)該些參數(shù)以達(dá)到最優(yōu)效果。獲得超材料片層的縱剖面的折射率分布n(y)后，以直線y＝y(tǒng)2為軸線將縱剖面折射率分布旋轉(zhuǎn)，即可得到超材料片層整體的折射率分布。如圖5、圖6所示，圖5為超材料片層縱剖面折射率分布示意圖，圖6為超材料片層正面折射率分布示意圖。由圖5、圖6可知，超材料片層上，按照折射率分布可劃分為多個帶狀區(qū)域(圖中分別用H1，H2，H3，H4，H5表示)，以等效虛擬點源C點在平板超材料所處平面的垂直投影點為圓心，所述多個帶狀區(qū)域上相同半徑r處的折射率相同，且每一帶狀區(qū)域上隨著半徑r的增大折射率逐漸減小，相鄰兩個帶狀區(qū)域，靠近圓心的帶狀區(qū)域的折射率的最小值小于遠(yuǎn)離圓心的帶狀區(qū)域的折射率的最大值。優(yōu)選地，每一帶狀區(qū)域上隨著半徑的增大，折射率值均從平板超材料所具有的最大折射率值nmax逐漸減小至最小折射率值nmin?？梢韵胂蟮?，當(dāng)平板超材料長度不能完美截取帶狀區(qū)域的整個折射率分布時，最靠近虛擬點源的平板超材料的帶狀區(qū)域的最大折射率可不為超材料片層的最大折射率值nmax，最遠(yuǎn)離虛擬點源的平板超材料的帶狀區(qū)域的最小折射率可不為超材料片層的最小折射率值nmin。確定超材料片層的折射率分布后，需要在超材料片層上虛擬劃分出來的超材料基本單元上周期排布人造微結(jié)構(gòu)，以改變超材料片層每點的折射率值，從而使得平板超材料獲得上述折射率分布。人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈统叽鐣绊懫涓街某牧匣締卧恼凵渎手担诖瞬襟E中，可采用大型計算方式從數(shù)據(jù)庫中選取合適的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤詈统叽?。選取的人造微結(jié)構(gòu)一方面需要滿足各點折射率分布值的要求也需要滿足超材料片層的最大折射率值和最小折射率值的要求。如圖7所示，其為本發(fā)明一實施例中的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案。該人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為呈各向同性的平面雪花型。各向同性是指沿微結(jié)構(gòu)中心點將微結(jié)構(gòu)在微結(jié)構(gòu)所在平面上，按任意方向旋轉(zhuǎn)90°后得到的新圖案都與原圖案重合。采用各向同性的微結(jié)構(gòu)能簡化設(shè)計，其對垂直微結(jié)構(gòu)所在平面入射的各個方向的電磁波均具有相同的電磁響應(yīng)，具有很好的一致性。平面雪花型的微結(jié)構(gòu)具有相互垂直平分的第一金屬線J1及第二金屬線J2，所述第一金屬線J1與第二金屬線J2的長度相同，所述第一金屬線J1兩端連接有相同長度的兩個第一金屬分支F1，所述第一金屬線J1兩端連接在兩個第一金屬分支F1的中點上，所述第二金屬線J2兩端連接有相同長度的兩個第二金屬分支F2，所述第二金屬線J2兩端連接在兩個第二金屬分支F2的中點上，所述第一金屬分支F1與第二金屬分支F2的長度相等。圖8是圖7所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種衍生結(jié)構(gòu)。其在每個第一金屬分支F1及每個第二金屬分支F2的兩端均連接有完全相同的第三金屬分支F3，并且相應(yīng)的第三金屬分支F3的中點分別與第一金屬分支F1及第二金屬分支F2的端點相連。依此類推，本發(fā)明還可以衍生出其它形式的金屬微結(jié)構(gòu)。圖9是圖7所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的一種變形結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的金屬微結(jié)構(gòu)，第一金屬線J1與第二金屬線J2不是直線，而是彎折線，第一金屬線J1與第二金屬線J2均設(shè)置有兩個彎折部WZ，但是第一金屬線J1與第二金屬線J2仍然是垂直平分，通過設(shè)置彎折部的朝向與彎折部在第一金屬線與第二金屬線上的相對位置，使得圖7所示的金屬微結(jié)構(gòu)繞垂直于第一金屬線與第二金屬線交點的軸線向任意方向旋轉(zhuǎn)90度的圖形都與原圖重合。另外，還可以有其它變形，例如，第一金屬線J1與第二金屬線J2均設(shè)置多個彎折部WZ。得到微結(jié)構(gòu)的具體拓?fù)鋱D案后，可通過將微結(jié)構(gòu)按照比例縮小、放大的方式獲得整個超材料片層的折射率分布，也可通過以具體的一個微結(jié)構(gòu)圖案為基本圖形，以通過演變獲得基本圖形的方式來獲得整個超材料片層的折射率分布。下面詳細(xì)介紹以平面雪花型為基本圖形，通過演變方式獲得超材料片層折射率分布的具體步驟：(1)確定微結(jié)構(gòu)的附著基材。當(dāng)超材料基本單元還包括覆蓋層時，覆蓋層的材質(zhì)與基材材質(zhì)相同?；牟馁|(zhì)可選取FR-4、F4B或PS材料，無論選取何種材料，均可確定基材的折射率值。本發(fā)明中，單層超材料片層由0.254毫米厚度的PS材料制成的覆蓋層、0.038毫米厚度的微結(jié)構(gòu)以及0.254毫米厚度的PS材料制成的基材構(gòu)成，單層超材料片層厚度為0.546毫米。(2)確定超材料單元的尺寸。超材料單元的尺寸由衛(wèi)星的中心頻率得到，利用頻率得到其波長，再取小于波長的五分之一的一個數(shù)值作為超材料單元D的長度CD與寬度KD。本發(fā)明中，衛(wèi)星天線的工作頻率為11.7-12.2GHZ，設(shè)計時采用11.95GHZ的中心頻率。所述超材料單元D的長度CD和寬度KD均為2.8毫米。(3)確定微結(jié)構(gòu)的材料及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本實施例中，微結(jié)構(gòu)的材料為銅，微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為圖7所示的平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)，其線寬W各處一致；此處的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是指拓?fù)湫螤钛葑兊幕緢D形。(4)確定金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)。如圖7所示，本發(fā)明中，平面雪花狀的金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)包括金屬微結(jié)構(gòu)的線寬W，第一金屬線J1的長度a，第一金屬分支F1的長度b。(5)確定金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兿拗茥l件。本發(fā)明中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑兿拗茥l件有，金屬微結(jié)構(gòu)之間的最小間距WL(即如圖7所示，金屬微結(jié)構(gòu)與超材料單元的長邊或?qū)掃叺木嚯x為WL/2)，金屬微結(jié)構(gòu)的線寬W，超材料單元的尺寸；由于加工工藝限制，WL大于等于0.1mm，同樣，線寬W也是要大于等于0.1mm。本實施例中，WL取0.1mm，W取0.3mm，超材料單元的尺寸為長與寬為2.8mm，此時金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤顓?shù)只有a和b兩個變量。金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹耐ㄟ^如圖10至圖11所示的演變方式，對應(yīng)于某一特定頻率(例如11.95GHZ)，可以得到一個連續(xù)的折射率變化范圍。具體地，所述金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑儼▋蓚€階段(拓?fù)湫螤钛葑兊幕緢D形為圖7所示的金屬微結(jié)構(gòu))：第一階段：根據(jù)演變限制條件，在b值保持不變的情況下，將a值從最小值變化到最大值，此演變過程中的金屬微結(jié)構(gòu)均為“十”字形(a取最小值時除外)。本實施例中，a的最小值即為0.3mm(線寬W)，a的最大值為(CD-WL)，即2.8-0.1mm，則a的最大值為2.7mm。因此，在第一階段中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑內(nèi)鐖D10所示，即從邊長為W的正方形JX1，逐漸演變成最大的“十”字形拓?fù)湫螤頙D1，在最大的“十”字形拓?fù)湫螤頙D1中，第一金屬線J1與第二金屬線J2長度均為2.7mm，寬度W均為0.3mm。在第一階段中，隨著金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑儯c其對應(yīng)的超材料單元的折射率連續(xù)增大((對應(yīng)天線一特定頻率)，當(dāng)頻率為11.95GHZ時，超材料單元對應(yīng)的折射率的最小值nmin為1.48。第二階段：根據(jù)演變限制條件，當(dāng)a增加到最大值時，a保持不變；此時，將b從最小值連續(xù)增加到最大值，此演變過程中的金屬微結(jié)構(gòu)均為平面雪花狀。本實施例中，b的最小值即為0.3mm(線寬W)，b的最大值為(CD-WL-2W)，即2.8-0.1-2*0.3mm，則b的最大值為2.1mm。因此，在第二階段中，金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑內(nèi)鐖D11所示，即從最大的“十”字形拓?fù)湫螤頙D1，逐漸演變成最大的平面雪花狀的拓?fù)湫螤頙D2，此處的最大的平面雪花狀的拓?fù)湫螤頙D2是指，第一金屬分支J1與第二金屬分支J2的長度b已經(jīng)不能再伸長，否則第一金屬分支與第二金屬分支將發(fā)生相交，b的最大值為2.1mm。此時，第一金屬線與第二金屬線長度均為2.7mm，寬度均為0.3mm，第一金屬分支及第二金屬分支的長度均為2.1mm，寬度為0.3mm。在第二階段中，隨著金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螤畹难葑?，與其對應(yīng)的超材料單元的折射率連續(xù)增大(對應(yīng)天線一特定頻率)，當(dāng)頻率為11.95GHZ時，超材料單元對應(yīng)的折射率的最大值nmax為5.69，本發(fā)明在設(shè)計時僅取5.07的最大折射率。在上述第一階段和第二階段的演變過程中，均需要保證演變過程中的微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案為各向同性的拓?fù)鋱D案。通過上述演變得到超材料單元的折射率變化范圍(1.48-5.69)滿足設(shè)計需要。如果上述演變得到超材料單元的折射率變化范圍不滿足設(shè)計需要，例如最大值太小，則變動WL與W，重新仿真，直到得到我們需要的折射率變化范圍。通過上述設(shè)計獲得超材料片層的折射率分布，實現(xiàn)折射率分布的人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和尺寸后，為了減小入射到超材料片層上的電磁波因為折射率突變引發(fā)的反射損失，還可以在超材料片層表面設(shè)置多層阻抗匹配層。阻抗匹配層也可采用上述設(shè)計超材料片層的方法設(shè)計，不同點在于，各層阻抗匹配層的折射率漸變。各層阻抗匹配層的折射率漸變至超材料片層的折射率分布的方式可為線性分布漸變方式、冪值分布漸變方式、二項式分布漸變方式或切比雪夫漸變方式等。下面確定本發(fā)明超材料衛(wèi)星天線的參數(shù)，并測試在該些參數(shù)下，超材料衛(wèi)星天線的性能。本實施例中，平板超材料采用帶阻抗匹配層的超材料，由2層超材料片層以及2層阻抗匹配層構(gòu)成，平板超材料正面尺寸為550mmX550mm，厚度為0.546X4＝2.184mm。由該尺寸也可看出，本發(fā)明超材料衛(wèi)星天線的體積小、易于攜帶、易于安裝。饋源對稱軸與水平面所成夾角θ取值32°，衛(wèi)星與平板超材料平面的法線方向夾角γ為35°。坐標(biāo)原點O距平板超材料下邊沿距離h為247.2毫米，饋源口徑面直徑d為47.2毫米，虛擬點源與饋源口徑面中心點距離ds為1毫米，平板超材料折射率最小值nmin為1.48，平板超材料折射率最大值nmax為5.07。外層阻抗匹配層與內(nèi)層阻抗匹配層的折射率分布采用如下公式確定：外層阻抗匹配層折射率分布n1(y)＝nmin+((2.545-nmin)*(n(y)-nmin)/(nmax-nmin))；內(nèi)層阻抗匹配層折射率分布n2(y)＝nmin+((3.94-nmin)*(n(y)-nmin)/(nmax-nmin))。利用上述參數(shù)得到的仿真結(jié)果如圖12、圖13所示。圖12為利用饋源輻射電磁波后的波形圖，圖中條紋表示傳播的電磁波，從圖12可以看出，饋源輻射的球面波被平板超材料響應(yīng)和反射后以平面波形式輻射出去。圖13為遠(yuǎn)場dB值測試結(jié)果圖。圖13中，橫坐標(biāo)角度值表示偏離平板超材料平面法線法向的角度，從圖13中可知，在偏離平板超材料平面法線方向約35°，具有最大的遠(yuǎn)場值，而仿真中，衛(wèi)星與平板超材料平面的法線方向夾角γ也為35°，因此可反推出，當(dāng)采用高頻頭接收此衛(wèi)星發(fā)射的信號時，也具有最佳的性能。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。