高性能卫星天线制造发展历程及展望

胡薇 发表于 2018-05-10 15:42:35 收藏 已收藏
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高性能卫星天线制造发展历程及展望

胡薇 发表于 2018-05-10 15:42:35

GPS、北斗天线有不同的工艺可以制造,民用系统一般采用平面型结构,例如手机中,采用线极化的居多,军工系统采用圆极化的3D结构,适应终端剧烈位置变化的装机环境。

天线性能的比较涉及很多因素。行业中公认最佳的是加载高介电陶瓷的四臂螺旋天线。其对应的工艺也很复杂,我们这里推介一种新的制造工艺:3D打印技术(增材制造技术)。其制造的3D型GPS天线性价比是最好的。

一、几种天线实物

其中3D构型的Hilber天线体积最小(8X8X8mm),陶瓷天线面积最大(30mmX30mm)

(1)实际测试的数据表明,3D Hilbet天线与陶瓷平面天线相比,体积小5倍,但是收信号幅度和收星颗数差不多。

(2)再比较在空间位置不同,3D构型的其余三款天线增益都比平面型陶瓷的好3db以上。

平面型的GPS天线,其辐射方向仿真来看,如图,在剧烈晃动,蓝色与红色界限分明,信号幅度变化剧烈。

而四臂螺线天线,是由两组螺线组成,在空间构成一对正交的天线组合,空间辐射叠加成心脏型,不论天线如何晃动,相比2D天线多3dB增益。是行业公认的最好性能天线,实际测试也是如此!

二、高性能卫星天线制造发展历程

1、平面天线加载陶瓷

陶瓷的介电系数高,且损耗小,可以相比空气介质带来增益:

因此都采用高介电、低损耗微波陶瓷来制造天线。

2、四臂螺旋构型适合空间位置变化时增益的保持

不论如何放置,增益下降小。其发展也由空气介质,向陶瓷介质演进:

但是圆柱装陶瓷制造工艺复杂:

还需要用激光剥离光刻胶后再化学镀:

3、3D打印和LDS技术取代陶瓷四臂螺旋天线

采用3D打印或者LDS技术制造,不使用陶瓷基材,相同的体积下获得一样的性能。

4、3D打印制造3DHilber构型天线,获得比四臂螺旋更好性能

这类天线,从不同的面去看,基本构型一致,剧烈变换位置,幅度变化很小。相比四臂螺线天线增益更高!

三、展望

目前卫星终端都采用四臂螺旋结构,本次提出的另外一类3D构型的Hilber天线,丰富了天线种类,与3D打印技术成型和LDS技术制造的四臂螺旋天线一起,构成了新工艺的器件。

3D打印技术制造这类天线有独到的技术优势,尤其适合制造层次很多的多频天线。广泛用于GPS、北斗、和卫星电话中。

3D打印技术目前处于发展期间,一次制造空间不大(一般330mmX330mmX500mm)制造大一些部件,产能太小,价格很贵,但是制造这类不到一个立方厘米的产品,一台设备日产能可达5万颗,这也将是3D打印历史上第一次迈出手板加工、打样,直接制造面向主流市场的优势产品的历史事件!

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