高性能卫星天线制造发展历程及展望

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！