一种基于3D打印的微带阵列天线及制造工艺的制作方法

一种基于3d打印的微带阵列天线及制造工艺
技术领域
1.本发明涉及一种微带阵列天线及制造工艺，具体涉及一种基于3d打印的微带阵列天线及制造工艺。
技术背景
2.天线是一种用于发射和接收电磁能量的设备。很多情况，由单个天线就能完成发射和接收电磁能量的任务，但天线形式一旦确定，则其辐射特性便固定下来，使其无法满足一些应用场合，如很窄的波束宽度、波束电扫描等。这时需要多个天线的组合形成阵列天线实现预定的指标。
3.阵列天线是利用电磁波的干涉原理和叠加原理产生特殊的辐射特性，构成阵列天线的单个辐射器称为单元。阵列天线分为直线阵、平面阵及共形阵(其阵元与非平面表面共形) 等。微带阵列天线为阵列天线的一处，其具有低成本、易于集成、容易实现各种波束的优点。
4.3d打印在复合材料的制造中提供了许多优势，包括高精度、低成本和定制复杂几何形状。现有的3d打印阵列天线均为硬质介质基板天线，不易弯曲、折叠，无法在可穿戴设备、可植入医疗设备、软体机器人、星载设备等领域应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于3d打印的微带阵列天线，具有厚度薄、体积小、质量轻、易弯曲等性能，可应用于小型化、轻便化、可折叠的设备中。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于3d打印的微带阵列天线，包括：衬底、金属地和天线；所述衬底覆盖设置在所述金属地的上方，所述天线设置在所述衬底的上方；所述天线包括馈电点、功分器和一组辐射贴片组，所述辐射贴片组由8个辐射贴片串联形成环形结构，相邻所述辐射贴片由微带线连接，所述功分器和所述辐射贴片组组成天线面阵，设置在所述衬底的上方。
7.优选地，所述微带线、功分器与辐射贴片位于阵列天线的同一面，可以同时加工。
8.优选地，所述辐射贴片的形状为边长8.6mm的正方形。
9.优选地，所述微带线的宽度为2mm。
10.优选地，相邻所述辐射贴片的间距为2.6mm。
11.优选地，所述馈电点分别连接在所述功分器的一输出传输线和所述辐射贴片组的一端上，用于接收从所述功分器的一输出传输线输出的信号功率，并传输到所述辐射贴片组上。
12.优选地，所述功分器包括1个输入传输线和2个输出传输线，所述输入传输线接收外部的输入信号功率，将所述外部输入信号功率按一定比例分成两路输出信号功率输出到输出传输线；每一输出传输线分别与所述辐射贴片组上的馈电点连接。
13.一种基于3d打印的微带阵列天线的天线的制造工艺，包括以下步骤：
14.1)3d打印：将钨-铜复合粉末装入3d打印机中并将粉末铺平，将预先设计好的模型利用切片软件进行切片然后导入到3d打印机中，将成形腔内做抽真空处理，之后成形腔内充入氩气保护，待舱内氧气含量不高于0.1％(体积分数)时打印自动开始；
15.2)后处理：打印完成后取出基板和成形件，并待二者完全冷却，使用线切割的方法将基板和成形件分离，从而制得所述天线。
16.优选地，所述步骤1)中，3d打印机的工艺参数为：激光功率195w、扫描速度700mm/s、扫描间距0.08mm、扫描线长度1mm，铺粉层厚20μm。
17.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
18.辐射贴片的边沿与所述金属地之间电场的相互作用引起本发明种基于3d打印的微带阵列天线的辐射作用，8个所述辐射贴片串联形成的环形结构使所述一种基于3d打印的微带阵列天线具有良好的交叉极化辐射抑制能力。
19.本发明天线是以钨-铜复合粉末为原料，以选择性激光烧结3d打印工艺制得的。选择性激光烧结3d打印工艺是依据“离散-堆积”加工原理，利用激光束逐层有选择性地扫描加热粉末，使其快速熔融、冷却凝固而粘结成形，最终加工出形状复杂的三维实体模型或功能件。本发明选择性激光烧结3d打印工艺能够制造厚度薄、体积小、质量轻、易弯曲的零件。
20.本发明基于3d打印的微带阵列天线具有厚度薄、体积小、质量轻、易弯曲等性能，可应用于小型化、轻便化、可折叠的设备中。
附图说明
21.图1是本发明提供的一种基于3d打印的微带阵列天线的结构示意图；
22.图2是本发明提供的一种基于3d打印的微带阵列天线中天线的结构示意图；
23.图3是本发明提供的一种基于3d打印的微带阵列天线中功分器的结构示意图；
24.图4是本发明提供的一种基于3d打印的微带阵列天线中辐射贴片组的结构示意图。
25.图中：1、基于3d打印的微带阵列天线，11、衬底，12、金属地，13、天线，131、馈电点，132、功分器，133、辐射贴片组，1321、输入传输线，1322、输出传输线，1331、辐射贴片，1332、微带线。
具体实施方式
26.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
27.如图1所示，本发明的一种基于3d打印的微带阵列天线，包括衬底11、金属地12 和天线13；衬底11覆盖设置在金属地12的上方，天线13设置在衬底11的上方。
28.如图2和图4所示，所述天线13包括馈电点131、功分器132和一组辐射贴片组133。其中，辐射贴片组133由8个辐射贴片1331串联形成环形结构，相邻辐射贴片由微带线 1332连接。辐射贴片的形状为边长为8.6mm的正方形；微带线的宽度为2mm；相邻辐射贴片的间距为2.6mm。功分器132和辐射贴片组133组成天线面阵，设置在所述衬底的上方；馈电点131分别连接在功分器132的一输出传输线和辐射贴片组133的一端上，用于接收从所述功分器的一输出传输线输出的信号功率，并传输到所述辐射贴片组上。
29.如图3所示，功分器132包括一个输入传输线1321和两个输出传输线1322，输入传输线1321接收外部的输入信号功率，将外部输入信号功率按一定比例分成两路输出信号功率输出到输出传输线1322；每一输出传输线分别与辐射贴片组上的馈电点连接。
30.所述天线是以钨-铜复合粉末为原料，以选择性激光烧结3d打印工艺制得。
31.本发明的基于3d打印的微带阵列天线的天线的制造工艺，包括以下步骤：
32.1)3d打印
33.将钨-铜复合粉末装入3d打印机中并将粉末铺平，将预先设计好的模型利用切片软件进行切片然后导入到3d打印机中，设置激光功率195w、扫描速度700mm/s、扫描间距0.08mm、扫描线长度1mm、铺粉层厚20μm，将成形腔内做抽真空处理，之后成形腔内充入氩气保护，待舱内氧气含量不高于0.1％(体积分数)时打印自动开始。
34.2)后处理
35.打印完成后取出基板和成形件，并待二者完全冷却，使用线切割的方法将基板和成形件分离，从而制得所述天线。
36.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。