根據3D科學谷的市場觀察，3D打印在天線制造方面具有兩大技術邏輯：3D打印實現更復雜更精致的結構提升天線性能；3D打印實現輕量化、結構一體化的天線結構更節約材料與空間占用、更緊湊。

目前3D打印天線的材料種類繁多，大致包括混合材料（金屬油墨與非導電材料的混合等等）、陶瓷、金屬及高分子材料。目前市場上通過3D打印開發天線部件的案例正在涌現，這些案例背后具有一定的技術邏輯支撐，一旦獲得商業化的可行性，將獲得更加廣泛的普及。

3D科學谷將分享法國電子、天線系統和電信實驗室通過3D打印陶瓷技術開發介質諧振器天線部件的案例，以此來感受陶瓷3D打印技術在這一細分領域的應用邏輯。

▲3D科學谷白皮書 ....

天線的小型化、寬頻帶、低損耗

隨著無線通信事業的飛速發展，對于天線的小型化、寬頻帶、低損耗等性能提出了更高的要求。雖然各種各樣的微帶天線因其低剖面、輕質量等優點，已經得到了深入的研究和廣泛的應用，但由于在高頻段金屬歐姆損耗高和在低頻段天線幾何尺寸大這兩個關鍵性技術瓶頸的存在，其發展和應用受到了一定的限制。近年來，介質諧振器天線由于良好的性能而受到了廣泛的關注和研究。[1]

介質諧振器天線是一種諧振式天線，由低損耗的微波介質材料構成，它的諧振頻率由諧振器尺寸、形狀和相對介電常數所決定。[1]

介質諧振器天線的設計與外形呈現出多種多樣的形式。Sun G L等學者提到，在天線的外形結構方面，介質天線具有靈活的饋電方式和較高的設計自由度，因此目前有很多形狀各異的介質天線[2]。

3D打印技術在實現精細復雜的異形結構、一體化功能集成結構方面所具有的優勢，與介質諧振器天線設計自由度較高的需求相得益彰。

兼得共振頻率與小型化設計

法國電子、天線系統和電信實驗室（LEAT,以下簡稱實驗室），正在立志于研發小型化、低損耗的設備。為了達到這一目標，該實驗室正在研究S波段天線（頻率范圍2-4 GHZ）和介質諧振天線（DRA）。

常規天線由兩部分組成，一部分用于支持下行衛星通信，另一部分用于上行衛星通信，這兩部分需要兩個諧振頻率不同的介質諧振器。

介質諧振器在天線設備中起著巨大的作用：它們通過對空間能量的重新分配，定向地放大信號，從而提高其傳播距離。介質諧振器通常由陶瓷材料制成，如氧化鋯，因為此材料具有較高的介電常數和較小的損耗。對于每個頻率標準，都需要一個特定的諧振器，其介電常數由材料和獨特的設計決定。然而，想要同時兼得共振頻率與小型化設計是一項大挑戰。

Raise3D 復志科技

在研發過程中，由于工程師要不斷測試部件設計的可行性。3D打印技術能夠滿足實驗室定制開發具有不同設計，且功能集成的緊湊型介質諧振天線部件的需求。這為實驗室的研發工作更順暢地推進提供了保障。

初步研發結果有所突破

為了開發出理想的介質諧振天線，LEAT選擇了具有優異介電性能的Nanoe Zetamix白色氧化鋯3D打印線材：介電常數ε=30和低損耗：Tanδ=10-3。

另外，為了達到部件尺寸與不同部位之間介電常數的合適比例，工程師們選擇了Raise3D復志科技的Pro2 FDM/FFF 3D打印機，該設備與Nanoe 3D打印陶瓷線材能夠完美兼容。這一3D打印技術，能夠幫助工程師制造出具有控制孔隙率的陶瓷部件。

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Pro2最小噴嘴直徑可達0.2mm，最小層高可精確至0.01 mm，且運行非常穩定，可幫助實驗室在研發過程中穩定的產出高精度陶瓷介質諧振天線部件。

打印完成后，經過脫脂和燒結處理，陶瓷部件的致密度高達99%。

▲正在打印中的Pro2 3D打印機

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實驗室在打印介質諧振天線部件時，選擇了0.1mm的層高，設置了2個密度分別為25%和95%的螺旋體填充。在打印完成后，進行了2小時溶劑脫脂，并以1450℃在燒結爐中進行燒結。

部件完成制作后，實驗室在一個小型微波暗室中通過添加2個射頻連接器，對放置在地板上的這些部件進行了測試。介質諧振器被激勵于測試頻段，其全頻段的3D輻射特性通過在暗室中旋轉天線獲得。

初步測試結果顯示這個定制的介質諧振器天線具有很高的輻射效率，與仿真結果相吻合。此外，天線的工作帶寬向高頻(2600MHz)偏移，可以在后續的天線設計中對其進行優化。

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隨著工業和公眾需求的增加，電信行業將會繼續蓬勃發展，對于天線的小型化、寬頻帶、低損耗等性能也將提出更高的要求。通過此次3D打印介質諧振天線的成功嘗試，法國電子、天線系統和電信實驗室已經準備好迎接更多的挑戰。

審核編輯 ：李倩