天線原指自然界中動(dòng)植物的觸覺(jué)系統(tǒng)，現(xiàn)多指連接外部世界與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的橋梁（圖1）。天線是國(guó)防科技、航空航天和通信等領(lǐng)域的重要裝置之一，隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)天線提出了性能穩(wěn)定、重量輕、體積小、便于集成化等更高的性能要求和實(shí)用性指標(biāo)。天線的制造和發(fā)展和紡織有著密不可分的關(guān)系，包括天線主體材料、天線輻射單元印刷工藝、天線基體三維編織工藝等。
圖1 傳統(tǒng)天線
天線主體材料。目前天線主體材料多為復(fù)合材料，具有降低重量、提高比強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)性高、兼具力學(xué)性和功能性等多方面的優(yōu)勢(shì)。紡織復(fù)合材料通常是將兩種或兩種以上物質(zhì)通過(guò)一定的方法結(jié)合而成的多相材料（成型工藝如圖2），包括作為分散相起承受負(fù)荷作用的纖維材料，以及作為連續(xù)相起粘接增強(qiáng)體、傳遞載荷到增強(qiáng)體的有機(jī)聚合物基體。紡織復(fù)合材料具有優(yōu)異的加工和使用性能，已廣泛應(yīng)用于汽車、航空、海洋等工業(yè)領(lǐng)域中。
圖2 復(fù)合材料成型工藝流程[1]
天線輻射單元印刷工藝。傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)主要用于紡織品印花，隨著工業(yè)迅速發(fā)展，天線輻射單元印刷的概念被提出。天線輻射單元印刷即利用絲網(wǎng)印刷工藝在不同的材質(zhì)表面印制各種形態(tài)的輻射單元，對(duì)于陣列、環(huán)形、多邊等輻射單元都可以精確加工，且制得的結(jié)構(gòu)相更加輕??；所印刷輻射單元為導(dǎo)電漿料和紡織品的結(jié)合體，這使得天線本身具備一定的彎曲繞度，在受到載荷時(shí)可以抵抗一定的形變而不會(huì)發(fā)生分層，克服了傳統(tǒng)共形天線由于內(nèi)部硬質(zhì)導(dǎo)電層而引起的容易分層的問(wèn)題。絲網(wǎng)印刷方式制備輻射單元具有均勻性好、適印性好、成本低、與基材附著力好、膜的厚度范圍較廣等特點(diǎn)，能夠滿足天線高精度的尺寸要求。
天線基體三維編織工藝。采用三維織造技術(shù)，將輻射單元和底板同基體一體織造，大大改善了共形結(jié)構(gòu)容易分層的問(wèn)題，制作的天線整體性優(yōu)秀，在滿足天線設(shè)計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí)還具有極高的抗沖擊特性。圖3為雙梳緞?lì)惤饘俳z編織網(wǎng)[2]，該結(jié)構(gòu)前后兩梳均為經(jīng)緞結(jié)構(gòu)，兩把梳分別在部分穿經(jīng)的情況下做反向?qū)ΨQ墊紗運(yùn)動(dòng)形成較大的菱形網(wǎng)眼，結(jié)構(gòu)對(duì)稱性較好，內(nèi)部各線圈形態(tài)差異相對(duì)較小，形成的菱形網(wǎng)眼規(guī)整性好，適合作為低頻段通信衛(wèi)星金屬網(wǎng)狀天線用材料。
圖3 雙梳緞?lì)惤饘俳z編織網(wǎng)
紡織和航空航天有著密不可分的關(guān)系，越來(lái)越多的紡織技術(shù)在太空中閃耀著光輝。2016年8月6日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功將天通一號(hào)01星發(fā)射升空，這是我國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)首發(fā)星，被譽(yù)為“中國(guó)版的海事衛(wèi)星”，其成功發(fā)射標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入了衛(wèi)星移動(dòng)通信的“手機(jī)時(shí)代”，該衛(wèi)星大型天線使用了東華大學(xué)陳南梁科研工作團(tuán)隊(duì)研制生產(chǎn)的星載天線金屬網(wǎng)。
傳統(tǒng)星載天線多采用鋁合金等傳統(tǒng)金屬材料，非常不利于衛(wèi)星天線在太空中靈活收放?？蒲袌F(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，鍍金鉬絲材料具有高強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、不易斷、反射率高等特性，是用于制造空間可展開(kāi)網(wǎng)狀天線反射體的絕佳之選，團(tuán)隊(duì)采用極細(xì)金屬絲合股及經(jīng)編技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了把只有頭發(fā)絲四分之一細(xì)的極細(xì)鍍金鉬絲纖維合股加捻的技術(shù)突破，還創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造出專用的并線、整經(jīng)和經(jīng)編設(shè)備及全套生產(chǎn)工藝，制備得到的衛(wèi)星天線金屬網(wǎng)重量降低90%以上且便于攜帶，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、移動(dòng)通訊衛(wèi)星的大功率通訊都得益于此（圖4）。
圖4 星載天線
成功研制的星載天線金屬網(wǎng)在我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、“鵲橋”號(hào)中繼衛(wèi)星、移動(dòng)通訊衛(wèi)星等多個(gè)系列衛(wèi)星中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，不僅開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)衛(wèi)星采用自主研發(fā)金屬網(wǎng)天線的歷史[3]，還為柔性天線關(guān)鍵產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程發(fā)揮了里程碑式的作用，為國(guó)產(chǎn)金屬網(wǎng)在軌順利應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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相關(guān)鏈接：
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參考文獻(xiàn)：
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