天线原指自然界中动植物的触觉系统，现多指连接外部世界与无线网络系统的桥梁（图1）。天线是国防科技、航空航天和通信等领域的重要装置之一，随着科技发展，现代电子设备对天线提出了性能稳定、重量轻、体积小、便于集成化等更高的性能要求和实用性指标。天线的制造和发展和纺织有着密不可分的关系，包括天线主体材料、天线辐射单元印刷工艺、天线基体三维编织工艺等。

图1  传统天线

天线主体材料。目前天线主体材料多为复合材料，具有降低重量、提高比强度、可设计性高、兼具力学性和功能性等多方面的优势。纺织复合材料通常是将两种或两种以上物质通过一定的方法结合而成的多相材料（成型工艺如图2），包括作为分散相起承受负荷作用的纤维材料，以及作为连续相起粘接增强体、传递载荷到增强体的有机聚合物基体。纺织复合材料具有优异的加工和使用性能，已广泛应用于汽车、航空、海洋等工业领域中。

图2  复合材料成型工艺流程^[1]

天线辐射单元印刷工艺。传统丝网印刷技术主要用于纺织品印花，随着工业迅速发展，天线辐射单元印刷的概念被提出。天线辐射单元印刷即利用丝网印刷工艺在不同的材质表面印制各种形态的辐射单元，对于阵列、环形、多边等辐射单元都可以精确加工，且制得的结构相更加轻薄；所印刷辐射单元为导电浆料和纺织品的结合体，这使得天线本身具备一定的弯曲绕度，在受到载荷时可以抵抗一定的形变而不会发生分层，克服了传统共形天线由于内部硬质导电层而引起的容易分层的问题。丝网印刷方式制备辐射单元具有均匀性好、适印性好、成本低、与基材附着力好、膜的厚度范围较广等特点，能够满足天线高精度的尺寸要求。

天线基体三维编织工艺。采用三维织造技术，将辐射单元和底板同基体一体织造，大大改善了共形结构容易分层的问题，制作的天线整体性优秀，在满足天线设计各项性能指标的同时还具有极高的抗冲击特性。图3为双梳缎类金属丝编织网^[2]，该结构前后两梳均为经缎结构，两把梳分别在部分穿经的情况下做反向对称垫纱运动形成较大的菱形网眼，结构对称性较好，内部各线圈形态差异相对较小，形成的菱形网眼规整性好，适合作为低频段通信卫星金属网状天线用材料。

图3  双梳缎类金属丝编织网

纺织和航空航天有着密不可分的关系，越来越多的纺织技术在太空中闪耀着光辉。2016年8月6日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将天通一号01星发射升空，这是我国卫星移动通信系统首发星，被誉为“中国版的海事卫星”，其成功发射标志着我国进入了卫星移动通信的“手机时代”，该卫星大型天线使用了东华大学陈南梁科研工作团队研制生产的星载天线金属网（图4）。

图4  研制中的天线金属网

传统星载天线多采用铝合金等传统金属材料，非常不利于卫星天线在太空中灵活收放。科研团队发现，镀金钼丝材料具有高强度、低热膨胀系数、不易断、反射率高等特性，是用于制造空间可展开网状天线反射体的绝佳之选，团队采用极细金属丝合股及经编技术，实现了把只有头发丝四分之一细的极细镀金钼丝纤维合股加捻的技术突破，还创新设计制造出专用的并线、整经和经编设备及全套生产工艺，制备得到的卫星天线金属网重量降低90%以上且便于携带，北斗导航卫星、移动通讯卫星的大功率通讯都得益于此（图5）。

图5  星载天线

成功研制的星载天线金属网在我国北斗导航卫星、“鹊桥”号中继卫星、移动通讯卫星等多个系列卫星中发挥了至关重要的作用，不仅开创了我国卫星采用自主研发金属网天线的历史^[3]，还为柔性天线关键产品国产化进程发挥了里程碑式的作用，为国产金属网在轨顺利应用奠定了坚实的基础。

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 相关链接：

《聚焦 | 探秘“纺织智造”：“星载天线金属网”用于北斗导航卫星》

参考文献：

[1] 栾赫. 基于印刷辐射元的纺织复合材料天线的制备及其性能研究[D]. 东华大学, 2017.

[2] 李欢，王少鹏，黄春良，等. 通信卫星金属网状天线及其编织技术[J]. 产业用纺织品. 2015, 33(11): 21-24.

[3] 郝杰. 陈南梁:被航天人认可的纺织人[J]. 纺织服装周刊. 2018(41): 8-9.