浅谈卫星导航天线的材料

俗话说巧妇难为无米之炊，材料就是天线产品的根本。任何天线的设计都不能脱离材料而独立存在，同样的设计原理，依托于不同的材料，也会有很大的区别。今天，我们就来说说导航天线设计中常用的材料。

A、陶瓷材料

a1、陶瓷作为天线材料具有损耗低、介电常数稳定、一致性好、易于批量生产、成本低等优点。缺点是易脆，高冲击使用环境下可能会裂，密度较高，质量较重，做不到介电常数2~3的低介电常数。除了某些特殊场合使用受到限制，陶瓷仍是目前导航天线领域应用范围最广的材料。

a2、陶瓷作为天线材料一般包括陶瓷基体和金属涂层两部分。先说陶瓷基体，简单的说其生产过程会经过粉料打磨、添加微量元素混合、磨具冲压成型、烧结结晶等过程。陶瓷作为无机分子材料在烧结时需要高达几百度的温度，烧结完成的陶瓷材料具有硬度高，结构稳定的特点。同时陶瓷天线具有很宽的耐温范围，这是其他材料不具备的特点。

a3、只有基体还构不成天线，需要在基体表面印刷上金属涂层，该涂层的材料一般是银层，此处的银开始是以银浆的状态呈现，将具有细孔的钢网或者丝网平整的压在需要附着金属的陶瓷表面，将银浆均匀地印刷在钢网上，银浆透过网孔沉在陶瓷表面，刷好银浆之后的陶瓷需要再次高温烧结使低温的银浆变成固化的银层附着在陶瓷表面。而陶瓷天线的设计和调试一般都是针对表面银层的形状来展开的。

a4、因为天线的尺寸与其材料基体的介电常数成负相关的关系，为了把天线做小，需要更高介电常数的材料，而陶瓷可以把介电常数做到100以上，这是其他材料做不到的，因此很多超小型化的导航天线都是用高介电常数的陶瓷来设计。

B、高频板材

b1、高频板材的种类很多，比如用多层玻纤压合而成的聚四氟乙烯板材，用有机高分子材料和陶瓷粉料混合而成的高频微波板等，为了方便我们在这里统一将他们归类成高频板材。好的高频板材具有损耗低，介电常数稳定，低色散，特性随频率及环境变化小，材料厚度公差小、热性能稳定、吸水率低、铜箔附着力强、可靠性好等特点。这类材料介电常数一般在2~20之间，与陶瓷材料相比价格较高，但加工性更好。

b2、高频板材介电常数的稳定性和均匀性是个很大的挑战，将有机高分子和无机陶瓷粉均匀混合的难度相当于将水和油均匀混合，这一点上目前进口材料还是比国产的做得更好，当然进口材料的价格也会贵很多，进口材料购买周期长也给使用带来很大不便，而且某些高性能的高频板材还是禁止进口的，所以国内发展自己的高频板材技术还是很有必要的，也是很有前景的。

C、塑料材料

c1、这里说的塑料指功能塑料，具有稳定的电性能，与其他材料相比，用塑料做天线介质基板最大的优点是其质量轻、批量生产效率高、成本低。但它也具有一般塑料存在的耐热性较差的缺点，因此需要做一定的改性来提高材料的耐焊接特性。

c2、塑料一般分为热固型和热塑型工艺，通过将塑料原始颗粒通过高温融化，然后注塑，或者高压等方式成型。塑料的金属附着方式一般有两种，一种是直接将铜箔压合在材料表面，一种是在材料表面做一定处理，然后通过电镀的方式沉上金属。此类处理的重点在于金属层的附着力要足够强，加工成天线时还需要在金属表面做抗氧化处理，否则裸露的铜或银长期曝露在空气中容易被氧化，时间久了影响天线性能。

D、FPC软板

d1、FPC软板之前在手机里用得比较多，将其用于导航天线的设计，主要用来做四臂螺旋天线，FPC由于其出色的柔韧性易于裹成所需要的圆柱形，四条金属螺旋辐射臂也可以很方便的附着在板材上，质量轻是其最大的特点，因此螺旋型天线目前广泛应用在无人机和手持机上。

E、金属

e1、除了以上各种基于一定材料附着金属的形式，金属本身也是一种天线材料，比如阵子天线，就可以直接用金属来做。金属可以认为是以空气作为介质的材料，所以用金属做天线时其尺寸一般比较大，但由于金属天线没有介质损耗，加上其有效辐射面积较大，所以其增益一般都比较高，在尺寸和重量没有要求的场合，选择纯金属做天线不失为一个好的选择。

总之，选择何种材料来制作天线，和天线的应用场景、空间要求、性能要求、成本控制等多方面因素都有关系，结合每种材料的优缺点，最终选择出最合适的方案。