CN107081899A - 一种基于3d打印的天线生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于3D打印的天线生产方法。本发明的天线3D打印生产方法，突出特点为，在打印的过程中实时测试天线阻抗，并予以阻抗反馈控制，以保证成品天线满足阻抗要求。本发明采用3D打印的方式并实时监测天线阻抗，相比于原始的环形天线制作，此天线采用自反馈阻抗的方式，具有实现简单，成本廉价，阻抗精准等突出特点。

Description

一种基于3D打印的天线生产方法
技术领域
本发明涉及一种基于3D打印的天线生产方法，属于3D打印的技术领域。
背景技术
天线可将导行波变换成在无界媒介中传播的电磁波，是无线通信中不可缺少的一部分。随着现代通信技术的迅猛发展，天线已得到越来越广泛的应用。如收音机、便携式电台接收、无线电导航定位等以及定向阵列天线的单元，都需要用到环形天线。环形天线作为应用最广泛的天线类型之一，在RFID系统中对于完成能量和数据的电感耦合发挥着越来越重要的作用；同时环形天线在无线电导航便携式电台的应用中也有着无可替代的地位。
同时天线的阻抗对天线的工作性能有着至关重要的影响。天线的制作中，阻抗关系到天线的匹配问题，是其工作在高频的基础。
3D打印是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的方式。与电脑相连后，通过电脑控制将“打印材料”层层叠加，将计算机上的模型变成实物。随着3D打印材料的不断丰富，越来越多的产品可以通过3D打印的方式实现。纳米导电油墨的出现使3D打印天线成为可能。
传统制造方法制造的天线大多都存在着质量大、成本高，制作程序繁琐，周期长，阻抗不均匀等不足。
中国专利CN106025565A公开了一种透镜天线的制造方法。该方法根据预设的所述透镜天线的材料的介电常数计算材料的密度，得到预设密度值，并将该材料的预设密度值发送至3D打印机的控制器；所述计算机根据所述透镜天线的结构参数建模，并将建模数据发送至所述控制器；所述控制器根据该预设密度值调整所述3D打印机的调整X轴和Y轴烧结间距，并根据所述X轴和Y轴烧结间距以及建模数据进行3D打印。本发明技术方案可提高节省模具，简化加工工序，进而节省成本。该天线制造方法是通过3D打印技术实现对天线尺寸的控制，目的是简化加工工序，进而节省成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于3D打印的天线生产方法。
术语说明：
ABS材料：(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS是Acrylonitrile ButadieneStyrene的首字母缩写)是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构。又称ABS树脂。
发明概述：
本发明所述天线的3D打印生产方法，突出特点为，在打印的过程中实时测试天线阻抗，并予以阻抗反馈控制，以保证成品天线满足阻抗要求。本发明采用3D打印的方式并实时监测天线阻抗，相比于原始的环形天线制作，此天线采用自反馈阻抗的方式，具有实现简单，成本廉价，阻抗精准等突出特点。
本发明的技术方案为：
一种基于3D打印的天线生产方法,包括步骤如下：
1)对天线进行仿真，根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求确定天线的结构尺寸；此步骤更精准的确定所需天线的尺寸及外形要求；
2)根据天线的结构尺寸建立天线3D模型；将所述天线3D模型转化为STL或OBJ格式的模型并导入3D打印机中；
3)通过3D打印机生产天线；通过两个喷头分别输出两种材料，根据天线的结构尺寸，对两个喷头的输出量进行控制；通过两个喷头同时打印，实现对天线的打印操作；
4)天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制：对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行实时检测并将检测结果反馈给计算机，计算机将检测结果与设定的阻抗进行对比，并通过打印机控制器对两个喷头的材料输出量进行调整，实现对天线阻抗的修正，直至满足设定的阻抗要求。
根据本发明优选的，所述步骤1)中，通过HFSS电磁软件对天线进行仿真；根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求通过计算机确定天线的结构尺寸。
根据本发明优选的，所述步骤2)中，利用CAD软件建立天线3D模型。
根据本发明优选的，所述步骤4)中，天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制的具体方法为，通过阻抗测试仪每隔1～5cm对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行检测并将检测到的阻抗传输到计算机中与设定的阻抗进行对比；如果检测到的阻抗大小或者相位超出设定的阻抗大小或相位范围，计算机产生控制信号，所述控制信号传输到打印机控制器内，打印机控制器同步修正天线阻抗，直至阻抗大小和相位满足要求。
进一步优选的，所述阻抗测试仪的产品型号为同惠TH2830。同惠TH2830可同时测出天线的阻抗大小和相位偏移。
仿真过程通过频率及方向性要求，确定天线尺寸，具体关系为：频率降低，环形天线尺寸变小，增益会比较明显的下降；而当频率偏离设计频率时，会出现主瓣的偏移，分裂等。
根据本发明优选的，所述3D打印机为基于FDM的多材料复合3D打印机。
根据本发明优选的，所述步骤3)中，两个喷头分别输出两种材料为ABS材料和纳米导电油墨。ABS材料具有强度大，抗冲击性，耐热性，耐低温型和电气性能强等优点；纳米导电油墨的使用，避免了传统天线制作中表面镀金属等的繁琐步骤。
进一步优选的，导电油墨包裹设置在ABS材料外侧。
根据本发明优选的，所述天线为环形天线。
本发明的有益效果为：
1.本发明所述基于3D打印的天线生产方法，采用基于FDM的3D打印技术进行环形天线生产，提高了材料的利用率，降低成本；同时提高了生产效率；
2.本发明所述基于3D打印的天线生产方法，对天线进行实时的阻抗测试并进行反馈，保证了打印出的每一段天线的阻抗准确性；如果有阻抗大小或相位偏移的情况，通过阻抗测试仪及时检测并反馈，打印控制器对天线的阻抗误差及时作出调整，有效的保证了制作完成后天线阻抗的可靠性。
附图说明
图1为本发明所述基于3D打印的天线生产方法的流程图；
图2为天线阻抗反馈控制流程图，设定的阻抗为50Ω，天线形状为环形。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图1-2所示。
一种基于3D打印的天线生产方法,包括步骤如下：
1)对天线进行仿真，根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求确定天线的结构尺寸；此步骤更精准的确定所需天线的尺寸及外形要求；
2)根据天线的结构尺寸建立天线3D模型；将所述天线3D模型转化为STL或OBJ格式的模型并导入3D打印机中；
3)通过3D打印机生产天线；通过两个喷头分别输出两种材料，根据天线的结构尺寸，对两个喷头的输出量进行控制；通过两个喷头同时打印，实现对天线的打印操作；
4)天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制：对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行实时检测并将检测结果反馈给计算机，计算机将检测结果与设定的阻抗进行对比，并通过打印机控制器对两个喷头的材料输出量进行调整，实现对天线阻抗的修正，直至满足设定的阻抗要求。
实施例2
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述步骤1)中，通过HFSS电磁软件对天线进行仿真；根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求通过计算机确定天线的结构尺寸。
实施例3
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述步骤2)中，利用CAD软件建立天线3D模型。
实施例4
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述步骤4)中，天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制的具体方法为，通过阻抗测试仪每隔2cm对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行检测并将检测到的阻抗传输到计算机中与设定的阻抗进行对比；如果检测到的阻抗大小或者相位超出设定的阻抗大小或相位范围，计算机产生控制信号，所述控制信号传输到打印机控制器内，打印机控制器同步修正天线阻抗，直至阻抗大小和相位满足要求。
实施例5
如实施例4所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述阻抗测试仪的产品型号为同惠TH2830。同惠TH2830可同时测出天线的阻抗大小和相位偏移。
仿真过程通过频率及方向性要求，确定天线尺寸，具体关系为：频率降低，环形天线尺寸变小，增益会比较明显的下降；而当频率偏离设计频率时，会出现主瓣的偏移，分裂等。
实施例6
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述3D打印机为基于FDM的多材料复合3D打印机，3D打印机的产品型号为三维麦普公司的MJP3600系列。其可以同时注入两种打印材料，利用两个喷头同时打印，以节省天线制作周期。
实施例7
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述步骤3)中，两个喷头分别输出两种材料为ABS材料和纳米导电油墨。ABS材料具有强度大，抗冲击性，耐热性，耐低温型和电气性能强等优点；纳米导电油墨的使用，避免了传统天线制作中表面镀金属等的繁琐步骤。
实施例8
如实施例7所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，导电油墨包裹设置在ABS材料外侧。
实施例9
如实施例1所述的基于3D打印的天线生产方法,所不同的是，所述天线为环形天线。

Claims (8)

1.一种基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，包括步骤如下：
1)对天线进行仿真，根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求确定天线的结构尺寸；
2)根据天线的结构尺寸建立天线3D模型；将所述天线3D模型转化为STL或OBJ格式的模型并导入3D打印机中；
3)通过3D打印机生产天线；通过两个喷头分别输出两种材料，根据天线的结构尺寸，对两个喷头的输出量进行控制；通过两个喷头同时打印，实现对天线的打印操作；
4)天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制：对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行实时检测并将检测结果反馈给计算机，计算机将检测结果与设定的阻抗进行对比，并通过打印机控制器对两个喷头的材料输出量进行调整，实现对天线阻抗的修正，直至满足设定的阻抗要求。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述步骤1)中，通过HFSS电磁软件对天线进行仿真；根据天线的阻抗要求、频率要求和方向性要求通过计算机确定天线的结构尺寸。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述步骤2)中，利用CAD软件建立天线3D模型。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述步骤4)中，天线的打印过程中进行阻抗实时测试和反馈控制的具体方法为，通过阻抗测试仪每隔1～5cm对步骤3)中打印出来的天线的阻抗进行检测并将检测到的阻抗传输到计算机中与设定的阻抗进行对比；如果检测到的阻抗大小或者相位超出设定的阻抗大小或相位范围，计算机产生控制信号，所述控制信号传输到打印机控制器内，打印机控制器同步修正天线阻抗，直至阻抗大小和相位满足要求。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述3D打印机为基于FDM的多材料复合3D打印机。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述步骤3)中，两个喷头分别输出两种材料为ABS材料和纳米导电油墨。
7.根据权利要求6所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，导电油墨包裹设置在ABS材料外侧。
8.根据权利要求1所述的基于3D打印的天线生产方法,其特征在于，所述天线为环形天线。
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