隨著我們的通信方式無線化、互聯(lián)網(wǎng)爆炸式增長以及航空航天應(yīng)用成倍增加，對高效、輕型天線的需求變得迫切。5G和6G加速了這一過程，該行業(yè)的參與者必須找到解決方案，以更快、更好地生產(chǎn)，同時(shí)降低成本。面對這些挑戰(zhàn)，增材制造憑借其靈活性和可生產(chǎn)的幾何形狀可以提供一些答案。無論如何，這就是伯克利大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授鄭曉宇（Rayne）Zheng領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究內(nèi)容。他們開發(fā)了一個(gè)增材制造平臺，可以盡快設(shè)計(jì)復(fù)雜的天線。

Mordor Intelligence最近發(fā)布的一項(xiàng)研究顯示，到2029年，天線市場預(yù)計(jì)將達(dá)到342.4億美元，在分析期間（2024-2029年）年增長率為7.8%。我們知道它們的數(shù)量越來越多，因?yàn)樗鼈兪菧贤ㄋ匦璧?。事?shí)上，這些組件存在于所有能夠以電磁波形式傳輸和接收能量的無線電設(shè)備中。我們這里談?wù)摰氖俏锫?lián)網(wǎng)、5G和6G、某些衛(wèi)星通信等。這些組件必須盡可能小和輕，同時(shí)仍然高效和快速。大多數(shù)情況下，它們是通過機(jī)械加工制造的，但3D技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，特別是由于晶格結(jié)構(gòu)的集成，可以大大減輕天線的最終重量。

具有三層互穿S環(huán)和介電材料的相位梯度發(fā)射光柵（照片來源：X.Cheng） 

天線和3D打印

使用增材制造來生產(chǎn)天線有一定的局限性。目前市場上存在的工藝不允許混合某些材料——您通常必須在全電介質(zhì)或全金屬天線之間進(jìn)行選擇。因此，某些應(yīng)用程序無法執(zhí)行。當(dāng)可以將它們混合時(shí)，就需要經(jīng)歷非常繁瑣的后處理階段或通過工具和基材路徑，這使得增材制造的充分利用變得困難。總而言之，當(dāng)前的解決方案還不夠。

因此，面對這一觀察，鄭和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的3D打印平臺。他解釋道：“我們將多材料編程3D打印作為一個(gè)多功能通用平臺，用于快速生產(chǎn)幾乎所有類型的3D天線系統(tǒng)?！彼麄儗?shí)際上做了什么？它被稱為“電荷編程沉積”（CPD），是一個(gè)通過光單體的多材料打印來控制電荷極性的過程。該團(tuán)隊(duì)使用立體光刻技術(shù)在不同位置沉積光聚合物，形成一種3D馬賽克。這些光聚合物將在第二步中吸引通過金屬電鍍沉積在3D結(jié)構(gòu)上的金屬離子。這提供了控制最終天線設(shè)計(jì)的能力。

該團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充道：“CPD基本上可以實(shí)現(xiàn)任何復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，包括復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，并且已經(jīng)證明了銅的沉積幾乎具有完整的導(dǎo)電性，以及磁性材料、半導(dǎo)體、納米材料以及后者的組合?！彼诳紤]制造復(fù)雜的天線，但希望走得更遠(yuǎn)，目標(biāo)是使制造過程更快、更容易。

編譯整理：3dnatives