3D 打印 + 双频融合！华南理工大学这项天线专利，破解通信雷达核心难题

2026 年 1 月 30 日，国家知识产权局公布了华南理工大学的重磅发明专利 ——基于 3D 打印技术的双频共口径天线、相控阵天线及通信设备（申请号：202511520837.3）。这项技术，创新性地融合全金属 3D 打印与 PCB 工艺，成功攻克了双频共口径天线异频干扰、方向图畸变的行业痛点，为现代通信及雷达系统提供了高性能解决方案。

专利核心：双工艺融合，打造 “全能型” 天线系统

传统双频共口径天线常面临结构复杂、异频干扰严重、扫描角度受限等问题，而华工的这项专利通过精妙的结构设计与工艺创新，实现了性能突破。整个天线系统的核心由辐射体组件和馈电网络组件构成，搭配多样化的阵列形态，形成完整技术方案。

1. 核心组件：双工艺协同，兼顾精度与性能

辐射体组件（3D 打印一体化成型）

• 采用选择性激光熔化（SLM）全金属 3D 打印技术，以铝合金粉末为原料一体成型，包括交错排布的低频磁电偶极子天线和高频缝隙天线（如图 1、3 所示）。低频天线辐射体上设有矩形开口缝隙，高频工作时呈现 “电磁透明” 特性，避免对高频信号造成遮挡；高频天线辐射缝隙内则集成了滤波短截线，有效抑制低频段辐射干扰。

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馈电网络组件（PCB 工艺制作）：采用两层介质基板 + 粘合层的层叠结构（如图 2 所示），第一介质基板上设有第二地平面、辐射缝隙和滤波短截线，第二介质基板上下表面分别布置主金属馈电线、从金属馈电线和第三地平面。两组金属柱贯穿基板，一组提升馈线隔离度，另一组实现主从馈电线的信号连接，确保双频段独立稳定馈电。

2. 阵列形态：从单元到大规模，适配多元场景

专利提供了丰富的阵列实施方案，满足不同应用需求：

基础双频共口径天线：由 2 个低频磁电偶极子单元 + 1 个高频缝隙单元组成（如图 1-6 所示），低频覆盖 7.7-9.1GHz，高频覆盖 11.4-12.8GHz，带内增益分别达 6.5dBi 和 7dBi。

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一维相控阵天线：1×8 低频直线阵与 1×8 高频直线阵交错排布（如图 17 所示），低频段可实现 ±45° 波束扫描，高频段扫描角度达 ±63°（如图 18、19 所示），增益跌落控制在 3dB 内。

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大规模二维相控阵天线：将一维直线阵拓展为二维平面阵列（如图 20 所示），进一步提升信号覆盖范围与定向精度。

专利图20专利图21专利图22

灵活变体设计：针对开口缝隙形态提供多种优化方案，包括中心闭合矩形缝隙（图 21）、椭圆形缝隙（图 22）等，适配不同安装场景。

关键创新：三大核心设计，破解行业痛点

1. 电磁透明缝隙：让高频信号 “无障碍通行”

低频天线辐射体上的矩形开口缝隙（如图 3 中 21-24 所示）是专利的点睛之笔。当高频天线工作时，缝隙内电场方向与高频辐射电场方向保持一致，实现 “电磁透明” 效果，彻底解决了传统天线中低频结构遮挡高频信号导致的方向图畸变问题。从附图 11-13 的对比可见，添加缝隙后，11.5-12.5GHz 频段的辐射方向图畸变明显改善，主瓣更集中，旁瓣抑制效果显著。

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2. 滤波短截线：精准隔离异频干扰

高频辐射缝隙内集成了 “干” 形 +“T” 形组合滤波短截线（如图 4 中 61-63 所示），其尺寸经过精准计算，表面电流呈现 0.25 波长分布，等效为带阻谐振器。从附图 14-16 的测试数据可知，该设计使高频天线在低频段（7.7-9.1GHz）的增益下降 12dB 以上，异频耦合度降低 7dB 以上，低频段隔离度超 33dB，高频段超 40dB，彻底杜绝了双频段信号串扰。

专利图4

3. 混合工艺架构：兼顾性能与可制造性

全金属 3D 打印技术赋予辐射体组件复杂三维结构的成型能力，相比传统 CNC 加工，成本更低、周期更短；而 PCB 工艺则保证了馈电网络的高精度与稳定性，两者通过地平面紧密贴合（如图 2 所示），实现优势互补。这种混合工艺设计，既满足了天线的电气性能要求，又降低了大规模量产的难度。

性能优势：数据见证实力，适配高端场景

专利实测数据显示，该天线系统具备三大核心优势：

宽频覆盖

• 低频段带宽 16.7%（7.7-9.1GHz），高频段带宽 11.6%（11.4-12.8GHz），覆盖主流通信与雷达工作频段。

稳定辐射

• 双频段辐射方向图稳定，视轴方向主极化增益比交叉极化高出 15dB（低频）和 20dB（高频）以上，旁瓣与后瓣抑制效果优异（如图 9、10 所示）。

宽角扫描：相控阵天线在低频段 15% 带宽内实现 ±45° 扫描，高频段 10% 带宽内实现 ±60° 以上扫描，信号覆盖范围大幅提升。

行业展望：赋能通信雷达，引领技术革新

在 5G 深化应用、6G 研发启动的背景下，通信与雷达系统对天线的小型化、多频段、高性能需求日益迫切。华南理工大学的这项专利，不仅解决了双频共口径天线的核心技术难题，其 3D 打印 + PCB 混合工艺的设计思路，也为后续多频段、大规模相控阵天线的研发提供了全新范式。

该技术可广泛应用于民用通信基站、卫星通信设备，以及国防雷达、航空航天导航系统等高端场景。未来，随着技术的落地量产，有望大幅提升通信系统的信号质量与覆盖范围，降低雷达设备的体积与功耗，为无线通信与探测领域的发展注入强劲动力。

从实验室的创新设计到专利的正式公布，华南理工大学用技术突破诠释了 “产学研融合” 的深度价值。这款集高性能、高集成度、低成本于一体的双频共口径天线，无疑将成为通信与雷达领域的 “技术新标杆”。

注释：文章截图来自已公开专利，仅用于学习分享，如有侵权请联系删除更改，如需专利原文，请点击“阅读原文”

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