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5G高频对材料的需求

我们首先介绍一下,Dk和Df这两个的数值到底是什么?


Dk即介电常数,又叫介质常数,介电系数或电容率,它是表示绝缘能力特性的一个系数,以字母ε表示,在工程应用中,介电常数时常在以相对介电常数的形式被表达,而不是绝对值,所以它相对于表示这个材料里面能够容纳电容的能力,它能够容纳电容,代表讯号穿过的时候有部分的讯号会被这个材料所吸收,代表它对于信号的穿透产生影响。


Df又称损耗因子、阻尼因子或内耗或损耗角正切,是材料在交变力场作用下应变与应力周期相位差角的正切,也等于该材料的损耗模量与储能模量之比。下面有个公式:


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信号传播的损失会跟频率以及Df成正比,也就代表了Df越高信号的损失越高,频率越高,信号损失也越高,所以在4G或者5G的sub6的时候,它相对于毫米波,毫米波相当于频率是它们的五六倍以上。所以毫米波对于Df会更加的重视,因为它的频率已经拉高了,所以这时候任何材料的差异都会对于信号传播的损失产生倍数,甚至五六倍以上的影响。


材料会追求三个部分:


一个是高介电低损耗的材料,因为它有助于天线的小型化。目前,全球的装置的频段非常多,怎么样在一个小小的空间里面容纳尽可能多的天线,所以就希望把每个天线所占用的面积最小化,而高介电的材料有助于这个方向;


第二个更通用的方向,低介电低损耗的材料,这个部分会在很多部分的应用,比如说机壳,因为天线是在机壳内部,或者未来的设计,也可能把天线放在机壳的外部,但是在机壳内部现在通用的状况代表你的天线往外发送或者接收的时候,都会经过机壳这一个材料产生影响,所以我们当然希望把这个影响降到最低的可能。这些内部的讯号传输,比如电路板或者FPC高频信号的传输,当然也希望传输的过程这个讯号的损失尽量降低。所以这大概是材料端的一个选用的方向;


第三个特性是稳定,因为这些所有的条件都是希望在一个稳定的状况,比如说在一个温度湿度以及吸水性都能够稳定,因为这些Dk跟Df它其实每个材料在不同的频率跟温湿度下是有变化的,所以在设计的时候,当然希望是一个稳定的参数,这样子才能基于那一个参数去做优化跟调校。如果你的参数是很不稳定的,当初基于某个参数调校的数值,在真正设计的时候就会产生差异。


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这是目前常用的几个材料的Dk跟Df值。以Dk来说,真空的数值基准是1,其他的部分就会有差异,像这边列出来的LCP、MPI,它们基本上是目前比较常用在电路板或者未来的FPC,因为以前的FPC主要是用PI的材料,所以它们的介电常数其实是有一些差异的。


另外在介电损耗Df的部分其实看起来好像数值不大,比如说以玻璃来说好了,它的数值可能是0.02,看起来差异不大。但是跟塑胶比如说聚碳酸酯来比,数值是0.005,其实基本上差异就体现出来。这个差异在4G的情况下可能影响不大,但是在5G下面这一个的测试数据,5G的天线性能如果在28GHz下面做测试的话,标准值指的对应的是真空的1,标准值是18.4,但是如果用了塑胶材料,它基本上会衰减1.2dB。衰减越少当然是越好的方向。玻璃就会衰减到3.1dB,也就是在Df的微小差异,其实在最后的讯号衰减就会产生一些大的差异。所以接下来有很多的重点都是怎么样在基础的材料上面去做一些改性,去把Df值或者Dk值尽量降低,这个是大概未来的一个方向。


材料产业也迎来了5G新时代,在应用端手机、基站、物联网、汽车等硬件载体都将对5G新材料有更多的需求和更高的要求。欢迎长按下方二维码加入艾邦5G材料交流群进行交流,共谋发展进步!


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本文图片来自联想施金忠演讲PPT,艾邦编辑整理


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