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塑料厂商纷纷开发5G天线罩材料

由于5G天线遵循MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)概念,意思是多输入多输出,这意味着一个基站内可安装多个天线,而这些天线的尺寸又很小,需要天线罩的保护。天线罩要具有良好的电磁波穿透特性,机械性能上要能经受外部恶劣环境的侵蚀如暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等。在材料要求方面,要求在工作频率下的介电常数和损耗角正切要低,即要有足够的机械强度。

           基站天线的结构图 图源网络

目前5G天线罩材料中最常用的材料主要是玻璃钢材料。面对5G对天线罩材料的更高要求,各企业积极研究开发具有高性价比、环境友好型、轻量化的低介电、低损耗增强改性材料,如ASA、PP、PC等材料,这些材料有望应用到未来5G的天线罩中。

一、玻璃钢


玻璃钢(FRP)亦称作GFRP,即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体,以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称为玻璃纤维增强塑料,或称为玻璃钢,不同于钢化玻璃。


5g基站天线罩 图源雅日玻璃钢官网


玻璃钢天线罩的优点:


  • 非金属材料 对电击不敏感,适用于多雷电、多雨等气候环境地区;


  • 使用FRP加强芯的光缆可紧挨着电源线和电源装置安装,不会受电源线或电源装置产生的感应电流干扰;


  • 与金属芯相比,GFRP/KFRP不会产生因金属与油膏化学反应产生的气体而影响光纤传输指标;


  • 与金属芯想比,FRP具有拉伸强度高、重量轻的优点,防弹、防齿咬、防蚁。


玻璃钢天线罩的缺点:


由于通信基站天线基本架设在通信基站塔顶的高空中,为了方便安装,通信基站天线正在向轻量化、集成化和小型化方向发展,因此,也要求基站天线罩向轻量化发展。


热固性玻璃钢制得的基站天线罩以连续的玻璃纤维为主,玻璃纤维的重量百分比能够达到80%,密度较高,导致热固性玻璃钢制得的基站天线罩重量较重,无法满足基站天线罩对轻量化发展的要求。


二、改性塑料


1. PC


聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,其具有高强度及弹 性系数、高冲击强度、使用温度范围广、耐候性佳、绝缘性能强等优点。

目前制备PC塑料天线罩一般采用挤出成型工艺,挤出成型是这样的一种成型方 法:在挤出成型机中,塑料被加热、加压,通过确定形状的口模。然后,塑料直接固化,产生固定横截面且具有一定的长度制品的连续成型方法。

SABIC ®LEXAN™FR PC具有高阻燃性,高流动性,高抗冲击性,易配色等优点,可用于小型室内基站外壳。
           图 SABIC®LEXAN™PC

科思创的改性聚碳酸酯可以在保持良好信号通过性的同时,无惧严寒、酷暑、紫外线、风霜雨雪,并拥有足够的刚性、尺寸稳定性、阻燃性和出色的设计灵活性,可用于5G。

在5G天线罩方面,万华化学也有开发低介电低损耗的PC材料。

2. PP



聚丙烯(PP)具有优异的机械性能、耐热性能、密度低、价格便宜,具有极高的性价比。聚丙烯为非极性聚合物,具有很低的介电常数和介电损耗,并且其介电性能在温度、频率变化下保持稳定,同时聚丙烯吸水率低;聚丙烯优异的绝缘性能使其非常适合用于制造基站天线罩。


但是基站天线罩长期在户外环境下使用,要求制作天线罩用的材料必须具有优异的耐候性能,以防止产品长期在户外环境下发生老化而使性能大幅下降;同时材料在低温下必须拥有足够的韧性来确保产品的使用要求;另外电器设备的工况环境要求材料必须具有阻燃功能。而聚丙烯材料的耐候性、低温韧性和阻燃性均比较差,因此需对聚丙烯进行改性来完善其性能上的缺陷。

据专利显示,杰事杰利用热塑性工程塑料和玻璃纤维等原料,研发出适用于通讯的高透波天线罩,信号损耗较常规材料降低30%,透波性能更加优异,保障通信稳定,可满足5G通讯对材料高频低损的要求。同时可使移动通信天线外罩的重量下降40%,成本下降20%以上。其高透波新材料和高性能接介质材料已实现量产供货。

阿莱德开发低介电耐候阻燃的PPGF材料用于5G天线罩,材料具有具有较低的介电常数,同时具有良好的韧性、阻燃性和抗低温冲击性能,满足基站天线罩的应用要求。

查询专利可知,会通新材料在天线罩材料方面有相关研究专利,开发出一种低介电常数挤出级PPGF材料,具有低介电、耐候抗热氧化等优点,可用于5G天线罩。

SABIC ® PP Compound和STAMAX™具有低介电常数、优异的耐候性、耐光照、耐低温和抗冲击性,可以满足5G天线外壳对于技术的严苛要求,延长使用寿命,减少维护时间和成本。


在5G天线罩方面,万华化学也有开发低介电低损耗的PP材料。

据了解,南京聚隆也有开发用于5G基站外壳的PP改性材料。

奥能布局5G领域,开发出PP系列低介电常数的改性材料,用于相关5G领域,奥能在其官网发布的长玻纤增强PP材料特性:低介电常数和低介电损耗因子,在5.5GHz下,Dk=2.7,Df=0.3%;高刚性和韧性均衡性;低翘曲;耐候性好,可长期户外使用;与金属相当的低线性热膨胀系数。

           5G天线罩,图源东莞奥能


3. ASA


乐天的WX系列ASA或ASA/GF材料具有高耐候性、冲击性以及耐热性,可应用于5G天线罩。
           基站天线罩


4. PEEK


查询专利可知,南京聚隆采用微发泡工艺制备质轻高透波的聚醚酮/聚醚砜复合材料,满足天线罩材料高透波、低损耗、耐高温、高刚高强、尺寸稳定以及轻量化要求。虽满足5G天线罩材料要求,但由于成本问题,在5G天线罩上的应用还有待考量。


5. 其它


在5G通讯上,金发一份专利显示,通过在环状聚烯烃树脂中加入定量的介电常数小于等于8的增强纤维,不仅提高了环状聚烯烃树脂的热变形温度和尺寸稳定性,还保持较低的介电常数和介电损耗,满足现代通讯高频化的要求。

上海飞天众知科技有限公司复合材料事业部(简称“飞天众知”)针对5G高频天线罩的相关性能要求,历经两年的研发试验,已成功研制出高温高频高透波天线罩。该天线罩采用较低介电常数和正切角损耗的复合材料和蜂窝夹芯材料,选择合适的生产工艺,在高频下同时具有高强度、高阻燃性、耐高温、透波率高、寿命长的特点。


Pure blue 开发了具有各种 UL94 阻燃性额定值的超低损耗聚烯烃天线罩注塑化合物,可满足高端射频天线的需要。

          5G天线罩样品 图源Pure blue官网


延春高材天线罩产品所用的材质覆盖碳纳米管、碳纤、玻纤、玻璃钢等。延春高材经过多年的研究,研发出高透波浸渍编织技术,在保证高机械强度的前提下大幅度降低了天线罩的介电常数,并有效减轻天线罩的重量。


低介电热塑性复合材料的成型方式主要局限于注塑成型方式,这种成型方式对于结构复杂的天线罩制品具有很大优势,但对于一些结构简单、尺寸较大的天线罩制品,因考虑到强度、成型效率等因素,目前还主要采用玻璃钢制品,但是玻璃钢制品成本较高、笨重以及非环保等重大缺点,目前欧盟各国已逐步用其他新材料进行代替,国内也有很多材料企业积极开发应用于5G天线罩的材料,未来这些材料或将取代玻璃钢。

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!点击此处加群



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