日本電氣硝子：開發(fā)首款支持高速通信標(biāo)準(zhǔn)“5G”玻璃材料天線

7月2日消息，日本電氣硝子宣布開發(fā)出了支持高速通信標(biāo)準(zhǔn)“5G”的玻璃材料天線，特點(diǎn)是可以高效收發(fā)容易衰減的高頻段電波，設(shè)想將設(shè)置于大樓的窗戶和汽車前窗玻璃等處。

該企業(yè)力爭抓住擴(kuò)大5G通信區(qū)域的需求，加快玻璃天線商品化。據(jù)悉，開發(fā)的天線使用“相對介電常數(shù)”(值越低代表電波衰減越小)全球最小的玻璃基板，由于是透明的，因此可在不影響建筑物的景觀和汽車設(shè)計(jì)的前提下設(shè)置。

日本電氣硝子還開發(fā)出了玻璃材質(zhì)的電波中轉(zhuǎn)裝置，能夠設(shè)置在墻壁上，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)與室外的電波通信，改變電波的方向等。與主流的樹脂材質(zhì)等相比，具有紫外線導(dǎo)致的劣化更少等優(yōu)點(diǎn)。

據(jù)報(bào)道，近日，日本政府提出“數(shù)字田園都市國家構(gòu)想”基本方針草案，草案指出，截至2023年底要將5G移動通信系統(tǒng)網(wǎng)的人口覆蓋率提升至95%，截至2027年底，可進(jìn)行高速互聯(lián)網(wǎng)通信的光纖線路要覆蓋99.9%家庭。

CINNO Research 產(chǎn)業(yè)資訊，日本電氣硝子株式會社(Nippon Electric Glass)6月23日在其官網(wǎng)發(fā)布消息稱，為應(yīng)對5G毫米波無線通信技術(shù)需求，研發(fā)了一款玻璃基板材質(zhì)的透明天線和一款采用了電波透鏡(Lens)的無源中繼器(Repeater，注1)。以上兩款產(chǎn)品均會在6月29日一7月1日于東京國際展覽中心(Big Sight)舉辦的“第五屆5G通信技術(shù)展覽會”上展出。

5G主要使用Sub6(6GHz以下 )和毫米波(28GHz)兩個(gè)通訊頻段的信號，而可以確保寬帶寬的毫米波是實(shí)現(xiàn)高速通信的必要條件。但是，毫米波段的電波由于具有大氣衰減明顯、障礙物穿透力較低的特性，因此需要解決這兩點(diǎn)問題才可以使毫米波覆蓋更廣的區(qū)域范圍。

日本電氣硝子通過在一種具有全球最低(注2)相對介電常數(shù)(注3)4.0和介電正切(注4)0.002的透明玻璃基板上涂覆天線線路(Antenna Pattern)，制作了此款透明且高效的天線。由于玻璃基板可現(xiàn)實(shí)大尺寸化，因此不僅有助于提高天線的產(chǎn)出(如可在單片玻璃基板上制作出多個(gè)天線產(chǎn)品)，還可以在單片玻璃基板上制作出不同波段(Band)的天線。

由于是透明天線，因此可以在不破壞安裝場所設(shè)計(jì)特性、原始景觀的前提下，對其賦予天線功能。同時(shí)也可以安裝在窗戶、墻壁、顯示屏、汽車等諸多場所。

此次研發(fā)的另一款產(chǎn)品為由兩個(gè)電波透鏡(Lens)和導(dǎo)波管構(gòu)成的中繼器。利用該中繼器，即使存在墻壁、窗戶玻璃等障礙物遮擋信號，也可以在不使用電源的情況下交換信號、改變信號方向。通過改變透鏡(Lens)的形狀，既可沿某個(gè)固定方向發(fā)射信號、也可廣范圍反射信號。此外，由于是玻璃材質(zhì)，因此不易發(fā)生因紫外線引起的老化問題， 可在室內(nèi)室外等諸多場所長期穩(wěn)定使用。

日本電氣硝子希望通過將此次研發(fā)的兩款新產(chǎn)品推向市場，為推擴(kuò)和普及毫米波段信號使用范圍做出貢獻(xiàn)。全球化工行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)SABIC公司推出了LNP Thermocomp OFC08V化合物，這種材料非常適用于5G基站偶極天線和其他電氣/電子應(yīng)用。

這種新的化合物可以幫助業(yè)界開發(fā)輕質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、全塑的天線設(shè)計(jì)，促進(jìn)5G基礎(chǔ)設(shè)施的部署。在城市化和智能城市不斷發(fā)展的時(shí)代，迫切需要廣泛提供5G網(wǎng)絡(luò)，為數(shù)百萬居民提供快速、可靠的連接。

“為了幫助實(shí)現(xiàn)5G更快的速度、更多的數(shù)據(jù)負(fù)載和超低延遲的承諾，射頻天線制造商正在革新他們的設(shè)計(jì)、材料和工藝。” 相關(guān)人員說。

“我們正在幫助我們的客戶簡化射頻天線的生產(chǎn)，這些天線在有源天線單元內(nèi)的陣列中使用的數(shù)量數(shù)以百計(jì)。我們最新的高性能LNP Thermocomp化合物不僅有助于通過避免后期加工來簡化生產(chǎn)，而且還可以在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域提供卓越的性能。通過不斷開發(fā)用于5G基礎(chǔ)設(shè)施的新材料，SABIC旨在加速這一下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的擴(kuò)展。”

LNP Thermocomp OFC08V化合物是一種基于聚苯硫醚(PPS)樹脂的玻璃纖維增強(qiáng)材料。它具有使用激光直接成型(LDS)的優(yōu)異電鍍性能、強(qiáng)大的層粘性、良好的翹曲控制、高耐熱性以及穩(wěn)定的介電和射頻(RF)性能。這種獨(dú)特的性能組合可以實(shí)現(xiàn)可注射成型的新型偶極子天線設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的印刷電路板(PCB)組裝和塑料的選擇性電鍍相比，具有優(yōu)勢。

全面的性能優(yōu)勢

新的LNP Thermocomp OFC08V化合物是為可用于使用LDS的金屬電鍍而配制的。該材料具有較寬的激光加工窗口，既便于電鍍，又能保證電鍍線寬的均勻性，有助于確保穩(wěn)定和一致的天線性能。塑料層和金屬層之間的強(qiáng)大附著力避免了分層，甚至在熱老化和無鉛回流焊接之后也是如此。與競爭性的玻璃纖維增強(qiáng)型PPS牌號相比，改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性和較低的翹曲度有助于在LDS期間實(shí)現(xiàn)金屬鍍層的順利固定，以及準(zhǔn)確的裝配。

由于這些特性，LNP Thermocomp OFC08V化合物已被德國激光制造解決方案供應(yīng)商LPKF Laser & Electronics列為該公司材料組合中經(jīng)認(rèn)證的，用于LDS的熱塑性塑料。

“用玻璃纖維增強(qiáng)的PPS制成的全塑偶極天線正在取代傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗鼈兛梢詼p輕重量，簡化裝配，并提供更高的電鍍均勻性。”相關(guān)人員說，“然而，傳統(tǒng)的PPS材料需要一個(gè)復(fù)雜的金屬化過程。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，公司開發(fā)了一種新的、專門的PPS基化合物，具有LDS能力和高強(qiáng)度的結(jié)合力?！?

目前廣泛使用的復(fù)雜的塑料選擇性電鍍工藝涉及多個(gè)步驟，支持LDS的LNP Thermocomp OFC08V化合物提供了更大的簡單性和更高的生產(chǎn)力。在零件注塑成型后，LDS只需要進(jìn)行激光成型和化學(xué)鍍。

該天線主要適用于兩類覆蓋場景：室內(nèi)覆蓋和街道覆蓋。對于室內(nèi)覆蓋，可作為室分天線部署于天花板和門框等之上;對于室外街道覆蓋，可固定于窗戶玻璃內(nèi)側(cè)，透過窗戶玻璃往外打，覆蓋街道。

在工程實(shí)施方面，玻璃天線可通過透明支架安裝于玻璃窗上，再通過4根小型射頻線纜拉遠(yuǎn)連接RRU，可最大程度達(dá)到隱藏效果，確保環(huán)境美觀。

為了更好的將5G信號穿透過窗戶玻璃，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的室外覆蓋，還需在窗戶玻璃和“玻璃天線”之間加裝一層叫GIL(Glass Interface Layer)的界面層，該界面層可以有效抑制信號反射和衰減，且具備隔熱和隔音功能。