电磁波频率越高,则波长越短。我国的5G初始中频频段为3.3-3.6GHz和4.8-5GHz两个频段,24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高频频段正在征集意见;而国际上主要使用28GHz进行试验。这意味着5G通讯采用毫米波波段。电磁波的波长越短,绕射能力就越差,传播过程中的电磁波的衰减也越大,意味着5G通讯的电磁波覆盖能力和传输信号强度相对于4G通讯时代的大幅度下降,材料方面就需要我们调控介电性能以降低此影响。
麦克斯韦方程组是电磁学的基础方程组,也是联系电磁学和材料介电常数的纽带。根据麦克斯韦方程组及其推导,改性塑料电性能对电磁信号传输特性影响表现在四个方面:
- 介电常数与电磁信号传输速度ν的关系
式中,ν为电磁信号传输速度, 为介电常数。μ为磁导率。
上式表明,材料的介电常数值越高,电磁信号传输速度越小。
- 介电常数与电磁信号延迟Td的关系
式中,Td为信号传输延迟时间,L为信号传输的长度;c为光速。
上式表明,材料的介电常数值越高,电磁信号的延迟越显著。
- 传输信号损失与电性能的关系
式中,αD为传输损失; k是常数;f为电磁波频率;c为光速;εr是材料介电常数;tanδ为介电损耗。
上式表明,介电常数值越高,电磁信号的传输损失越高。
- 介电常数与天线长度的关系
式中,λ为电磁信号在天线中传输的波长; λ0为电磁信号在真空中的波长。
上式表明,介电常数值越高,电磁信号在天线中传输的波长越高。而根据天线特性,天线长度应与波长λ成正比,大约在λ的1/10~1/4之间。
5G通讯采用毫米波电磁信号,天线的长度也跟着缩短成毫米级,智能终端多采用多个天线阵列以保证信号传输。不过,天线特性要求,多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上。调整和控制天线材料的介电常数εr即可控制智能终端中天线阵列的容量与排列方式。
从上面的分析可知,改性塑料的介电常数对5G通讯毫米波的信号传输速度、信号延迟、信号损失等的影响很大,降低改性塑料的介电常数有利于提高智能终端的信号传输速度、降低信号延迟、减少信号损失。因此,低介电常数改性塑料蓄势待发,研究、设计并制备各行各业适用的低介电常数改性塑料迫在眉睫。
低介电常数改性塑料的六大应用领域:
- 5G基站、微基站系统的壳体和包覆、防护材料;
- 数据通讯终端、多媒体终端等智能终端的壳体、中框等支撑、包覆、防护材料;
- 天线与射频模块包覆、防护材料;
- VR、AR等可穿戴设备的外壳、中框等防护、包覆材料;
- 智慧生态物联网、车联网中各元素的壳体、框架等支撑、防护材料;
- 工业自动化、远程医疗、自动驾驶的仪器与设备的壳体与框架材料。
改性塑料为多成分并经过高温物理化学过程的复合材料,降低其介电常数的途径很多,最常用的例如:
- 选择介电常数较低的树脂例如PPO、PS、POK等作为基材或者作为合金成分;
- 增强纤维采用低介电常数品种;例如最常用的玻璃纤维的介电常数6-7左右,目前市场已有介电常数为4-5的低介电玻璃纤维出现;
- 配方设计时尽量选择低介电常数的助剂,例如增韧剂尽可能采用POE、SEBS等,润滑剂尽可能采用PE蜡、PTFE蜡粉等;
- 配方中引入低介电常数填充料,例如云母粉、高岭土等;
- 通过添加特殊成分或生产工艺改变材料的微观拓扑结构与形态;
- 空气的介电常数近似1,改性塑料中引入纳米或微米级的微孔可以显著降低材料的介电常数。
以低介电常数改性塑料为基础,结合LDS技术、3D打印技术、NMT技术等新工艺技术,改性塑料必将更好更快的支持和响应智慧生态的到来。必须强调的是,5G时代,改性塑料设计人员既要关注改性塑料的力学性能、耐热性和加工性能,又要关注并协调材料的介电性能,才能设计和制备出满足万物互联生态智慧的材料。
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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主要议题 :
No. | 议题 | 拟邀请单位 |
1 | 5G智能终端对材料需求及趋势 | 联想研究院 总监 施金忠 |
2 | 5G时代对新材料的要求 | SABIC应用技术开发副高级研究员 房亚鹏博士 |
3 | 适用于5G通信的介电控制材料 | 宝理 技术中心高级技术经理 潘能升 |
4 | 沃特LCP在5G上的应用 | 深圳市沃特新材料股份有限公司 |
5 | 高频高速基材对材质的要求 | 广东生益科技股份有限公司 市场开拓经理 罗浩 |
6 | 聚四氟乙烯如何在5G中大显身手 | 德清科赛塑料制品有限公司 销售经理 张可 |
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8 | PI在柔性线路板应用 | 杜邦 |
9 | LDS-MID在5G手机中的应用 | 深圳市微航磁电技术有限公司 董事长 周红卫 |
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11 | 陶瓷功能粉体与有机材料复合后的介电性能 | 无锡隆傲电子有限公司 总经理 吴頔 |
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13 | 5G时代工程塑料的机会与展望 | DSM 资深技术开发经理 谢建志 |
14 | PEEK 在5G的应用 | 威格斯 亚洲区业务发展经理 张语捷 |
15 | 杜邦工程聚合物5G解决方案 | 杜邦 |
16 | 低介电PPS的开发 | 苏州纳磐新材料 总经理 周玄全 |
17 | EMS高性能材料在5G时代智能穿戴中的应用 | 艾曼斯(上海)化学贸易有限公司 销售经理 黄静波 |
18 | 低介电纤维在塑料中的作用 | 重庆国际复合材料有限公司 研发中心主任 曾庆文 |
19 | 低介电无机盐在改性塑料中的应用 | 典扬实业 董事长 刘勇 |
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