Tại sao nhôm cho ăng-ten 5G?
Ăng-ten của trạm gốc 5G hoạt động ở tần số cao hơn so với các thế hệ trước, với dải sóng milimet{1}} đạt đến hàng chục gigahertz và được gắn ngoài trời với số lượng lớn trên các tòa tháp, mái nhà và đồ đạc trên đường phố. Do đó, cấu trúc ăng-ten phải có tính dẫn điện, đủ nhẹ để lắp đặt, ổn định về kích thước khi thay đổi nhiệt độ và chịu được nhiều năm tiếp xúc với thời tiết. Nhôm đáp ứng tất cả các yêu cầu này với chi phí thấp hơn nhiều so với đồng.
Nhôm có độ -độ tinh khiết cao có độ dẫn điện khoảng 60% IACS, đủ cho bộ phản xạ ăng-ten, bộ phận cấp nguồn và vỏ trong hầu hết các thiết kế, trong khi mật độ khoảng 2,70 g/cm3 giữ trọng lượng khoảng 1-của đồng ở thể tích tương đương. Hệ số giãn nở nhiệt của nó, khoảng 23 micromet trên mét trên kelvin, được các nhà thiết kế ăng-ten hiểu rõ và được đưa vào thiết kế cơ học.
Thuộc tính vật liệu chính cho ứng dụng RF
Các đặc tính làm cho nhôm có giá trị trong thiết kế ăng-ten là tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, mật độ thấp, khả năng chống ăn mòn và khả năng tái chế. Độ dẫn nhiệt trong khoảng 150-230 W/(m K) tùy thuộc vào hợp kim cho phép vỏ nhôm đóng vai trò như bộ tản nhiệt cho bộ khuếch đại công suất và các bộ phận hoạt động, điều này rất quan trọng trong mảng MIMO lớn tập trung nhiệt trong một thể tích nhỏ.
Màng oxit tự nhiên trên nhôm có khả năng tự phục hồi và có khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển, bao gồm cả không khí muối ven biển khi chỉ định loại hợp kim và lớp hoàn thiện phù hợp. Nhôm cũng có thể tái chế hoàn toàn, hỗ trợ các mục tiêu bền vững của các nhà khai thác mạng.
Hợp kim và nhiệt độ cho cấu trúc ăng-ten
Hợp kim 6061-T6 là loại nhôm rèn phổ biến nhất để làm tấm ăng-ten, giá đỡ và các bộ phận gia công vì nó có độ bền cao, khả năng hàn tốt và khả năng gia công ổn định. Hợp kim nhôm đúc-được sử dụng rộng rãi cho vỏ và thân vỏ vì quá trình đúc tạo ra các bộ phận có hình dạng phức tạp, gần như-hình lưới-có khả năng lặp lại kích thước tốt ở khối lượng lớn. Cấu hình 6063 ép đùn phục vụ các thanh ray gắn ăng-ten và khung cấu trúc, đồng thời hợp kim 1xxx có độ tinh khiết cao có thể được chỉ định cho các gương phản xạ yêu cầu độ dẫn điện tối đa.
Sản xuất và xử lý bề mặt
Các bộ phận ăng-ten được sản xuất bằng cách đúc khuôn, ép đùn, gia công CNC và tạo hình kim loại tấm-, sau đó là xử lý bề mặt. Anodizing là lớp hoàn thiện tiêu chuẩn: nó làm dày lớp oxit, cải thiện khả năng chống mài mòn và ăn mòn, đồng thời có thể được bịt kín để ổn định bề mặt. Một số thiết kế sử dụng quá trình anod hóa cứng hoặc các quy trình bề mặt tương tự để giảm độ nhám bề mặt nhằm giảm tổn thất chèn RF và lớp phủ chuyển đổi không chứa cromat-được sử dụng để bảo vệ chống ăn mòn ở các công trình ven biển. Hàn ma sát khuấy và các phương pháp nối trạng thái rắn-khác được sử dụng khi các mối hàn phải duy trì điện trở thấp.
Hiệu suất nhiệt và EMI
Các bộ ăng-ten hoạt động tạo ra lượng nhiệt đáng kể và tính dẫn nhiệt của nhôm cộng với khả năng được tạo thành bằng các cánh tản nhiệt hoặc cánh tản nhiệt khiến nhôm trở thành lựa chọn tự nhiên để làm mát thụ động. Đối với nhiễu điện từ, vỏ nhôm liên tục cung cấp khả năng che chắn hiệu quả cho các thiết bị điện tử RF nhạy cảm bên trong ăng-ten và hiệu quả của màn chắn phụ thuộc vào tính liên tục của vỏ, thiết kế mối nối và tần số cần quan tâm.
Nhôm vs Đồng và các vật liệu khác
Đồng có độ dẫn điện cao hơn nhưng nặng hơn và đắt hơn đáng kể trên mỗi đơn vị hiệu suất điện, đó là lý do tại sao nó được dành riêng cho các bộ phận cấp nguồn và đầu nối cụ thể thay vì cấu trúc số lượng lớn. Nhựa và vật liệu tổng hợp nhẹ hơn nhưng cần được kim loại hóa hoặc phủ để che chắn và khó quản lý nhiệt hơn. Nhôm vẫn là giải pháp tổng thể tốt nhất cho ăng-ten cần được sản xuất tiết kiệm và tồn tại khi hoạt động ngoài trời trong nhiều thập kỷ.
Milimet-Cân nhắc về thiết kế sóng
Ở tần số sóng milimet-, hiệu ứng bề mặt giới hạn dòng điện ở một lớp bề mặt mỏng, do đó chất lượng lớp mạ và lớp hoàn thiện bề mặt ảnh hưởng đến sự suy giảm nhiều hơn độ dẫn điện lớn. Dung sai kích thước trở nên quan trọng vì bước sóng ngắn và sự giãn nở nhiệt phải được bù trong thiết kế cơ học của mảng pha. Các nhà thiết kế cũng nên xem xét hệ số không phù hợp khi nhôm được nối với gốm hoặc các chất nền khác, sử dụng các lớp xen kẽ phù hợp khi cần thiết để tránh hư hỏng do ứng suất.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Tại sao nhôm được ưa chuộng hơn đồng trong cấu trúc ăng-ten 5G?
Đáp: Nhôm cung cấp khoảng 60% độ dẫn điện IACS với trọng lượng khoảng 1{1}}và chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với đồng, với khả năng chống ăn mòn và hiệu suất nhiệt tuyệt vời, khiến nhôm trở thành lựa chọn kinh tế cho cấu trúc ăng-ten số lượng lớn.
Hỏi: Hợp kim nào phổ biến nhất cho các bộ phận ăng-ten 5G?
Đáp: 6061-T6 là hợp kim rèn phổ biến nhất cho các tấm, giá đỡ và các bộ phận gia công, trong khi hợp kim đúc khuôn phục vụ cho vỏ và khối ép đùn 6063 phục vụ cho đường ray và khung lắp.
Câu hỏi: Vỏ ăng-ten bằng nhôm có thể che chắn EMI không?
Đ: Vâng. Vỏ nhôm liên tục cung cấp khả năng che chắn hiệu quả cho các thiết bị điện tử RF bên trong; hiệu quả phụ thuộc vào tính liên tục của vỏ, thiết kế mối nối và tần số hoạt động.
Hỏi: Lớp hoàn thiện bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất sóng milimet?
Trả lời: Ở tần số mmWave, dòng điện chạy trong một lớp bề mặt mỏng, do đó độ nhám bề mặt và chất lượng lớp mạ ảnh hưởng đến tổn thất chèn nhiều hơn độ dẫn điện lớn. Bề mặt anodized và xử lý được thiết kế phù hợp.
Hỏi: Nhôm có phù hợp để lắp đặt trạm gốc ven biển không?
Đáp: Có, với hợp kim chính xác và lớp phủ bảo vệ như lớp phủ anodizing hoặc chuyển đổi, nhôm chống lại sự ăn mòn của muối{0}}không khí và hoạt động ổn định trong nhiều thập kỷ ở môi trường ven biển.
