Почему алюминий для антенн 5G?
Антенны базовых станций 5G работают на более высоких частотах, чем предыдущие поколения, в миллиметровом-диапазоне волн, достигающем десятков гигагерц, и в большом количестве они устанавливаются снаружи на башнях, крышах и уличной мебели. Поэтому конструкция антенны должна быть электропроводной, достаточно легкой для установки, стабильной по размерам при колебаниях температуры и устойчивой к многолетнему погодному воздействию. Алюминий отвечает всем этим требованиям при гораздо более низкой цене, чем медь.
Алюминий высокой-чистоты имеет электропроводность примерно 60 % по IACS, что достаточно для антенных отражателей, компонентов питания и корпусов в большинстве конструкций, а его плотность около 2,70 г/см3 сохраняет вес примерно в-треть веса меди при равном объеме. Ее коэффициент теплового расширения, составляющий около 23 микрометров на метр на кельвин, хорошо известен разработчикам антенн и учитывается в механической конструкции.
Ключевые свойства материалов для радиочастотных применений
Свойства, которые делают алюминий ценным в конструкции антенн, — это электропроводность, теплопроводность, низкая плотность, коррозионная стойкость и возможность вторичной переработки. Теплопроводность в диапазоне 150–230 Вт/(м·К) в зависимости от сплава позволяет алюминиевым корпусам использоваться в качестве радиаторов для усилителей мощности и активных компонентов, что критически важно для массивных массивов MIMO, концентрирующих тепло в небольшом объеме.
Естественная оксидная пленка на алюминии самовосстанавливается-и обеспечивает хорошую стойкость к атмосферной коррозии, включая прибрежный соленый воздух, если выбран правильный сплав и обработка. Алюминий также полностью пригоден для вторичной переработки, что соответствует целям сетевых операторов в области устойчивого развития.
Сплавы и закалки для антенных конструкций
Сплав 6061-T6 – наиболее распространенный деформируемый алюминий для изготовления антенных пластин, кронштейнов и механически обработанных компонентов, поскольку он обеспечивает высокую прочность, хорошую свариваемость и стабильную обрабатываемость. Алюминиевые сплавы, отлитые под давлением-, широко используются для изготовления корпусов и корпусов корпусов, поскольку при литье производятся детали сложной, почти-конечной- формы с хорошей повторяемостью размеров при больших объемах. Экструдированные профили 6063 служат для крепления антенн и структурных рам, а для отражателей, где требуется максимальная проводимость, могут использоваться сплавы высокой чистоты 1xxx.
Производство и обработка поверхности
Компоненты антенны производятся методами литья под давлением, экструзии, обработки на станках с ЧПУ и формовки листового-металла с последующей обработкой поверхности. Анодирование является стандартной отделкой: оно утолщает оксидный слой, повышает устойчивость к истиранию и коррозии, а также может быть герметизировано для стабилизации поверхности. В некоторых конструкциях используется твердое анодирование или аналогичные поверхностные процессы для уменьшения шероховатости поверхности и снижения вносимых радиочастотных потерь, а конверсионные покрытия, не содержащие хроматов, используются для защиты от коррозии в прибрежных установках. Сварка трением с перемешиванием и другие-методы соединения в твердом состоянии используются там, где сварные соединения должны сохранять низкое электрическое сопротивление.
Тепловые и электромагнитные характеристики
Активные антенные блоки выделяют значительное количество тепла, а теплопроводность алюминия, а также его способность образовывать ребра или радиаторы делают его естественным выбором для пассивного охлаждения. От электромагнитных помех сплошной алюминиевый корпус обеспечивает эффективную защиту чувствительной радиочастотной электроники внутри антенны, а эффективность экрана зависит от целостности корпуса, конструкции соединений и рассматриваемой частоты.
Алюминий против меди и других материалов
Медь обеспечивает более высокую проводимость, но она тяжелее и значительно дороже на единицу электрических характеристик, поэтому ее используют для конкретных компонентов питания и разъемов, а не для объемной конструкции. Пластмассы и композиты легче, но требуют металлизации или покрытия для защиты, и с ними труднее обращаться термически. Алюминий остается лучшим компромиссом для антенн, которые должны производиться экономично и выдерживать эксплуатацию на открытом воздухе в течение десятилетий.
Рекомендации по проектированию миллиметровых-волн
На частотах миллиметровых-волн скин-эффект ограничивает ток тонким поверхностным слоем, поэтому качество поверхности и качество покрытия влияют на потери больше, чем объемная проводимость. Допуски на размеры становятся критически важными, поскольку длина волны коротка, а тепловое расширение необходимо компенсировать при механической конструкции фазированных решеток. Проектировщикам также следует учитывать несоответствие коэффициентов при соединении алюминия с керамикой или другими подложками, используя соответствующие промежуточные слои там, где это необходимо, чтобы избежать разрушения под напряжением.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Почему для антенных конструкций 5G алюминий предпочтительнее меди?
О: Алюминий обеспечивает проводимость около 60 % по IACS при весе примерно в три раза-и меньшей стоимости меди, а также превосходной коррозионной стойкости и тепловых характеристиках, что делает его экономичным выбором для объемной антенной конструкции.
Вопрос: Какой сплав чаще всего используется для изготовления деталей антенны 5G?
A: 6061-T6 — наиболее распространенный деформируемый сплав для пластин, кронштейнов и механически обработанных деталей, сплавы, отлитые под давлением, используются для корпусов, а профили 6063 — для монтажных направляющих и рам.
Вопрос: Могут ли алюминиевые корпуса антенн обеспечить экранирование электромагнитных помех?
А: Да. Сплошной алюминиевый корпус обеспечивает эффективную защиту внутренней радиочастотной электроники; эффективность зависит от целостности корпуса, конструкции соединения и рабочей частоты.
Вопрос: Как качество поверхности влияет на характеристики миллиметровых-волн?
Ответ: На частотах миллиметровых волн ток течет в тонком поверхностном слое, поэтому шероховатость поверхности и качество покрытия влияют на вносимые потери больше, чем объемная проводимость. Анодированные и обработанные поверхности имеют соответствующий дизайн.
Вопрос: Подходит ли алюминий для установки прибрежных базовых станций?
О: Да, при правильном выборе сплава и защитной отделке, такой как анодирование или конверсионное покрытие, алюминий устойчив к солевой-воздушной коррозии и надежно служит десятилетиями в прибрежных условиях.
