5G高頻對材料的需求 - 艾邦高分子

我們首先介紹一下，Dk和Df這兩個的數(shù)值到底是什么？
Dk即介電常數(shù)，又叫介質常數(shù)，介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以字母ε表示，在工程應用中，介電常數(shù)時常在以相對介電常數(shù)的形式被表達，而不是絕對值，所以它相對于表示這個材料里面能夠容納電容的能力，它能夠容納電容，代表訊號穿過的時候有部分的訊號會被這個材料所吸收，代表它對于信號的穿透產生影響。
Df又稱損耗因子、阻尼因子或內耗或損耗角正切，是材料在交變力場作用下應變與應力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比。下面有個公式：

信號傳播的損失會跟頻率以及Df成正比，也就代表了Df越高信號的損失越高，頻率越高，信號損失也越高，所以在4G或者5G的sub6的時候，它相對于毫米波，毫米波相當于頻率是它們的五六倍以上。所以毫米波對于Df會更加的重視，因為它的頻率已經拉高了，所以這時候任何材料的差異都會對于信號傳播的損失產生倍數(shù)，甚至五六倍以上的影響。
材料會追求三個部分:
一個是高介電低損耗的材料，因為它有助于天線的小型化。目前，全球的裝置的頻段非常多，怎么樣在一個小小的空間里面容納盡可能多的天線，所以就希望把每個天線所占用的面積最小化，而高介電的材料有助于這個方向；
第二個更通用的方向，低介電低損耗的材料，這個部分會在很多部分的應用，比如說機殼，因為天線是在機殼內部，或者未來的設計，也可能把天線放在機殼的外部，但是在機殼內部現(xiàn)在通用的狀況代表你的天線往外發(fā)送或者接收的時候，都會經過機殼這一個材料產生影響，所以我們當然希望把這個影響降到最低的可能。這些內部的訊號傳輸，比如電路板或者FPC高頻信號的傳輸，當然也希望傳輸?shù)倪^程這個訊號的損失盡量降低。所以這大概是材料端的一個選用的方向；
第三個特性是穩(wěn)定，因為這些所有的條件都是希望在一個穩(wěn)定的狀況，比如說在一個溫度濕度以及吸水性都能夠穩(wěn)定，因為這些Dk跟Df它其實每個材料在不同的頻率跟溫濕度下是有變化的，所以在設計的時候，當然希望是一個穩(wěn)定的參數(shù)，這樣子才能基于那一個參數(shù)去做優(yōu)化跟調校。如果你的參數(shù)是很不穩(wěn)定的，當初基于某個參數(shù)調校的數(shù)值，在真正設計的時候就會產生差異。

這是目前常用的幾個材料的Dk跟Df值。以Dk來說，真空的數(shù)值基準是1，其他的部分就會有差異，像這邊列出來的LCP、MPI，它們基本上是目前比較常用在電路板或者未來的FPC，因為以前的FPC主要是用PI的材料，所以它們的介電常數(shù)其實是有一些差異的。
另外在介電損耗Df的部分其實看起來好像數(shù)值不大，比如說以玻璃來說好了，它的數(shù)值可能是0.02，看起來差異不大。但是跟塑膠比如說聚碳酸酯來比，數(shù)值是0.005，其實基本上差異就體現(xiàn)出來。這個差異在4G的情況下可能影響不大，但是在5G下面這一個的測試數(shù)據(jù)，5G的天線性能如果在28GHz下面做測試的話，標準值指的對應的是真空的1，標準值是18.4，但是如果用了塑膠材料，它基本上會衰減1.2dB。衰減越少當然是越好的方向。玻璃就會衰減到3.1dB，也就是在Df的微小差異，其實在最后的訊號衰減就會產生一些大的差異。所以接下來有很多的重點都是怎么樣在基礎的材料上面去做一些改性，去把Df值或者Dk值盡量降低，這個是大概未來的一個方向。點擊此處可查看：通訊發(fā)展歷史與5G技術 (連載中，待續(xù)，敬請關注本公眾號 ID：cailiao5G)

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本文圖片來自聯(lián)想施金忠演講PPT，艾邦編輯整理
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