5G iletişim baz istasyonu elektromanyetik koruyucu malzemeler ve uygulamalar
1. Mobil iletişim geliştirmenin arka planı
Mobil iletişim, telekomünikasyon endüstrisinde bir devrimdir.Ağ terminallerini sabit yerlerden bireylere kadar genişletir.İnsanlar, bilgileri mobil cihazlar aracılığıyla her zaman ve her yerde işleyebilir ve iletebilir. Mobil iletişimin ortaya çıkışı, insanlar arasındaki bilginin iletişimini ve aktarımını daha zamanında, daha yakın ve daha sık hale getirdi ve insanların üretimi ve yaşam tarzı devrimci değişikliklere uğradı. Nesnelerin İnterneti çağında, insanlar arasındaki geleneksel iletişim artık üretimin ve yaşamın ihtiyaçlarını karşılayamaz ve insanlar ve nesneler arasındaki iletişim giderek daha önemli ve sık hale gelecektir.
Motorola'nın Amerika Birleşik Devletleri'ndeki eski bir yöneticisi olan Martin Cooper, tarihteki ilk cep telefonunu 1973'te açtığından beri, mobil iletişim 46 yaşında. Ticari mobil iletişimin ilk nesli 1970'lerin sonlarından 1980'lerin başlarına kadar başladı.O zamanlar sadece basit analog ses iletişimi gerçekleştirilebiliyordu, ülkemizde "Big Brother" olarak biliniyor. Bundan sonra, mobil iletişim yaklaşık her 10 yılda bir güncellenecek. 40 yılı aşkın bir süredir geliştirmenin ardından, cep telefonlarının biçimi ve işlevi dünyayı sarsan değişikliklere uğramıştır Şekil 1, mobil iletişimin son 40 yıldaki gelişim geçmişine genel bir bakıştır. Bir anlamda, cep telefonlarının gelişim tarihi, muhteşem bir mobil iletişim tarihidir. Şu anda, dünyanın dört bir yanındaki büyük ülkeler 5G ticari kullanımının hızını artırıyor. 31 Ekim 2019'da Çin ayrıca 5G ticari kullanımın lansmanını resmen duyurdu.
Şekil 1 Mobil iletişimin gelişim geçmişi
5G iletişimi insanlığa benzeri görülmemiş bir deneyim getirecek? Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU), 5G iletişimi için üç uygulama senaryosu tanımlamaktadır: gelişmiş mobil geniş bant, büyük ölçekli makine iletişimi ve düşük gecikmeli ve yüksek güvenilirlikli iletişim. 4G mobil iletişim teknolojisi ile karşılaştırıldığında, 5G iletişim uygulamalarındaki en büyük değişiklik, insanlar arasındaki iletişimden insanlar ve nesneler, nesneler ve nesneler arasındaki iletişime geçmektir. 5G çağında, insanlar ultra yüksek ağ hızlarının keyfini çıkarabilir, Nesnelerin İnterneti ve akıllı topluluklar gerçekten gerçekleştirilebilir ve endüstriyel İnternet ve otonom sürüş de gerçeğe dönüşecektir.
5G iletişimi, yalnızca en yüksek iletim oranını vurgulamakla kalmaz, aynı zamanda sekiz performans göstergesini kapsamlı bir şekilde dikkate alır: Şekil 2'de gösterildiği gibi, en yüksek hız, kullanıcı deneyimi oranı, spektrum verimliliği, mobilite, zaman gecikmesi, bağlantı yoğunluğu, enerji verimliliği ve trafik yoğunluğu. . Yukarıdaki temel performans göstergeleri açısından, 5G iletişimi 4G iletişimini aştı.
Şekil 2 IMT-2020 temel performans göstergeleri
Üçüncü Nesil Ortaklık Projesi (3GPP) tarafından tanımlanan 5G frekans aralığına göre, 5G iletişimi iki frekans bandı içerir, FR1 ve FR2: FR1 (Alt-6GHz), 450MHz ~ 6GHz ve FR2 (6GHz Üstü) frekans aralığına sahiptir. Frekans aralığı 24.25 ~ 52.6GHz'dir. Yukarıdaki düzenlemelere göre FR2 frekans bandındaki elektromanyetik dalgaların dalga boyu aralığı milimetre dalgalar kategorisine ait olan 5,7 ~ 12,4 mm'dir. Yüksek frekanslı milimetre dalga spektrumu, 5G'nin yüksek hızlı iletim sağlayabilmesinin nedenlerinden biri olan büyük bir bant genişliğine sahiptir. Bununla birlikte, milimetre dalgası kısa bir dalga boyuna ve zayıf kırınım kabiliyetine sahiptir ve sinyalin uzaysal zayıflaması çok ciddidir. 5G iletişiminin ticari uygulamasını gerçekleştirmek için, bir yandan sinyal zayıflaması sorununu çözmek için daha fazla baz istasyonunun konuşlandırılması gerekirken, diğer yandan kullanıcıların farklı ihtiyaçlarını karşılamak için yüksek ve orta ve düşük frekansların ortak bir ağ oluşturma yönteminin benimsenmesi gerekir. 5G çağında, daha yüksek mobil veri gereksinimlerini karşılamak için, 5G ağlarının kesintisiz ve derin kapsama alanı daha çok minyatürleştirilmiş baz istasyonlarının konuşlandırılmasına dayanacaktır. Küçük ve mikro baz istasyonlarının radyasyon yarıçapları onlarca metreden binlerce metreye kadar değişmektedir.İleride alışveriş merkezleri, istasyonlar, havalimanları, işletmeler gibi kalabalık alanlarda çok sayıda küçük ve mikro baz istasyonu konuşlandırılacaktır. Tablo 1, çeşitli baz istasyonlarına ve uygulama senaryolarına genel bir bakıştır.
Tablo 1 Baz istasyonlarının türleri ve uygulama senaryoları
Kablosuz baz istasyonu olarak da bilinen iletişim baz istasyonu, bilgilendirmeyi gerçekleştirmek için stratejik bir altyapıdır. Sanayi ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı tarafından açıklanan verilere göre Eylül 2018 itibarıyla Çin'deki mobil iletişim baz istasyonlarının sayısı 6,39 milyon oldu.Gelecekte 5G ultra yoğun ağlar daha fazla baz istasyonu konuşlandıracak. Mobil iletişim baz istasyonlarının yapımı ve işletilmesi sırasında, elektromanyetik radyasyon ilgi odağı haline geldi. İletişim baz istasyonu çalışırken, elektromanyetik dalga sinyali, baz istasyonunun elektromanyetik radyasyon kaynağı olan verici anten tarafından uzaya gönderilir. Elektromanyetik radyasyon insanların sağlığı ile ilgilidir ve dünyanın her yerindeki ülkelerde baz istasyonlarının elektromanyetik korumasına ilişkin katı düzenlemeler vardır. İnsanlar baz istasyonunun elektromanyetik korumasının ayrıntılarını bilmedikleri için, genellikle "baz istasyonlarının renk değiştirmesinden söz ederler." Son yıllarda, baz istasyonlarının kurulmasını engelleyen ve baz istasyonlarını yok eden birçok aşırı durum olmuştur (bkz. Şekil 3).
Şekil 3 Baz istasyonu radyasyonu ve hasarı ile ilgili kamuoyunun endişelerine örnekler
Çin yasalarına göre, mobil iletişim baz istasyonlarının yapımı, "Elektromanyetik Radyasyondan Korunma Yönetmelikleri" ve "Çevresel Elektromanyetik Dalga Hijyen Standartları" gereksinimlerini karşılamalıdır. Elektrik alan şiddeti, yalnızca 12V / m'den düşük üst sınır gereksinimlerini veya 40mW / cm2'den düşük güç yoğunluğunu karşıladığında güvenli kabul edilebilir standart. 1 Ocak 2019 tarihinde, Ekoloji ve Çevre Bakanlığı tarafından yayınlanan "Mobil Haberleşme Baz İstasyonlarının Elektromanyetik Radyasyondan Korunmasını İzleme Yöntemleri" resmen yürürlüğe girmiş olup, bu da ülkenin baz istasyonlarının elektromanyetik korumasına verdiği büyük önemi vurgulamaktadır. Şu anda dünya, ticari kullanım için 5G mobil iletişimin dağıtımını hızlandırmaktadır ve mobil iletişim baz istasyonlarının ve uygulama terminallerinin elektromanyetik koruması özellikle acildir.
2. Elektromanyetik koruma mekanizması ve ürün tasarımı
Temel prensip
Elektronik cihazlar çalışırken ne harici elektromanyetik dalgalardan etkilenmek istemezler ne de kendi yayılan elektromanyetik dalgalarının harici cihazlara müdahale edip insan sağlığına zarar vermesini istemezler.Bu nedenle elektromanyetik dalgaların yayılma yolunu bloke etmek gerekir.Bu elektromanyetik korumadır.Raksiyon mekanizması Şekil 4'te gösterilmiştir. . Uzayda yayılırken elektromanyetik dalgaların zayıflaması esas olarak elektromanyetik dalgaların yansıması ve soğurulmasına dayanır:
(1) Elektromanyetik dalga, kalkanın yüzeyine yayıldığında, elektromanyetik dalga, hava ile kalkan arasındaki arayüzdeki dalga empedansının ani değişiminden dolayı yansıtılır;
(2) Elektromanyetik dalga metal malzemenin yüzeyinden geçtikten sonra, metal malzeme indüklenen elektromotor kuvvet nedeniyle bir girdap akımı oluşturacak ve girdap akımı manyetik alanı orijinal manyetik alana zıttır ve birbirini iptal ederek kalkanlama etkisini, yani kaybı absorbe eder;
(3) Koruyucu gövdede zayıflatılmayan elektromanyetik dalgalar, koruyucu gövdenin diğer yüzeyine yayıldığında, metal-hava arayüzünde ani bir empedan değişikliği ile tekrar yansıtılacak ve koruyucu gövdeye döndükten sonra birden fazla yansıma üretecektir.
Şekil 4 Elektromanyetik koruma mekanizmasının şematik diyagramı
Elektromanyetik kalkan etkisi, koruyucu gövde boyunca girişim alan gücünün zayıflatma değerini temsil eden koruyucu zayıflama ile ifade edilebilir. Ekranlama zayıflaması (dB cinsinden) şu şekilde tanımlanır:
Formülde, E1 ve H1, kalkan üzerine olaydan önceki elektrik alan ve manyetik alan şiddetidir; E2 ve H2, kalkanın içinden geçtikten sonra elektrik alan ve manyetik alan gücüdür.
Elektromanyetik korumanın absorpsiyon kaybı ve yansıma kaybı için hesaplama formülleri aşağıdaki gibidir:
Formülde, A soğurma kaybıdır; R yansıma kaybıdır; r kalkan ile alan kaynağı arasındaki uzaklıktır; bağıl geçirgenliktir; bağıl iletkenliktir; f elektromanyetik dalga frekansıdır.
Yukarıdaki formülden elektromanyetik dalgaların frekansı arttıkça soğurma kaybı oranının arttığı, yansıma kaybı oranının azaldığı görülebilir. Bu nedenle, yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar için, yüksek iletkenliğe sahip metal malzemeler esas olarak harici elektromanyetik dalgaları dengelemek için girdap akımları oluşturmak için kullanılır. Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar için, elektromanyetik dalgaların yayılmasını önlemek için genellikle kalkanın içindeki manyetik alan çizgilerini sınırlamak için yüksek manyetik geçirgenliğe sahip malzemeler kullanılabilir.
Malzemelerin elektromanyetik ekranlama etkinliğini etkileyen faktörler, elektriksel iletkenliği, manyetik geçirgenliği ve malzemenin kalınlığını içerir. Elektromanyetik kalkanlama mekanizmasına göre, elektromanyetik kalkanlama ürünlerinin tasarımı, korunacak elektromanyetik dalga frekans bantları ile birleştirilerek yüksek iletkenliğe veya yüksek geçirgenliğe sahip malzemeler geliştirilebilir.Farklı uygulama ve işlemlere göre farklı formlarda elektromanyetik kalkanlama malzemeleri yapılabilir, bkz. Tablo 2. . Şu anda, elektronik bilgi endüstrisinde yaygın olarak kullanılan elektromanyetik koruyucu malzemeler arasında iletken macun, iletken tutkal, iletken boya, iletken boya, iletken kauçuk, iletken kumaş, iletken köpük, metal ağ ve şeffaf iletken film bulunmaktadır.
Tablo 2 Elektromanyetik koruyucu malzemelerin özellikleri ve uygulamaları
Üçüncüsü, baz istasyonundaki elektromanyetik koruyucu malzeme
uygulama
Baz istasyonu kabuğu genellikle alüminyum alaşımlı kalıp dökümünden yapılır Genel elektromanyetik radyasyon korumasına ulaşmak için, kalıp döküm bağlantılarını iletken silikon şeritlerle bağlamak gerekir (bkz. Şekil 5). İletken silika jel şerit, alüminyum alaşımlı baz istasyonu muhafazasının sürekli bir iletken oluşturmasını sağlar ve iletkenin girdap akımı etkisi ve yansıma etkisi, baz istasyonu içindeki elektromanyetik dalgayı sınırlar, böylece elektromanyetik dalga sızıntısı ve radyasyonu önler. 5G yüksek frekanslı iletişimler için, iletken silikon şeritlerin elektromanyetik ekranlama etkinliği esas olarak girdap akımı etkisiyle elde edilir.Malzemenin iletkenliği ne kadar güçlüyse, girdap akımı etkisi o kadar barizdir.Bu nedenle, elektromanyetik koruma etkinliğini artırmak için baz istasyonu muhafaza malzemesinin daha etkili olması gerekir. Yüksek iletkenlik. İletkenliğe ek olarak, iletken silikon şeritler yalnızca belirli mekanik özellikleri karşıladıklarında pratik uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayabilir.Örneğin, baz istasyonu entegratörlerinin gerilme mukavemeti, yırtılma mukavemeti, kopmada uzama ve sıkıştırma seti ile ilgili katı gereksinimleri vardır. Dış mekan baz istasyonlarının çalışma ortamı, uzun süreli yüksek sıcaklık, aşırı soğuk, nem ve aşındırıcı ortamlar gibi nispeten serttir ve bu da iletken malzemelerin performansının bozulmasına neden olabilir.Bu nedenle, iletken silikon şerit, sıkı çevresel yaşlanma testlerine dayanabilmelidir.
Şekil 5 Baz istasyonunda elektromanyetik koruyucu silika jel şeridi uygulaması
Baz istasyonu muhafazasının iletken kauçuk şeritlerle genel korumasına ek olarak, baz istasyonunun içindeki elektronik bileşenlerin de sinyal girişimini önlemek için kısmen elektromanyetik korumalı olması gerekir. Yerinde Form (FIP) işlemi, gerekli parçalara doğru bir şekilde iletken yapıştırıcı uygulayabilir.Basit işlem özelliklerine sahiptir, karmaşık yüzeylerde şekillendirilebilir ve baz istasyonu ekipmanlarının yerel elektromanyetik koruması için çok uygun olan yüksek malzeme kullanımı sağlar. Şekil 6'da gösterildiği gibi, FIP işlemi, iletken yapıştırıcıyı gerekli parçalara uygulamak için kullanılır.İletken yapıştırıcı kürlendikten sonra, kısmi bir kalkan görevi gören iletken ve elastik bir "duvar" oluşur.
Şekil 6 FIP teknolojisi ve baz istasyonlarındaki uygulaması
İletişim baz istasyonlarında yaygın olarak kullanılan elektromanyetik koruyucu malzemeler arasında elektromanyetik koruyucu sızdırmazlık şeritleri, elektromanyetik koruyucu iletken yapıştırıcılar, elektromanyetik koruyucu contalar vb. Yer alır. Uluslararası bağlantılı şirketler arasında Laird, Nolante, Gumei vb. Yer alır ve yerel şirketler arasında Zhongshi Technology ve Fei Rongda bulunur . Ürün performansı açısından, yabancı şirketler orta-üst düzey elektromanyetik koruma ürünleri pazarını uzun süredir tekelleştirirken, yerli şirketler nispeten zayıf ürün performansına sahip ve genellikle orta ve düşük kaliteli ürünler için kullanılıyor. Ayrıca, yerli şirketler, terminal üreticilerinin sürekli artan performans gereksinimlerini karşılamak için yetersiz Ar-Ge yeteneklerine ve teknolojik yenilik yeteneklerine sahiptir. Örneğin, 5G yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaların koruması, malzemenin iletkenliği için daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır ve kullanıcılar ayrıca kauçuk şeridin gerilebilirliği için yeni gereksinimlere sahiptir. Genel olarak, yerli malzeme üreticilerinin teknik gelişme seviyesinin acilen iyileştirilmesi gerekiyor.
Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar için, malzemenin iletkenliği ne kadar iyi olursa, üretilen ters girdap akımı o kadar büyük olur ve bu nedenle yüksek frekanslı elektromanyetik alanların paraziti zayıflar. Bu nedenle, yüksek frekanslı elektromanyetik koruyucu malzemelerin geliştirilmesi için genel fikir, malzemenin iletkenliğini arttırmaktır.Teknisyenler, iletkenlerin içeriğini artırarak veya iletken tozların iletkenliğini artırarak bu gereksinimi gerçekleştirebilirler. Bununla birlikte, iletken tozun iletkenliğinin iyileştirilmesinin kendi darboğazı vardır Aynı zamanda, malzeme viskozitesi ve maliyet kısıtlamaları dikkate alındığında, eklenen iletken toz miktarı çok yüksek olamaz. Elektromanyetik ekranlama absorpsiyon kaybı formülüne göre, absorpsiyon kaybı, elektriksel iletkenlik ve manyetik geçirgenlik ile pozitif olarak ilişkilidir, bu nedenle yüksek geçirgenliğe sahip hammaddelerin kullanımı da etkili ve uygulanabilir bir çözümdür. Örneğin metalik nikelin iletkenliği gümüş gibi değerli metal malzemelerinkinden biraz daha kötüdür ancak bu malzemenin manyetik geçirgenliği nispeten yüksektir Nikel esaslı tozlarla geliştirilen malzemeler ayrıca gümüş esaslı malzemelere eşdeğer bir koruyucu etkiye sahiptir.
4. 5G elektromanyetik kalkanlama malzemelerinin geliştirilmesi için beklentiler
Bir nesil malzeme, bir nesil endüstri oluşturur. Çin, son yıllarda mobil iletişim alanında kademeli olarak lider bir konuma geldikçe, Huawei'nin temsil ettiği şirketler teknoloji ve standartlarda söz sahibi oldu ve yerli malzeme ve cihaz üreticileri, Huawei gibi şirketler için malzemeleri kişiselleştirme fırsatını değerlendirmeye başladı. Çin'de yeni elektronik malzemelerin geliştirilmesi ve geliştirilmesi iyi fırsatlar sağlıyor.
Son yıllarda, endüstri müşterileri ile teknik alışveriş sürecinde, 5G alanındaki elektromanyetik kalkanlama malzemelerinin gelecekteki gelişme yönüne dair yüzeysel bir anlayışa sahibim ve bu aşağıda özetlenmiştir:
(1) Santimetre dalga ve milimetre dalgasının geniş uygulaması, geniş bant yönünde elektromanyetik koruyucu malzemelerin geliştirilmesini gerektirir ve orta, düşük frekanslı ve yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaların koruma etkinliğini sağlayabilir;
(2) Gelecekte, iletişim baz istasyonlarının ve elektronik bileşenlerin hacmi küçülecektir ve elektromanyetik koruyucu malzemelerin hafif ve ultra ince olması gerekmektedir;
(3) Yaşam ve sağlığın önemi dışında, gittikçe daha fazla sayıda elektronik ekipman elektromanyetik korumaya ihtiyaç duyar, elektromanyetik koruma standartları daha katıdır ve ekranlama etkinliği gereksinimleri daha yüksektir;
(4) Tasarım ve üretim açısından, elektromanyetik koruyucu malzemelerin işleme teknolojisi daha basit, uygun maliyetli ve seri üretime uygun olmalıdır.
