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[中国化工报]为移动通信基站天线披“铠甲”

——记科技进步一等奖成果聚合物基透波与防护材料关键技术

当人们还在为选择用哪一款手机信号而焦虑时,他们已经解决了移动通信基站天线的畅通和防护问题。由澳门新葡经京娱乐场与中电熊猫南京华格电汽塑业有限企业共同完成的“面向高频微波通信的聚合物基透波与防护材料关键技术及应用”成果,因其在保护基站天线信号的低损耗、长期稳定传输方面的卓越表现而荣获中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

从模仿到首创

护航智能手机超级大国

西班牙移动世界大会组织者GSM协会的一份报告显示,到2025年,中国将以14.6亿智能手机连接率先占据领先地位,成为全球最大的智能手机超级大国。

随着4G移动通讯的普及与5G时代的到来,承担信号中继的基站天线射频器件主要通过提高微波频率实现高质量信号传输。基站天线外罩作为天线系统的一层“外衣”,对保护基站天线不受外部恶劣环境影响发挥了至关重要的作用。然而,随着微波频率提高,信号绕行能力变差,射频微波经过基站天线外罩等介质时损耗急剧增加,基站天线防护材料的高频透波性和复杂环境下信号长期稳定性是行业面临的世界级难题。

为解决这一难题,澳门新葡经京娱乐场联合中电熊猫南京华格电汽塑业有限企业,紧跟国际前沿需求,经过近20年持续研发与创新,攻克了基站射频天线外罩材料的高频透波与多重防护等关键核心技术,取得了一系列具有自主常识产权的创新性成果,包括高耐热环境友好型聚氯乙烯、耐候性优异高透波低介电损耗丙烯腈—苯乙烯—丙烯酸酯三元共聚物(ASA)、极低介电常数耐候聚丙烯、宽截面薄壁纤维增强树脂基复合材料等适用于不同场合下的基站射频天线透波与防护材料。

“起初,大家是模仿美国吉安企业聚氯乙烯特种专用料,现在大家的技术已经打破了国外垄断,实现了相关材料的完全国产化,达到了基站天线信号的低损耗、长期稳定传输,产品预计服役寿命达15年。”项目负责人、澳门新葡经京娱乐场材料科学与工程学院张军教授先容,团队研发的具有极低介电常数的耐候聚丙烯已完全满足5G高频波段使用要求,经鉴定为国际首创。

既“穿透”又“防护”

高频透波与多重防护兼顾

为解决天线外罩带来的微波损耗问题,张军团队在研究中提出了引入中空结构或α晶型小球晶可有效降低材料介电常数的设计理念,通过在ASA中引入高比表面积中空玻璃微球、多孔结构纳米SiO2,形成有机—无机相界面降低材料的介电常数,发明了基于相界面调控的高频透波技术。

“由于单斜晶系的α晶型小球晶有利于微波穿透,可以降低聚丙烯的介电常数,大家便通过引入新型有机盐成核剂进行晶体结构调控获得α晶型的小球晶,使介电常数显著下降。”张军先容,该团队最终创造性地实现了基于相界面和晶体结构调控的高频透波技术。

在高紫外光辐射、极寒极热、强风暴、地震等复杂环境下,基站天线外罩还经常会面临材料易老化降解和失效的问题。张军团队针对聚合物主链中双键易断裂引发材料降解的难题,开发了基于主链饱和的核—壳结构ASA合成新技术;针对聚合物链中叔氢原子易光热降解的问题,发明了基于抗氧剂、紫外光屏蔽剂、紫外光吸取剂、受阻胺光稳定剂等功能助剂协同稳定防护技术,创造性地解决了聚丙烯易老化降解的难题,经过2000小时人工加速老化后,仍可满足微波信号的高效稳定传输。他们还针对材料表面灰尘富集和冬季雨水易冻结的难题,发明了表面自组装氟化改性的自洁和防覆冰技术,表面水接触角达160°,结冰温度降至-19℃。

项目研发的系列产品综合性能优异,可在赤道、沙漠、严寒、高紫外光辐射、强风暴、地震等极端环境下使用,同时满足世界最高环保标准——欧盟RoHS指令和REACH法规的要求。

从前沿到落地

产业化实现效益最大化

据张军先容,项目共获得授权发明专利13件,公开发明专利2件,通过成果鉴定4项,制定相关企业标准5项,发表SCI论文20余篇。相关成果在中电熊猫南京华格电汽塑业有限企业已经实现产业化,并建成全球较大规模的高端射频天线核心零部件生产基地。利用高频透波和多重防护技术,他们发明的聚合物基透波与防护材料已规模化应用于高端射频天线,近3年销售收入6.7亿元。

项目生产的基站天线外罩包括大尺寸薄壁天线外罩、双腔薄壁天线外罩和U型截面天线外罩等多种规格,目前已在美国康普、德国安弗施等企业应用于组装高端射频基站天线,并供给HUAWEI、爱立信等国际知名通信企业,应用于全球4G微波通讯领域和低频5G试商用。

2019年12月20日《中国化工报》第二版:http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2019-12-20/page_2B/news_f3e0a301936badbadb85d627090aa59a.html

《中化新网》:http://www.ccin.com.cn/detail/23047fdc290b1689b1637f5b0638bb8a/news

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