ทำไมต้องอลูมิเนียมสำหรับเสาอากาศ 5G?
เสาอากาศสถานีฐาน 5G ทำงานที่ความถี่ที่สูงกว่ารุ่นก่อนๆ โดยมีคลื่นความถี่-เป็นมิลลิเมตรที่ยาวถึงหลายสิบกิกะเฮิรตซ์ และจะติดตั้งกลางแจ้งจำนวนมากบนหอคอย หลังคา และเฟอร์นิเจอร์ริมถนน โครงสร้างเสาอากาศจึงต้องเป็นสื่อไฟฟ้า น้ำหนักเบาพอที่จะติดตั้ง มีมิติคงตัวตลอดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และทนทานต่อสภาพอากาศหลายปี อลูมิเนียมมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้ทั้งหมดด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าทองแดงมาก
อลูมิเนียมบริสุทธิ์สูง-มีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 60% IACS ซึ่งเพียงพอสำหรับตัวสะท้อนแสงเสาอากาศ ส่วนประกอบป้อน และตัวเรือนในการออกแบบส่วนใหญ่ ในขณะที่ความหนาแน่นประมาณ 2.70 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ทำให้น้ำหนักประมาณหนึ่ง-ของทองแดงที่ปริมาตรเท่ากัน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนประมาณ 23 ไมโครเมตรต่อเมตรต่อเคลวิน เป็นที่เข้าใจกันดีในหมู่นักออกแบบเสาอากาศ และนำมาใช้ในการออกแบบทางกลด้วย
คุณสมบัติวัสดุหลักสำหรับการใช้งาน RF
คุณสมบัติที่ทำให้อลูมิเนียมมีคุณค่าในการออกแบบเสาอากาศ ได้แก่ การนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความหนาแน่นต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการรีไซเคิล ค่าการนำความร้อนในช่วง 150-230 W/(m · K) ขึ้นอยู่กับโลหะผสม ช่วยให้ตัวเรือนอะลูมิเนียมทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อนสำหรับเพาเวอร์แอมป์และส่วนประกอบแบบแอกทีฟเป็นสองเท่า ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอาร์เรย์ MIMO ขนาดใหญ่ที่รวบรวมความร้อนในปริมาณเล็กน้อย
ฟิล์มออกไซด์ตามธรรมชาติบนอะลูมิเนียมสามารถซ่อมแซมตัวเองได้-และให้ความต้านทานที่ดีต่อการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศ รวมถึงอากาศเกลือชายฝั่งเมื่อมีการระบุโลหะผสมและการเคลือบที่ถูกต้อง อะลูมิเนียมยังสามารถรีไซเคิลได้ทั้งหมด ซึ่งสนับสนุนเป้าหมายความยั่งยืนของผู้ให้บริการเครือข่าย
โลหะผสมและอุณหภูมิสำหรับโครงสร้างเสาอากาศ
ล้อแม็ก 6061-T6 เป็นอะลูมิเนียมดัดที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดสำหรับแผ่นเสาอากาศ ขายึด และส่วนประกอบที่กลึง เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง เชื่อมได้ดี และแปรรูปได้สม่ำเสมอ อลูมิเนียมอัลลอยด์แบบหล่อ-ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับตัวเรือนและตัวกล่องเนื่องจากการหล่อทำให้เกิดชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและมีรูปร่างใกล้เคียง- สุทธิ โดยมีความสามารถในการทำซ้ำของมิติที่ดีในปริมาณมาก โปรไฟล์ 6063 ที่อัดขึ้นรูปนั้นใช้สำหรับรางยึดเสาอากาศและกรอบโครงสร้าง และอาจระบุโลหะผสม 1xxx ที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับตัวสะท้อนแสงที่ต้องการการนำไฟฟ้าสูงสุด
การผลิตและการรักษาพื้นผิว
ส่วนประกอบของเสาอากาศผลิตโดยการหล่อขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป การใช้เครื่องจักรซีเอ็นซี และการขึ้นรูปโลหะแผ่น- ตามด้วยการปรับสภาพพื้นผิว การชุบอโนไดซ์เป็นการเคลือบแบบมาตรฐาน: ทำให้ชั้นออกไซด์หนาขึ้น ปรับปรุงความต้านทานการเสียดสีและการกัดกร่อน และสามารถปิดผนึกได้เพื่อรักษาเสถียรภาพของพื้นผิว การออกแบบบางอย่างใช้กระบวนการอโนไดซ์แบบแข็งหรือกระบวนการพื้นผิวที่คล้ายกันเพื่อลดความหยาบของพื้นผิวเพื่อลดการสูญเสียการแทรก RF ที่น้อยลง และใช้การเคลือบโครเมต-การแปลงแบบอิสระเพื่อป้องกันการกัดกร่อนในการติดตั้งชายฝั่ง การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนและวิธีการเชื่อมแบบโซลิด-อื่นๆ ถูกนำมาใช้โดยที่ข้อต่อแบบเชื่อมต้องรักษาความต้านทานไฟฟ้าต่ำ
ประสิทธิภาพความร้อนและ EMI
หน่วยเสาอากาศแบบแอคทีฟสร้างความร้อนได้มาก และการนำความร้อนของอะลูมิเนียมบวกกับความสามารถในการขึ้นรูปด้วยครีบหรือแผงระบายความร้อน ทำให้อะลูมิเนียมเป็นตัวเลือกตามธรรมชาติสำหรับการทำความเย็นแบบพาสซีฟ สำหรับการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า กล่องหุ้มอะลูมิเนียมแบบต่อเนื่องจะให้การป้องกันที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ RF ที่ละเอียดอ่อนภายในเสาอากาศ และประสิทธิภาพของแผงป้องกันจะขึ้นอยู่กับความต่อเนื่องของกล่องหุ้ม การออกแบบข้อต่อ และความถี่ของข้อกังวล
อลูมิเนียมกับทองแดงและวัสดุอื่นๆ
ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่า แต่จะหนักกว่าและมีราคาแพงกว่ามากต่อหน่วยประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกสงวนไว้สำหรับส่วนประกอบฟีดและตัวเชื่อมต่อเฉพาะมากกว่าโครงสร้างแบบเทอะทะ พลาสติกและวัสดุคอมโพสิตมีน้ำหนักเบากว่า แต่ต้องมีการเคลือบโลหะหรือการเคลือบเพื่อเป็นเกราะป้องกัน และยากต่อการจัดการด้านความร้อน อลูมิเนียมยังคงเป็นการประนีประนอมโดยรวมที่ดีที่สุดสำหรับเสาอากาศที่ต้องผลิตอย่างประหยัดและทนทานต่อการใช้งานกลางแจ้งมานานหลายทศวรรษ
มิลลิเมตร-ข้อควรพิจารณาในการออกแบบคลื่น
ที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตร- ผลกระทบของผิวหนังจะจำกัดกระแสไว้ที่ชั้นพื้นผิวบางๆ ดังนั้นคุณภาพพื้นผิวและคุณภาพการชุบจะส่งผลต่อการสูญเสียมากกว่าการนำไฟฟ้าจำนวนมาก ความคลาดเคลื่อนของขนาดมีความสำคัญเนื่องจากความยาวคลื่นสั้น และการขยายตัวทางความร้อนจะต้องได้รับการชดเชยในการออกแบบทางกลของอาร์เรย์แบบแบ่งเฟส นักออกแบบควรพิจารณาค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่ตรงกันเมื่ออลูมิเนียมเชื่อมต่อกับเซรามิกหรือพื้นผิวอื่น ๆ โดยใช้อินเทอร์เลเยอร์ที่สอดคล้องตามความจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวจากความเครียด
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: เหตุใดจึงเลือกใช้อะลูมิเนียมมากกว่าทองแดงสำหรับโครงสร้างเสาอากาศ 5G
ตอบ: อลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้า IACS ประมาณ 60% ที่ประมาณหนึ่ง-ของน้ำหนักและเศษของทองแดง โดยมีความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพทางความร้อนได้ดีเยี่ยม ทำให้เป็นตัวเลือกที่ประหยัดสำหรับโครงสร้างเสาอากาศแบบเทกอง
ถาม: โลหะผสมชนิดใดที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับชิ้นส่วนเสาอากาศ 5G
A: 6061-T6 เป็นโลหะผสมดัดขึ้นรูปที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับเพลท ฉากยึด และชิ้นส่วนกลึง ในขณะที่โลหะผสมแบบหล่อใช้สำหรับตัวเรือน และการอัดขึ้นรูป 6063 ใช้สำหรับรางยึดและเฟรม
ถาม: ตัวเรือนเสาอากาศอะลูมิเนียมสามารถป้องกัน EMI ได้หรือไม่
ก. ใช่. กล่องหุ้มอะลูมิเนียมแบบต่อเนื่องให้การป้องกันที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ RF ภายใน ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับความต่อเนื่องของตู้ การออกแบบข้อต่อ และความถี่ในการทำงาน
ถาม: ผิวสำเร็จส่งผลต่อประสิทธิภาพของคลื่นเป็นมิลลิเมตร-อย่างไร
ตอบ: ที่ความถี่ mmWave กระแสจะไหลในชั้นพื้นผิวบางๆ ดังนั้นความหยาบของพื้นผิวและคุณภาพการชุบจึงมีอิทธิพลต่อการสูญเสียการแทรกมากกว่าการนำไฟฟ้าจำนวนมาก พื้นผิวอะโนไดซ์และพื้นผิวที่ผ่านการบำบัดได้รับการออกแบบมาอย่างเหมาะสม
ถาม: อลูมิเนียมเหมาะกับการติดตั้งสถานีฐานชายฝั่งหรือไม่?
ตอบ: ได้ ด้วยโลหะผสมที่ถูกต้องและการเคลือบป้องกัน เช่น อโนไดซ์หรือการเคลือบแบบแปลง อลูมิเนียมทนทานต่อเกลือ-การกัดกร่อนในอากาศ และให้บริการได้อย่างน่าเชื่อถือมานานหลายทศวรรษในสภาพแวดล้อมชายฝั่ง
