Giảm trọng lượng và chi phí của ăng-ten mảng ống dẫn sóng có rãnh bằng cách sử dụng nhựa thay vì kim loại

Asahi Kasei Corporation (Trụ sở chính: Chiyoda-ku, Tokyo; Chủ tịch: Koshiro Kudo) và Phòng thí nghiệm Hirokawa tại Trường Kỹ thuật của Học viện Công nghệ Tokyo (TIT) đã bắt tay vào một dự án nghiên cứu chung để chế tạo ăng-ten mảng dẫn sóng có khe từ nhựa thay vì kim loại, nhằm dự đoán nhu cầu sử dụng trong tương lai khi truyền thông không dây vượt ra ngoài phạm vi 5G.

Việc sử dụng sóng milimet đã được thúc đẩy trong những năm gần đây để theo kịp tốc độ ngày càng nhanh và dung lượng lớn hơn của truyền thông không dây. Tuy nhiên, khi sản xuất ăng-ten băng tần milimet, các nhà sản xuất đã gặp phải các vấn đề như hạn chế về gia công và mất vật liệu. Ăng-ten mảng dẫn sóng có khe đang được phát triển để giải quyết toàn diện các vấn đề này. Ăng-ten mảng dẫn sóng có khe bao gồm một số lượng lớn các thành phần ăng-ten có khe trong một ống dẫn sóng kim loại, hoạt động như một ăng-ten mảng. So với ăng-ten mảng vi dải ^*, ăng-ten mảng dẫn sóng có khe cung cấp hiệu suất cao hơn trong băng tần milimet, nhưng chúng nặng và tốn kém để sản xuất. Những vấn đề này đã hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng dân sự và chúng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng vệ tinh và quân sự. Gần đây, do hiệu suất cao của ăng-ten mảng dẫn sóng có khe, các nhà phát triển đã cân nhắc áp dụng chúng trong máy bay không người lái, ăng-ten trạm gốc và ADAS (Hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến), nhưng các vấn đề về trọng lượng và chi phí đã ngăn cản chúng được áp dụng. Để giải quyết thách thức này, Asahi Kasei và TIT đang nghiên cứu chế tạo ống dẫn sóng từ PPE (polyphenylene ether biến tính hay mPPE) XYRON™ kim loại nhằm giảm trọng lượng và chi phí sản xuất.

Nhóm đã chế tạo một ăng-ten nhựa nguyên mẫu sử dụng XYRON™ cấp phát triển AA105-52. Cấp này có khả năng chịu nhiệt cao và hệ số giãn nở tuyến tính thấp, ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng, lý tưởng để chế tạo các thành phần đòi hỏi độ chính xác, như ăng-ten mảng ống dẫn sóng có khe, từ nhựa thay vì kim loại.

Ngoài ra, XYRON™ có đặc tính mạ tuyệt vời và bám dính vào đồng tốt hơn các vật liệu khác như polycarbonate và polypropylene, như thể hiện trong kết quả đánh giá dưới đây.

Trong giai đoạn đầu tiên của dự án, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mạch ăng-ten bằng nhựa có bốn khẩu độ 2×2 ở phía đầu vào và bốn khẩu độ tương tự ở phía đầu ra, đồng thời tiến hành các thí nghiệm để so sánh hiệu suất của nó với hiệu suất của mạch ăng-ten kim loại (được thiết kế đối với dải sóng milimet).

Ngay cả lỗi nhỏ nhất cũng sẽ ảnh hưởng đến đặc tính mạch, do đó cần có độ chính xác kích thước và độ chính xác mạ cao. Mạch ăng-ten XYRON™ đã thành công trong việc giải quyết những thách thức này. Về trọng lượng, nguyên mẫu nhẹ hơn khoảng 40% so với mạch ăng-ten kim loại. Về đặc tính mạch, như thể hiện trong phép so sánh bên dưới, phạm vi biên độ phía đầu ra nằm trong giá trị thiết kế ngoại trừ một số băng tần cao nhất định và hiệu suất tương đương với sản phẩm gia công bằng nhôm. Mô hình tạo ra kết quả tốt, với độ phản xạ là -15 dB trở xuống và tổn thất thấp, xác nhận rằng nó hoạt động tốt như mạch ăng-ten kim loại.

（2023年6月開催「COMNEXT 第1回 次世代通信テクノロジー国際展」にて樹脂製アンテナの簡易モデルを出品しました）

Trong tương lai, nhóm dự định sản xuất nguyên mẫu ở quy mô lớn hơn và tiến hành các thí nghiệm nhằm ứng dụng thực tế.

※Ăng-ten mảng vi dải: Ăng-ten phẳng bao gồm chất nền điện môi với các phần tử bức xạ được khắc ở mặt trước và mặt phẳng nối đất ở mặt sau