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[中國化工報]為移動通信基站天線披“鎧甲”
時間：2019-12-20
來源：中化新網
作者：朱琳
攝影： 編輯：戴婧
上傳：
——記科技進步一等獎成果聚合物基透波與防護材料關鍵技術
當人們還在為選擇用哪一款手機信號而焦慮時，他們已經解決了移動通信基站天線的暢通和防護問題。由南京工業大學與中電熊貓南京華格電汽塑業有限公司共同完成的“面向高頻微波通信的聚合物基透波與防護材料關鍵技術及應用”成果，因其在保護基站天線信號的低損耗、長期穩定傳輸方面的卓越表現而榮獲中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎。
從模仿到首創
護航智能手機超級大國
西班牙移動世界大會組織者GSM協會的一份報告顯示，到2025年，中國將以14.6億智能手機連接率先占據領先地位，成為全球最大的智能手機超級大國。
隨著4G移動通訊的普及與5G時代的到來，承擔信號中繼的基站天線射頻器件主要通過提高微波頻率實現高質量信號傳輸。基站天線外罩作為天線系統的一層“外衣”，對保護基站天線不受外部惡劣環境影響發揮了至關重要的作用。然而，隨著微波頻率提高，信號繞行能力變差，射頻微波經過基站天線外罩等介質時損耗急劇增加，基站天線防護材料的高頻透波性和復雜環境下信號長期穩定性是行業面臨的世界級難題。
為解決這一難題，南京工業大學聯合中電熊貓南京華格電汽塑業有限公司，緊跟國際前沿需求，經過近20年持續研發與創新，攻克了基站射頻天線外罩材料的高頻透波與多重防護等關鍵核心技術，取得了一系列具有自主知識產權的創新性成果，包括高耐熱環境友好型聚氯乙烯、耐候性優異高透波低介電損耗丙烯腈—苯乙烯—丙烯酸酯三元共聚物(ASA)、極低介電常數耐候聚丙烯、寬截面薄壁纖維增強樹脂基復合材料等適用于不同場合下的基站射頻天線透波與防護材料。
“起初，我們是模仿美國吉安公司聚氯乙烯特種專用料，現在我們的技術已經打破了國外壟斷，實現了相關材料的完全國產化，達到了基站天線信號的低損耗、長期穩定傳輸，產品預計服役壽命達15年。”項目負責人、南京工業大學材料科學與工程學院張軍教授介紹，團隊研發的具有極低介電常數的耐候聚丙烯已完全滿足5G高頻波段使用要求，經鑒定為國際首創。
既“穿透”又“防護”
高頻透波與多重防護兼顧
為解決天線外罩帶來的微波損耗問題，張軍團隊在研究中提出了引入中空結構或α晶型小球晶可有效降低材料介電常數的設計理念，通過在ASA中引入高比表面積中空玻璃微球、多孔結構納米SiO2，形成有機—無機相界面降低材料的介電常數，發明了基于相界面調控的高頻透波技術。
“由于單斜晶系的α晶型小球晶有利于微波穿透，可以降低聚丙烯的介電常數，我們便通過引入新型有機鹽成核劑進行晶體結構調控獲得α晶型的小球晶，使介電常數顯著下降。”張軍介紹，該團隊最終創造性地實現了基于相界面和晶體結構調控的高頻透波技術。
在高紫外光輻射、極寒極熱、強風暴、地震等復雜環境下，基站天線外罩還經常會面臨材料易老化降解和失效的問題。張軍團隊針對聚合物主鏈中雙鍵易斷裂引發材料降解的難題，開發了基于主鏈飽和的核—殼結構ASA合成新技術;針對聚合物鏈中叔氫原子易光熱降解的問題，發明了基于抗氧劑、紫外光屏蔽劑、紫外光吸收劑、受阻胺光穩定劑等功能助劑協同穩定防護技術，創造性地解決了聚丙烯易老化降解的難題，經過2000小時人工加速老化后，仍可滿足微波信號的高效穩定傳輸。他們還針對材料表面灰塵富集和冬季雨水易凍結的難題，發明了表面自組裝氟化改性的自潔和防覆冰技術，表面水接觸角達160°，結冰溫度降至-19℃。
項目研發的系列產品綜合性能優異，可在赤道、沙漠、嚴寒、高紫外光輻射、強風暴、地震等極端環境下使用，同時滿足世界最高環保標準——歐盟RoHS指令和REACH法規的要求。
從前沿到落地
產業化實現效益最大化
據張軍介紹，項目共獲得授權發明專利13件，公開發明專利2件，通過成果鑒定4項，制定相關企業標準5項，發表SCI論文20余篇。相關成果在中電熊貓南京華格電汽塑業有限公司已經實現產業化，并建成全球較大規模的高端射頻天線核心零部件生產基地。利用高頻透波和多重防護技術，他們發明的聚合物基透波與防護材料已規模化應用于高端射頻天線，近3年銷售收入6.7億元。
項目生產的基站天線外罩包括大尺寸薄壁天線外罩、雙腔薄壁天線外罩和U型截面天線外罩等多種規格，目前已在美國康普、德國安弗施等公司應用于組裝高端射頻基站天線，并供給華為、愛立信等國際知名通信公司，應用于全球4G微波通訊領域和低頻5G試商用。
2019年12月20日《中國化工報》第二版：http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2019-12-20/page_2B/news_f3e0a301936badbadb85d627090aa59a.html
《中化新網》：http://www.ccin.com.cn/detail/23047fdc290b1689b1637f5b0638bb8a/news
