การลดน้ำหนักและต้นทุนของเสาอากาศอาเรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted โดยใช้เรซินแทนโลหะ

Asahi Kasei Corporation (สำนักงานใหญ่: Chiyoda-ku, Tokyo; ประธาน: Koshiro Kudo) และ Hirokawa Laboratory ที่ School of Engineering ของสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว (TIT) ได้เริ่มดำเนินโครงการวิจัยร่วมกันเพื่อสร้างเสาอากาศอาร์เรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted จากเรซินแทน ของโลหะ โดยคาดว่าจะมีการใช้งานในอนาคตเนื่องจากการสื่อสารไร้สายก้าวไปไกลกว่า 5G

การใช้คลื่นมิลลิเมตรได้รับการส่งเสริมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เพื่อให้ทันกับความเร็วที่เร็วขึ้นและความจุที่มากขึ้นของการสื่อสารไร้สาย อย่างไรก็ตาม เมื่อผลิตเสาอากาศคลื่นความถี่ระดับมิลลิเมตร ผู้ผลิตต้องเผชิญกับปัญหาต่างๆ เช่น ข้อจำกัดด้านการตัดเฉือนและการสูญเสียวัสดุ เสาอากาศอาร์เรย์ท่อนำคลื่นแบบ Slotted กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้อย่างครอบคลุม เสาอากาศอาร์เรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted ประกอบด้วยองค์ประกอบเสาอากาศแบบ slotted จำนวนมากในท่อนำคลื่นโลหะ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศแบบอาร์เรย์ เมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศอาเรย์ไมโครสตริป ^※ เสาอากาศอาเรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted ให้ประสิทธิภาพที่สูงกว่าในย่านความถี่คลื่นมิลลิเมตร แต่มีราคาแพงและมีราคาแพงในการผลิต ปัญหาเหล่านี้จำกัดการใช้งานในการใช้งานพลเรือน และส่วนใหญ่จะใช้งานในการใช้งานดาวเทียมและการทหาร เมื่อเร็วๆ นี้ เนื่องจากประสิทธิภาพสูงของเสาอากาศอาเรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted นักพัฒนาจึงได้พิจารณานำไปใช้ในโดรน เสาอากาศสถานีฐาน และ ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) แต่ปัญหาด้านน้ำหนักและต้นทุนทำให้ไม่สามารถนำมาใช้ได้ เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ Asahi Kasei และ TIT กำลังทำงานเพื่อสร้างท่อนำคลื่นจาก PPE ดัดแปลง XYRON™ ที่ชุบโลหะ (โพลีฟีนลีนอีเทอร์ดัดแปลงหรือ mPPE) เพื่อพยายามรักษาน้ำหนักและต้นทุนการผลิตให้ต่ำลง

ทีมงานได้สร้างเสาอากาศเรซินต้นแบบโดยใช้ XYRON™ ระดับการพัฒนา AA105-52 เกรดนี้ทนต่อความร้อนสูง คุณสมบัติการชุบที่ดี และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่ำที่เสถียรในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตส่วนประกอบที่ต้องการความแม่นยำ เช่น เสาอากาศอาร์เรย์ท่อนำคลื่นแบบ slotted จากเรซินแทนที่จะเป็นโลหะ

ในขั้นตอนแรกของโครงการ ทีมงานได้สร้างวงจรเสาอากาศเรซินที่มีช่องรับแสงขนาด 2×2 สี่ช่องที่ด้านอินพุต และช่องรับแสงสี่ช่องที่คล้ายกันที่ฝั่งเอาต์พุต และทำการทดลองเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวงจรกับวงจรเสาอากาศโลหะ (ออกแบบ สำหรับแถบคลื่นมิลลิเมตร)

แม้แต่ข้อผิดพลาดเพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อลักษณะของวงจร ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความแม่นยำของขนาดและความแม่นยำในการชุบสูง วงจรเสาอากาศ XYRON™ ประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาเหล่านี้ ในแง่ของน้ำหนัก ตัวต้นแบบมีน้ำหนักเบากว่าวงจรเสาอากาศโลหะประมาณ 40% สำหรับคุณลักษณะของวงจร ดังที่แสดงโดยการเปรียบเทียบด้านล่าง ช่วงแอมพลิจูดด้านเอาท์พุตอยู่ภายในค่าการออกแบบ ยกเว้นในย่านความถี่สูงบางแถบ และประสิทธิภาพเทียบเท่ากับผลิตภัณฑ์กลึงอะลูมิเนียม แบบจำลองนี้ให้ผลลัพธ์ที่ดี โดยมีการสะท้อนที่ -15 dB หรือน้อยกว่า และการสูญเสียที่ต่ำ ซึ่งยืนยันว่าทำงานได้ดีพอๆ กับวงจรเสาอากาศโลหะ

（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）

ในอนาคต ทีมงานวางแผนที่จะสร้างต้นแบบในขนาดที่ใหญ่ขึ้น และดำเนินการทดลองเพื่อการใช้งานจริง

※เสาอากาศอาเรย์ไมโครสตริป: เสาอากาศแบบแบนที่ประกอบด้วยสารตั้งต้นไดอิเล็กทริกที่มีองค์ประกอบการแผ่รังสีสลักอยู่ที่ด้านหน้าและมีระนาบกราวด์ที่ด้านหลัง