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

Tập đoàn Asahi Kasei (Trụ sở chính: Chiyoda-ku, Tokyo; Chủ tịch: Koshiro Kudo) và Phòng thí nghiệm Hirokawa tại Trường Kỹ thuật của Viện Công nghệ Tokyo (TIT) đã bắt tay vào một dự án nghiên cứu chung để chế tạo ăng-ten mảng ống dẫn sóng có rãnh từ nhựa thay thế bằng kim loại, dự kiến sẽ được sử dụng trong tương lai khi truyền thông không dây vượt xa 5G.

Việc sử dụng sóng milimet đã được đẩy mạnh trong những năm gần đây để theo kịp tốc độ nhanh hơn và dung lượng liên lạc không dây lớn hơn. Tuy nhiên, khi sản xuất ăng-ten băng tần milimet, các nhà sản xuất đã gặp phải các vấn đề như hạn chế gia công và thất thoát vật liệu. Anten mảng ống dẫn sóng có rãnh đang được phát triển để giải quyết toàn diện những vấn đề này. Ăng-ten mảng ống dẫn sóng có rãnh bao gồm một số lượng lớn các phần tử ăng-ten có rãnh trong ống dẫn sóng kim loại, hoạt động như một ăng-ten mảng. So với ăng-ten mảng vi dải ^※, ăng-ten mảng ống dẫn sóng có rãnh mang lại hiệu suất cao hơn ở dải sóng milimet nhưng chúng nặng và đắt tiền khi 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 ống dẫn sóng có rãnh, 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 nâng cao), nhưng các vấn đề về trọng lượng và chi phí đã khiến chúng không được áp dụng. Để giải quyết thách thức này, Asahi Kasei và TIT đang nghiên cứu chế tạo ống dẫn sóng từ PPE biến tính XYRON™ mạ kim loại (ete polyphenylene biến tính hoặc mPPE) nhằm cố gắng giảm trọng lượng và chi phí sản xuất.

Nhóm đã chế tạo nguyên mẫu ăng-ten nhựa sử dụng XYRON™ cấp phát triển AA105-52. Loại này có khả năng chịu nhiệt cao, đặc tính mạ tốt và hệ số giãn nở tuyến tính thấp, ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng, khiến nó trở nên lý tưởng để chế tạo các bộ phận đòi hỏi độ chính xác, như ăng-ten dàn ống dẫn sóng có rãnh, từ nhựa thay vì kim loại.

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 một lỗi nhỏ nhất cũng sẽ ảnh hưởng đến đặc tính của 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 được thể hiện trong so sánh bên dưới, dải biên độ phía đầu ra nằm trong giá trị thiết kế ngoại trừ ở một số dải tần số cao nhất định và hiệu suất tương đương với sản phẩm gia công bằng nhôm. Mô hình này cho kết quả tốt, với độ phản xạ từ -15 dB trở xuống và tổn hao 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