面向5G应用需求的低介电高分子材料研究与应用进展
发布时间：2021-09-18 15:17
从5G高频信号传输对高分子材料的性能需求、低介电常数（low-Dk）与低介质损耗（low-Df）高分子材料的结构设计以及低介电高分子材料在5G高频通讯中的应用角度,阐述了5G移动通讯技术用低介电高分子材料的最新研究与应用进展,重点综述了低介电聚酰亚胺（PI）与液晶聚合物（LCP）两类材料的发展状况,最后对低介电高分子材料的未来发展趋势进行了展望。
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(08)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
5G高频通讯用常见高分子材料的介电特性
图5总结了low-Dk材料的结构设计思想。要降低高分子材料的介电常数与介质损耗，可通过减少其分子结构中的极性基团含量、抑制极性基团运动、引入低摩尔极化度基团或者引入纳米孔洞等手段来实现。同时，要系统考虑制造工艺对高分子电介质材料介电性能的影响。2 低介电高分子材料在5G高频通讯中的应用
5G通讯技术的实现对于新材料的依赖程度将超过以往任何一代，这主要是由5G通讯技术的特征决定的。5G通讯具有信号传输超高速（达到约10 Gbps）、超低延迟（<1 ms）与多用户接入等特征，对现有材料的综合性能提出了苛刻的要求。信号传输延迟是指信号从发出到接收所需要的时间，是衡量信号传输速率的重要指标。在4G通讯技术中，约为15 ms的信号延迟相对于绝大多数设备而言已经足够。但随着5G通讯技术的发展，一些设备需要更低的信号延迟，例如移动云计算、可穿戴设备、无人驾驶、智能家居、高清视频同摄传输等[4]，这就需要大幅降低信号的传输延迟。现有5G技术中，将采用亚6 GHz(sub-6 GHz）以及毫米波（millimeter wave）进行信号传输。毫米波通常指频段在30～300 GHz、波长为1～10 mm的电磁波。由于工作频率介于微波与远红外波之间，因此兼有两种波谱的特点。毫米波电路的损耗包括介质损耗、导体损耗和辐射损耗[5]。在毫米波频段内，当电场通过介质时，由于介质分子交替极化和晶格来回碰撞而产生的热损耗将加剧。图1给出了高分子电介质材料受到电磁波作用时的损耗情况，可以看出，材料在交变电磁场的作用下，由于介质极化的变化产生共振，从而发生介质损耗，而且介质损耗随频率的升高而增加。因此，5G高频通讯用毫米波会诱发高分子电介质材料产生更大的损耗。研究表明，通讯技术中的信号传输损耗（transmission loss,TL）主要包括导体损耗（conductor loss,TLC）与介质损耗（dielectric loss,TLD），如式（1）所示。而介质损耗TLD与介质材料的介电常数（Dk）以及介质损耗（Df）存在如式（2）所示关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G毫米波传播特性分析[J]. 高帅,张忠皓,李福昌,延凯悦. 邮电设计技术. 2019(08)
[2]5G通信技术关键材料发展研究[J]. 申胜飞,李茜. 科技中国. 2019(08)
[3]5G无损铜之铜面键合剂的使用[J]. 郝意,夏海,李初荣,陈洪,陈钜. 印制电路信息. 2019(08)
[4]牌照发放 中国开启5G商用元年[J]. 马振贵. 上海信息化. 2019(07)
[5]新材料在5G通信领域中的应用及展望[J]. 王海峰. 新材料产业. 2019(06)
[6]5G:挑战与畅想[J]. 曹祎遐,李乐. 上海信息化. 2019(04)
[7]共聚制备低热膨胀透明聚酰亚胺薄膜[J]. 张明艳,高升,吴子剑,崔宏玉,高岩. 材料科学与工艺. 2019(01)
[8]低介电常数无氟聚酰亚胺薄膜制备方法的研究进展[J]. 姬亚宁,唐小青,刘业强,周福龙. 绝缘材料. 2016(09)
[9]低介电常数液晶聚合物材料的制备与研究[J]. 周广亮,易庆锋,蒋智强,姜苏俊. 塑料工业. 2016(04)
[10]低介电常数聚酰亚胺材料制备方法研究进展[J]. 李子寓,寇开昌,陈虹,张宇,王益群,卓龙海. 工程塑料应用. 2015(05)
本文编号：3400369
【文章来源】：绝缘材料. 2020,53(08)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
5G高频通讯用常见高分子材料的介电特性
图5总结了low-Dk材料的结构设计思想。要降低高分子材料的介电常数与介质损耗，可通过减少其分子结构中的极性基团含量、抑制极性基团运动、引入低摩尔极化度基团或者引入纳米孔洞等手段来实现。同时，要系统考虑制造工艺对高分子电介质材料介电性能的影响。2 低介电高分子材料在5G高频通讯中的应用
5G通讯技术的实现对于新材料的依赖程度将超过以往任何一代，这主要是由5G通讯技术的特征决定的。5G通讯具有信号传输超高速（达到约10 Gbps）、超低延迟（<1 ms）与多用户接入等特征，对现有材料的综合性能提出了苛刻的要求。信号传输延迟是指信号从发出到接收所需要的时间，是衡量信号传输速率的重要指标。在4G通讯技术中，约为15 ms的信号延迟相对于绝大多数设备而言已经足够。但随着5G通讯技术的发展，一些设备需要更低的信号延迟，例如移动云计算、可穿戴设备、无人驾驶、智能家居、高清视频同摄传输等[4]，这就需要大幅降低信号的传输延迟。现有5G技术中，将采用亚6 GHz(sub-6 GHz）以及毫米波（millimeter wave）进行信号传输。毫米波通常指频段在30～300 GHz、波长为1～10 mm的电磁波。由于工作频率介于微波与远红外波之间，因此兼有两种波谱的特点。毫米波电路的损耗包括介质损耗、导体损耗和辐射损耗[5]。在毫米波频段内，当电场通过介质时，由于介质分子交替极化和晶格来回碰撞而产生的热损耗将加剧。图1给出了高分子电介质材料受到电磁波作用时的损耗情况，可以看出，材料在交变电磁场的作用下，由于介质极化的变化产生共振，从而发生介质损耗，而且介质损耗随频率的升高而增加。因此，5G高频通讯用毫米波会诱发高分子电介质材料产生更大的损耗。研究表明，通讯技术中的信号传输损耗（transmission loss,TL）主要包括导体损耗（conductor loss,TLC）与介质损耗（dielectric loss,TLD），如式（1）所示。而介质损耗TLD与介质材料的介电常数（Dk）以及介质损耗（Df）存在如式（2）所示关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]5G毫米波传播特性分析[J]. 高帅,张忠皓,李福昌,延凯悦. 邮电设计技术. 2019(08)
[2]5G通信技术关键材料发展研究[J]. 申胜飞,李茜. 科技中国. 2019(08)
[3]5G无损铜之铜面键合剂的使用[J]. 郝意,夏海,李初荣,陈洪,陈钜. 印制电路信息. 2019(08)
[4]牌照发放 中国开启5G商用元年[J]. 马振贵. 上海信息化. 2019(07)
[5]新材料在5G通信领域中的应用及展望[J]. 王海峰. 新材料产业. 2019(06)
[6]5G:挑战与畅想[J]. 曹祎遐,李乐. 上海信息化. 2019(04)
[7]共聚制备低热膨胀透明聚酰亚胺薄膜[J]. 张明艳,高升,吴子剑,崔宏玉,高岩. 材料科学与工艺. 2019(01)
[8]低介电常数无氟聚酰亚胺薄膜制备方法的研究进展[J]. 姬亚宁,唐小青,刘业强,周福龙. 绝缘材料. 2016(09)
[9]低介电常数液晶聚合物材料的制备与研究[J]. 周广亮,易庆锋,蒋智强,姜苏俊. 塑料工业. 2016(04)
[10]低介电常数聚酰亚胺材料制备方法研究进展[J]. 李子寓,寇开昌,陈虹,张宇,王益群,卓龙海. 工程塑料应用. 2015(05)
本文编号：3400369
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