5G無線電波中繼器、天線之新技術、新材料相繼亮相

 

刊登日期:2023/1/11
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范淑櫻 編譯
 
由於5G頻段電波的主要傳播方式為直線傳播,繞射力與傳輸距離相對較為受限,因此除了需要大幅增加天線數量之外,對於可將無線電波反射至基地台難以覆蓋區域的反射器,或是可將電波予以中轉並強化訊號的中繼傳輸設備(Repeater)亦將有其需求。目前除了5G通訊相關新技術的開發之外,各家廠商將既有利用於其他用途之技術或材料轉用至5G領域的案例亦備受矚目。
 
例如大日本印刷(DNP)為5G開發的天線型式之一為透明天線,即於透明樹脂薄膜上形成微細的銅(Cu)佈線,製作成天線。而在5G用透明天線領域,玻璃等製造商在開發或製品化處於領先地位,但現階段尚有透光率低,出乎意料的顯眼等問題。反觀大日本印刷的透明天線,透光率非常高,達到86%以上,不易分辨出天線或配線的有無。儘管薄膜電阻值未明確提及,但大日本印刷表示「遠低於氧化銦錫(ITO)的透明電極」。預期透明天線可設置於①智慧型手機的整體螢幕、②汽車擋風玻璃、③眼鏡鏡片、④窗玻璃等場所,另可望適用於擴增實境(AR)眼鏡。
 
有別於透明化的概念,大日本印刷開發了另一種形式的「隱形」天線,是一款與壁紙或家具難以區別差異之可撓性薄片天線(圖一),厚度約為2 mm,可捲附於圓柱體上進行應用。其最大特徵在於外層可依設置場所的需求從木紋、白牆、PVC塑膠等各種設計風格中選用,裝設於室內牆壁、家具或家用電器上,不易察覺天線的存在。
 
圖一、可撓性薄片天線(左);圖二、反射陣列的多段反射(右)
圖一、可撓性薄片天線(左);圖二、反射陣列的多段反射(右)
 
此外,大日本印刷開發了一項可活用5G電波直線性、擴大覆蓋範圍,並採用了超材料(Metamaterial)技術之電波反射板「反射陣列(Reflect Array)」(圖二)。利用此類超材料技術的反射器或透鏡亦稱之為「超穎介面(Metasurface)」,雖然目前已有其他企業先行推出,不過大日本印刷的反射板具有下列特徵:①高度可設計性、②可以選擇反射毫米波的波長、③能控制反射方向或波束(Beam)的發散等。
 
大日本印刷的「反射陣列」由「頻率選擇反射層(Frequency Selective Surfaces)」、「反射方向控制層」、「裝飾層」等三層結構組成,且此三層構造的機能可個別獨立控制。反射不侷限於單次,可透過反射陣列的多段反射將室內基地台或從外部接收的5G電波予以多次反射,如同潛望鏡原理般將特定波束的5G電波引導至特定的場所。
 
另一方面,日本電氣硝子(Nippon Electric Glass)利用電波用透鏡與軟性導波管,開發了一項允許5G無線電波穿越牆壁等障礙物之技術(圖三、圖四)。日本電氣硝子採用了光載無線通訊技術(Radio over Fiber;RoF),新製品可利用做為電波的無電源中繼器(Passive Repeater)或「通道(Tunnel)」。與既有使用電力的中繼器(Active Repeater)差異在於除了無須供電之外,不會破壞偏振波,對於偏振態多工(Polarization Division Multiplexing)或偏振多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output)不會產生不利影響。此外,導波管長度可以延伸至數公尺,故可望將無線電波從地面「穿隧(Tunneling)」至地面下的空間。
 
圖三、使用了電波透鏡之中繼器(左);圖四、中繼器使用示意(右)
圖三、使用了電波透鏡之中繼器(左);圖四、中繼器使用示意(右)
 
日本電氣硝子另一項可涵蓋大範圍收訊圈的技術則為高效率透明天線(圖五)。新開發的天線係將特殊的天線電路設置於具有全球最低相對介電常數(4.0)、介電耗損(0.002)的玻璃基板上。採用玻璃基板的另一優勢是可提升天線的產能,除了適用大型化生產、拼版之外,亦可在同一片基板上製作多個頻帶的天線。此外,透明的外觀設計將可在不影響設置場所美觀與設計的情況下賦予天線功能,可望適用於窗戶、牆壁、顯示器、汽車等場所。
 
對於傳輸「不易到達之5G電波」,應用鏡子的設計則令人耳目一新。ZEON開發了一項可藉由控制透光率在「鏡子」與「顯示器」之間切換的液晶顯示器,與一般鏡子的差異在於---以上為部分節錄內容,完整資料請見下方附檔。

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