電磁波頻率越高，則波長越短。我國的5G初始中頻頻段為3.3-3.6GHz和4.8-5GHz兩個頻段，24.75-27.5GHz、37-42.5GHz高頻頻段正在征集意見；而國際上主要使用28GHz進行試驗。這意味著5G通訊采用毫米波波段。電磁波的波長越短，繞射能力就越差，傳播過程中的電磁波的衰減也越大，意味著5G通訊的電磁波覆蓋能力和傳輸信號強度相對于4G通訊時代的大幅度下降，材料方面就需要我們調控介電性能以降低此影響。
麥克斯韋方程組是電磁學的基礎方程組，也是聯系電磁學和材料介電常數的紐帶。根據麥克斯韋方程組及其推導，改性塑料電性能對電磁信號傳輸特性影響表現在四個方面：
- 介電常數與電磁信號傳輸速度ν的關系
式中，ν為電磁信號傳輸速度， 為介電常數。μ為磁導率。
上式表明，材料的介電常數值越高，電磁信號傳輸速度越小。
- 介電常數與電磁信號延遲Td的關系
式中，Td為信號傳輸延遲時間，L為信號傳輸的長度；c為光速。
上式表明，材料的介電常數值越高，電磁信號的延遲越顯著。
- 傳輸信號損失與電性能的關系
式中，αD為傳輸損失； k是常數；f為電磁波頻率；c為光速；εr是材料介電常數；tanδ為介電損耗。
上式表明，介電常數值越高，電磁信號的傳輸損失越高。
- 介電常數與天線長度的關系
式中，λ為電磁信號在天線中傳輸的波長； λ0為電磁信號在真空中的波長。
上式表明，介電常數值越高，電磁信號在天線中傳輸的波長越高。而根據天線特性，天線長度應與波長λ成正比，大約在λ的1/10~1/4之間。
5G通訊采用毫米波電磁信號，天線的長度也跟著縮短成毫米級，智能終端多采用多個天線陣列以保證信號傳輸。不過，天線特性要求，多天線陣列要求天線之間的距離保持在半個波長以上。調整和控制天線材料的介電常數εr即可控制智能終端中天線陣列的容量與排列方式。
從上面的分析可知，改性塑料的介電常數對5G通訊毫米波的信號傳輸速度、信號延遲、信號損失等的影響很大，降低改性塑料的介電常數有利于提高智能終端的信號傳輸速度、降低信號延遲、減少信號損失。因此，低介電常數改性塑料蓄勢待發，研究、設計并制備各行各業適用的低介電常數改性塑料迫在眉睫。
低介電常數改性塑料的六大應用領域：
- 5G基站、微基站系統的殼體和包覆、防護材料；
- 數據通訊終端、多媒體終端等智能終端的殼體、中框等支撐、包覆、防護材料；
- 天線與射頻模塊包覆、防護材料；
- VR、AR等可穿戴設備的外殼、中框等防護、包覆材料；
- 智慧生態物聯網、車聯網中各元素的殼體、框架等支撐、防護材料；
- 工業自動化、遠程醫療、自動駕駛的儀器與設備的殼體與框架材料。
改性塑料為多成分并經過高溫物理化學過程的復合材料，降低其介電常數的途徑很多，最常用的例如：
- 選擇介電常數較低的樹脂例如PPO、PS、POK等作為基材或者作為合金成分；
- 增強纖維采用低介電常數品種；例如最常用的玻璃纖維的介電常數6-7左右，目前市場已有介電常數為4-5的低介電玻璃纖維出現；
- 配方設計時盡量選擇低介電常數的助劑，例如增韌劑盡可能采用POE、SEBS等，潤滑劑盡可能采用PE蠟、PTFE蠟粉等；
- 配方中引入低介電常數填充料，例如云母粉、高嶺土等；
- 通過添加特殊成分或生產工藝改變材料的微觀拓撲結構與形態；
- 空氣的介電常數近似1，改性塑料中引入納米或微米級的微孔可以顯著降低材料的介電常數。
以低介電常數改性塑料為基礎，結合LDS技術、3D打印技術、NMT技術等新工藝技術，改性塑料必將更好更快的支持和響應智慧生態的到來。必須強調的是，5G時代，改性塑料設計人員既要關注改性塑料的力學性能、耐熱性和加工性能，又要關注并協調材料的介電性能，才能設計和制備出滿足萬物互聯生態智慧的材料。
材料產業也迎來了5G新時代，在應用端手機、基站、物聯網、汽車等硬件載體都將對5G新材料有更多的需求和更高的要求。歡迎長按下方二維碼加入艾邦5G材料交流群進行交流，共謀發展進步！
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