الألياف البازلتية تُبشّر بعصر جديد من الاتصالات عالية التردد

مع ازدياد كثافة محطات الجيل الخامس، وتزايد عدد هوائيات الهواتف المحمولة، وتوسع شبكات كابلات الألياف الضوئية، تتحول متطلبات المواد لمعدات الاتصالات من مجرد "كافية" إلى "متطرفة": فقد عازل منخفض، وحماية كهرومغناطيسية عالية، وخفة وزن بناءومقاومة الشيخوخة.
بفضل خصائص مثل ثابت العزل الكهربائي المنخفض، والعزل الطبيعي، ومقاومة الظروف الجوية القوية، البازلت تجد الألياف الضوئية مكانها في المكونات الأساسية مثل هوائيات محطات البث، وعناصر تقوية الكابلات الضوئية، وأغطية الرادار. وبدلاً من استبدال المواد الموجودة، فإنها توفر توازناً أفضل بين الأداء والفعالية من حيث التكلفة للتطبيقات عالية التردد وعالية السرعة.

هوائيات محطة القاعدة ومكونات الترددات اللاسلكية

تتطلب أغطية الهوائيات وأقواس التثبيت مواد ذات ثابت عزل كهربائي منخفض ومعامل فقد منخفض لتقليل توهين الإشارة. في حين أن الألياف الزجاجية التقليدية لها ثابت عزل كهربائي يبلغ حوالي 4.8، يمكن لألياف البازلت المُحسَّنة تركيبياً أن تخفض هذا الثابت إلى 4.0-4.2، مع انخفاض في معامل الفقد بنسبة 20% تقريباً. في عام 2025، قدمت شركة كومبا تيليكوم (غوانغتشو) المحدودة براءة اختراع لغطاء هوائي مركب مُدعَّم بألياف بازلتية ذات ثابت عزل كهربائي منخفض. وباستخدام أنماط محددة لترتيب الألياف وحشوات من الكريات المجهرية المجوفة، انخفض ثابت العزل الكهربائي إلى 3.8، بينما تجاوزت مقاومة الصدمات مقاومة الألياف الزجاجية التقليدية؛ وقد خضعت هذه المادة بالفعل لاختبارات تجريبية في محطات قاعدية صغيرة.
تتطلب عاكسات الهوائيات صلابة عالية وثباتًا في الأبعاد. يتميز عاكس مركب من ألياف البازلت والبولي يوريثان، تم تطويره من خلال شراكة بين شركة في هواينغ، سيتشوان، وشركة هواوي، بمعامل تمدد خطي يبلغ ثلث معامل تمدد سبائك الألومنيوم. كما أنه يقاوم التشوه في ظل تقلبات درجات الحرارة الخارجية، ويوفر وزنًا أقل بنسبة 40%.

أعضاء قوة كابلات الألياف الضوئية

يجب أن يتحمل عنصر التقوية داخل الكابل الضوئي قوى الشد أثناء التركيب والتشغيل. تشمل المواد التقليدية أسلاك الفولاذ - وهي ثقيلة وعرضة للتآكل - والأراميد، وهو مادة باهظة الثمن. البلاستيك المقوى بألياف البازلت برزت عناصر تقوية الألياف البازلتية المقواة بالبوليمر (BFRP) كبديل مثالي. في عام 2025، حصلت شركة FiberHome Telecommunication Technologies Co., Ltd. على براءة اختراع (CN1195123A) لـ "لب تقوية كابلات الألياف الضوئية المصنوع من البازلت وطريقة تصنيعه". باستخدام عملية السحب، يحقق اللب قوة شد تبلغ 1200 ميجا باسكال وكثافة لا تتجاوز ربع كثافة سلك الفولاذ؛ علاوة على ذلك، يتطابق معامل تمدده الحراري مع معامل غلاف الكابل الضوئي، مما يمنع فقدان الطاقة الناتج عن الانحناءات الدقيقة بسبب تقلبات درجات الحرارة. تم استخدام هذا المنتج في مشروع كابل ضوئي عابر للمحيطات، حيث أدى استبدال سلك الفولاذ إلى تقليل الوزن الإجمالي للكابل بنسبة 35% وزيادة كفاءة التركيب بنسبة 20%.
تعمل شركة Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) أيضاً على تطوير كابلات الألياف الضوئية المقواة بألياف البازلت. وتشير البيانات التجريبية التي نُشرت مطلع عام 2026 إلى أن كابلات الألياف الضوئية الهوائية التي تستخدم لبًا مقوى بألياف البازلت المقواة أظهرت توهينًا إضافيًا أقل من 0.05 ديسيبل/كم خلال اختبارات التدوير الحراري التي تراوحت بين -40 درجة مئوية و70 درجة مئوية، متفوقةً بذلك على الحلول القائمة على ألياف الأراميد.

التغليف الإلكتروني وتجاويف الترشيح

تتطلب مرشحات وتجاويف شبكات الجيل الخامس مواد ذات موصلية كهربائية عالية وفقدان إشارة منخفض. ورغم استخدام المعادن تقليديًا، إلا أنها تتطلب دقة تصنيع عالية، وتكاليف باهظة، ووزنًا كبيرًا. توفر مركبات ألياف البازلت المعدنية بديلاً عمليًا للتجاويف المعدنية. في عام 2025، قدمت شركة ووهان فينغو للتكنولوجيا الإلكترونية المحدودة براءة اختراع لـ "مادة مركبة للحماية الكهرومغناطيسية قائمة على ألياف البازلت وتطبيقها في المرشحات"؛ وتتضمن العملية تشكيل طبقة موصلة على سطح نسيج ألياف البازلت عبر طلاء نحاسي غير كهربائي، يليه تشكيل بالضغط في تجويف المرشح. تُظهر الاختبارات أن عامل الجودة (Q) للتجويف في نطاق تردد 2.6 جيجاهرتز يُضاهي عامل الجودة لتجاويف الألومنيوم، مع انخفاض الوزن بنسبة 50% والتكاليف بنسبة 30% تقريبًا.
بالإضافة إلى ذلك، تتطلب هياكل دعم الهوائيات الداخلية قوة عزل كهربائي عالية. وتوجد براءات اختراع لمواد مركبة تجمع بين ألياف البازلت ومتعدد رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE) لإنشاء فواصل ذات فقد منخفض للعزل الكهربائي تُستخدم للعزل والدعم بين لوحات الهوائيات.

دمج قدرات امتصاص الموجات ونقلها

تتطلب معدات الاتصالات الحديثة مكوناتٍ ناقلة للموجات للسماح بمرور الإشارات (مثل أغطية الرادار) وممتصة لها لكبح الإشارات غير المرغوب فيها أو التشويش (كما هو الحال داخل التجاويف). ومن خلال تعديل سطح ألياف البازلت، يمكن هندستها لأداء هاتين الوظيفتين معًا. وقد أظهر بحثٌ نُشر عام 2025 من قِبل معهد شنتشن للتكنولوجيا المتقدمة (SIAT) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، نموّ مصفوفات نانوية من النيكل والكوبالت على سطح ألياف البازلت. وقد منح هذا التعديل الألياف أداءً متوسطًا في امتصاص الموجات الميكروية يبلغ 15 ديسيبل في نطاق التردد 8-18 جيجاهرتز، مع الحفاظ على قوتها الميكانيكية وخصائصها العازلة المنخفضة. ويمكن تصنيع هذه الألياف المُعدّلة وظيفيًا على شكل رقع ماصة للموجات الميكروية لتطبيقها على الجدران الداخلية لتجاويف محطات البث، مما يساهم بفعالية في كبح التداخل التوافقي.
فيما يتعلق بالهياكل المتكاملة الشفافة والماصة للأمواج، يستخدم تصميم حاصل على براءة اختراع تكوينًا متدرجًا متعدد الطبقات: طبقة خارجية من ألياف/راتنج البازلت غير المعدل (شفافة للأمواج) وطبقة داخلية من ألياف/راتنج معدل ماص للأمواج، يتم تشكيلها عبر قولبة الضغط المتكاملة. يحمي هذا الهيكل الهوائي من التلف البيئي ويمتص التشويش المتبقي داخل التجويف في آن واحد.

حالات تطبيقية عملية
1. أغطية محطات ZTE الأساسية لشبكات الجيل الخامس: في أوائل عام 2026، أعلنت ZTE عن تجربة استخدام أغطية مصنوعة من ألياف البازلت المركبة في نشر شبكة الجيل الخامس. أشارت نتائج الاختبارات إلى أنه بالمقارنة مع أغطية الألياف الزجاجية التقليدية، زاد نطاق تغطية الإشارة بنسبة 8% تقريبًا؛ علاوة على ذلك، لم تُظهر المادة أي تشققات سطحية أو تدهور في الخصائص العازلة بعد ستة أشهر من التعرض للهواء الطلق.
٢. كابل الألياف الضوئية البازلتية من شركة هينغتونغ للبصريات الكهربائية: في أواخر عام ٢٠٢٥، أطلقت شركة هينغتونغ للبصريات الكهربائية كابلًا ضوئيًا من نوع ADSS (عازل كهربائيًا ذاتيًا) يتميز بنواة معززة بألياف البازلت، وهو مصمم لخطوط نقل الطاقة العلوية. بالمقارنة مع الكابلات التقليدية المعززة بالأراميد، يوفر هذا المنتج انخفاضًا في التكلفة بنسبة ١٥٪ تقريبًا وزيادة في قوة الشد بنسبة ١٠٪؛ وقد فاز بالفعل بعطاءات لمشاريع اتصالات شبكة الطاقة في العديد من المحافظات.
3. تجاويف ترشيح دافو تكنولوجي: في عام 2025، أنتجت دافو تكنولوجي دفعة صغيرة من تجاويف ترشيح مركبة من ألياف البازلت لاستخدامها في محطات قاعدة الجيل الخامس التابعة لشركة مصنعة محددة للمعدات. أشارت ملاحظات العملاء إلى انخفاض في الوزن الإجمالي للوحدة بمقدار 1.2 كجم، وأداء أفضل من المتوقع في تبديد الحرارة (تم تحقيقه من خلال تحسين الموصلية الحرارية للألياف بإضافة مواد مالئة).
ثلاث عقبات أمام التبني الواسع النطاق
1. استقرار الخصائص العازلة: تؤدي الاختلافات بين دفعات المواد الخام البازلتية إلى تقلبات في ثابت العزل الكهربائي للألياف (حوالي ±0.2). بالنسبة لمكونات الترددات الراديوية ذات المواصفات الدقيقة، يتطلب ذلك فحصًا إضافيًا للمواد الخام وفحصًا أثناء عملية الإنتاج، مما يزيد التكاليف. 2. تكاليف عملية التمعدن السطحي: يتطلب طلاء أسطح الألياف بالنحاس أو النيكل غير الكهربائي - المستخدم في تجاويف الحماية الكهرومغناطيسية - تكاليف معالجة عالية، كما يتطلب الالتصاق طويل الأمد بين الطلاء والراتنج مزيدًا من التحقق.
3. دورات اعتماد طويلة في القطاع. يجب أن تجتاز معدات الاتصالات اختبارات الوصول إلى الشبكة التي تجريها شركات الاتصالات؛ وأي تغيير في المواد يستلزم إعادة الاعتماد. قد تستغرق هذه العملية من 6 إلى 12 شهرًا، مما يعيق التبني السريع للتقنيات الجديدة.

في قطاع معدات الاتصالات، ينتقل استخدام ألياف البازلت من الأطراف إلى المركز. فمن أغطية الرادار إلى عناصر تقوية الكابلات الضوئية، ومن تجاويف الترشيح إلى الرقع الماصة للموجات، فقد حجزت مكانة بارزة في البنية التحتية للاتصالات عالية التردد بفضل مزاياها المتعددة من حيث الخصائص العازلة المنخفضة، وخفة الوزن، ومقاومة العوامل الجوية.
لا تزال هناك ثلاث عقبات رئيسية: استقرار العازل الكهربائي، وتكاليف التمعدن، ودورات الاعتماد. ومع ذلك، ومع التوسع الكبير في نشر شبكات الجيل الخامس (5G) وبدء الأبحاث التمهيدية لشبكات الجيل السادس (6G)، أصبح طلب قطاع الاتصالات على مواد جديدة أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى. وتتمتع ألياف البازلت بإمكانية أن تصبح خيارًا رئيسيًا لتمكين نقل الإشارات بشكل أسرع وأكثر استقرارًا.
التوقعات المستقبلية
أولاً، توحيد معايير ألياف البازلت ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض. مع تطور تقنيات الجيل الخامس والسادس، يتزايد الطلب على الألياف ذات ثابت عزل كهربائي أقل من 4.0 ومعامل فقد أقل من 0.005؛ وسيؤدي حل مشكلات التناسق بين الدفعات إلى تمهيد الطريق لتطبيقات واسعة النطاق.
ثانيًا، استبدال عناصر تقوية كابلات الألياف الضوئية الحالية. يصل الطلب السنوي لبلدي على كابلات الألياف الضوئية إلى مئات الملايين من الكيلومترات من الألياف؛ توفر عناصر تقوية BFRP (البوليمر المقوى بألياف البازلت) مزايا واضحة من حيث التكلفة والوزن ومقاومة التآكل، مما يمثل إمكانات هائلة لاستبدال السوق.
ثالثًا، المكونات الهيكلية المتكاملة لنقل وامتصاص الموجات. إن دمج غطاء الرادار والطبقة الداخلية الماصة للموجات في قطعة مصبوبة واحدة يمكن أن يقلل من خطوات التجميع ويخفض التكاليف، مما يجعله مثاليًا للإنتاج بكميات كبيرة.