Włókna bazaltowe zapowiadają nową erę komunikacji o wysokiej częstotliwości

W miarę jak stacje bazowe 5G stają się gęstsze, anteny telefonów komórkowych liczniejsze, a sieci światłowodowe bardziej rozległe, wymagania materiałowe stawiane sprzętowi komunikacyjnemu zmieniają się z zaledwie „wystarczających” na „ekstremalne”: niskie straty dielektryczne, wysokie ekranowanie elektromagnetyczne, niewielka masa Budowai odporność na starzenie.
Dzięki takim właściwościom jak niska stała dielektryczna, naturalna izolacja i wysoka odporność na warunki atmosferyczne, Bazalt Światłowód znajduje swoje miejsce w podstawowych komponentach, takich jak anteny stacji bazowych, wzmocnienia kabli optycznych i kopułki radarów. Zamiast zastępować istniejące materiały, oferuje on lepszą równowagę między wydajnością a opłacalnością w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości i dużej prędkości.

Anteny stacji bazowych i komponenty RF

Osłony anten i uchwyty montażowe wymagają materiałów o niskiej stałej dielektrycznej i niskim tangensie strat, aby zminimalizować tłumienie sygnału. Podczas gdy tradycyjne włókno szklane ma stałą dielektryczną około 4,8, włókno bazaltowe zoptymalizowane pod względem składu może obniżyć ją do 4,0–4,2, przy około 20% redukcji tangensa strat. W 2025 roku firma Comba Telecom (Guangzhou) Ltd. złożyła wniosek patentowy na „kompozytową osłonę anteny wzmocnioną włóknem bazaltowym o niskiej dielektryczności”. Dzięki zastosowaniu specyficznych wzorów ułożenia włókien i wypełniaczy w postaci pustych mikrokulek, stała dielektryczna została obniżona do 3,8, a odporność na uderzenia przewyższyła odporność tradycyjnego włókna szklanego; materiał ten przeszedł już testy pilotażowe w małych partiach stacji bazowych.
Odbłyśniki antenowe wymagają wysokiej sztywności i stabilności wymiarowej. Odbłyśnik z kompozytu włókna bazaltowego i poliuretanu, opracowany we współpracy firmy z Huaying w Syczuanie i Huawei, charakteryzuje się współczynnikiem rozszerzalności liniowej wynoszącym zaledwie jedną trzecią współczynnika rozszerzalności liniowej stopu aluminium. Jest odporny na odkształcenia pod wpływem wahań temperatury zewnętrznej i oferuje 40% redukcję masy.

Elementy wytrzymałościowe kabla światłowodowego

Element wzmacniający w kablu optycznym musi wytrzymać siły rozciągające zarówno podczas instalacji, jak i eksploatacji. Tradycyjne materiały obejmują drut stalowy – który jest ciężki i podatny na korozję – oraz aramid, który jest drogi. Tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem bazaltowym Elementy wzmacniające z włókna szklanego (BFRP) stały się idealną alternatywą. W 2025 roku firma FiberHome Telecommunication Technologies Co., Ltd. uzyskała patent (CN1195123A) na „bazaltowy rdzeń wzmacniający kabel optyczny i metodę jego wytwarzania”. Wykorzystując proces pultruzji, rdzeń osiąga wytrzymałość na rozciąganie 1200 MPa i gęstość zaledwie ćwierć gęstości drutu stalowego; ponadto jego współczynnik rozszerzalności cieplnej jest taki sam jak w powłoce kabla optycznego, co zapobiega stratom wynikającym z mikrozgięć spowodowanych wahaniami temperatury. Produkt ten został wdrożony w transoceanicznym projekcie kabla optycznego, gdzie wymiana drutu stalowego zmniejszyła całkowitą masę kabla o 35% i zwiększyła wydajność instalacji o 20%.
Firma Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) również rozwija rozwój kabli optycznych wzmacnianych włóknami bazaltowymi. Dane eksperymentalne opublikowane na początku 2026 roku wskazują, że napowietrzne kable optyczne z rdzeniami wzmacniającymi BFRP charakteryzowały się dodatkowym tłumieniem mniejszym niż 0,05 dB/km podczas testów cykli termicznych w zakresie od -40°C do 70°C, przewyższając rozwiązania oparte na aramidzie.

Opakowania elektroniczne i komory filtracyjne

Filtry i wnęki filtracyjne 5G wymagają materiałów o wysokiej przewodności elektrycznej i niskiej utracie sygnału. Chociaż metale są tradycyjnie stosowane, wiążą się one z wysoką precyzją przetwarzania, wysokimi kosztami i znaczną masą. Metalizowane kompozyty z włókien bazaltowych stanowią realną alternatywę dla wnęk metalowych. W 2025 roku firma Wuhan Fingu Electronic Technology Co., Ltd. złożyła wniosek patentowy na „kompozytowy materiał ekranujący na bazie włókien bazaltowych i jego zastosowanie w filtrach”; proces ten polega na formowaniu warstwy przewodzącej na powierzchni tkaniny z włókien bazaltowych poprzez bezprądowe miedziowanie, a następnie formowaniu tłocznym wnęki filtru. Testy pokazują, że współczynnik dobroci wnęki w paśmie częstotliwości 2,6 GHz jest porównywalny ze współczynnikiem dobroci wnęk aluminiowych, a jednocześnie masa jest zmniejszona o 50%, a koszty o około 30%.
Ponadto wewnętrzne konstrukcje wsporcze anten wymagają wysokiej wytrzymałości dielektrycznej. Istnieją patenty na kompozyty łączące włókna bazaltowe z politetrafluoroetylenem (PTFE) w celu stworzenia przekładek o niskiej stratności dielektrycznej, stosowanych do izolacji i podparcia między płytkami antenowymi.

Integracja zdolności pochłaniania i przesyłania fal

Współczesny sprzęt komunikacyjny wymaga komponentów, które jednocześnie transmitują fale, aby umożliwić przepływ sygnału (takich jak osłony anten radiolokacyjnych), oraz pochłaniają fale, aby tłumić niepożądane sygnały lub zakłócenia (na przykład w komorach). Dzięki modyfikacji powierzchni włókna bazaltowe można zaprojektować tak, aby pełniły obie te funkcje jednocześnie. Badania opublikowane w 2025 roku przez Instytut Zaawansowanych Technologii w Shenzhen (SIAT) Chińskiej Akademii Nauk wykazały wzrost nanomacierzy niklowo-kobaltowych na powierzchni włókien bazaltowych. Ta modyfikacja nadała włóknom średnią zdolność absorpcji mikrofal na poziomie 15 dB w zakresie częstotliwości 8–18 GHz, przy jednoczesnym zachowaniu ich wytrzymałości mechanicznej i niskich właściwości dielektrycznych. Te funkcjonalizowane włókna można przekształcić w pochłaniające mikrofale łatki do nanoszenia na wewnętrzne ścianki komór stacji bazowych, skutecznie tłumiąc zakłócenia harmoniczne.
W przypadku zintegrowanych struktur przepuszczających fale i pochłaniających fale, opatentowana konstrukcja wykorzystuje wielowarstwową konfigurację gradientową: zewnętrzną warstwę z niemodyfikowanego włókna bazaltowego/żywicy (przepuszczającą fale) oraz wewnętrzną warstwę z modyfikowanego włókna/żywicy pochłaniającej fale, formowaną metodą formowania ciśnieniowego. Struktura ta jednocześnie chroni antenę przed degradacją środowiskową i pochłania zakłócenia szczątkowe w komorze.

Praktyczne przypadki zastosowań
1. Osłony radarowe stacji bazowych ZTE 5G: Na początku 2026 roku firma ZTE ogłosiła testowe zastosowanie osłon radarowych z kompozytu włókien bazaltowych w sieci 5G. Wyniki testów wykazały, że w porównaniu z konwencjonalnymi osłonami radarowymi z włókna szklanego (FRP), zasięg sygnału wzrósł o około 8%; ponadto materiał nie wykazywał kredowania powierzchni ani degradacji właściwości dielektrycznych po sześciu miesiącach ekspozycji na warunki zewnętrzne.
2. Hengtong Optic-Electric „Kabel światłowodowy bazaltowy”: Pod koniec 2025 roku firma Hengtong Optic-Electric wprowadziła na rynek kabel optyczny ADSS (All-Dielectric Self-Supporting) z rdzeniem wzmacniającym z włókna bazaltowego, przeznaczony do napowietrznych linii energetycznych. W porównaniu z konwencjonalnymi kablami wzmocnionymi aramidem, produkt ten oferuje redukcję kosztów o około 15% i 10% wzrost wytrzymałości na rozciąganie; wygrał już przetargi na projekty komunikacji sieci energetycznych w wielu prowincjach.
3. Komory filtracyjne DaFu Technology: W 2025 roku firma DaFu Technology wyprodukowała niewielką partię komór filtracyjnych z kompozytu włókien bazaltowych do zastosowania w stacjach bazowych 5G konkretnego producenta sprzętu. Opinie klientów wskazywały na redukcję całkowitej masy urządzenia o 1,2 kg oraz lepszą niż oczekiwano wydajność rozpraszania ciepła (osiągniętą dzięki zwiększeniu przewodności cieplnej włókna poprzez dodanie wypełniaczy).
Trzy przeszkody na drodze do powszechnego przyjęcia
1. Stabilność właściwości dielektrycznych. Różnice w składzie surowców bazaltowych między partiami prowadzą do wahań stałej dielektrycznej włókien (około ±0,2). W przypadku komponentów RF o rygorystycznych specyfikacjach, wymaga to dodatkowej kontroli surowców i inspekcji na linii produkcyjnej, co podnosi koszty. 2. Koszty procesu metalizacji powierzchni. Bezprądowe miedziowanie lub niklowanie powierzchni włókien – stosowane do produkcji wnęk ekranujących pole elektromagnetyczne – wiąże się z wysokimi kosztami przetwarzania, a długotrwała przyczepność powłoki do żywicy wymaga dalszej walidacji.
3. Długie cykle certyfikacji branżowej. Sprzęt telekomunikacyjny musi przejść testy dostępu do sieci przeprowadzane przez operatorów; każda zmiana materiałów wymaga ponownej certyfikacji. Proces ten może trwać od 6 do 12 miesięcy, co utrudnia szybkie wdrażanie nowych technologii.

W sektorze urządzeń telekomunikacyjnych włókna bazaltowe przesuwają się z peryferii do rdzenia. Od osłon radarowych po elementy wzmacniające kable optyczne, od wnęk filtrujących po łaty pochłaniające fale, zapewniły sobie znaczącą pozycję w infrastrukturze komunikacyjnej wysokich częstotliwości dzięki połączeniu zalet niskich właściwości dielektrycznych, lekkości i odporności na warunki atmosferyczne.
Pozostają trzy główne przeszkody: stabilność dielektryczna, koszty metalizacji i cykle certyfikacji. Jednak wraz z intensywnym wdrażaniem technologii 5G i rozpoczęciem wstępnych badań nad technologią 6G, zapotrzebowanie branży telekomunikacyjnej na nowe materiały jest pilniejsze niż kiedykolwiek. Włókna bazaltowe mają potencjał, aby stać się kluczowym materiałem umożliwiającym szybszą i stabilniejszą transmisję sygnału.
Perspektywy na przyszłość
Po pierwsze, standaryzacja włókien bazaltowych o niskiej dielektryczności. Wraz z rozwojem technologii 5G i 6G rośnie zapotrzebowanie na włókna o stałej dielektrycznej poniżej 4,0 i tangensie stratności poniżej 0,005; rozwiązanie problemów z spójnością między partiami utoruje drogę do zastosowań na dużą skalę.
Po drugie, wymiana istniejących elementów wzmacniających kable optyczne. Roczne zapotrzebowanie mojego kraju na kable optyczne wynosi setki milionów kilometrów włókien; elementy wzmacniające BFRP (polimer wzmacniany włóknem bazaltowym) oferują wyraźne korzyści pod względem kosztów, wagi i odporności na korozję, co stwarza ogromny potencjał dla zastąpienia ich na rynku.
Po trzecie, zintegrowane elementy konstrukcyjne transmitujące i pochłaniające fale. Zintegrowanie osłony radaru i wewnętrznej warstwy pochłaniającej fale w jeden formowany element pozwala skrócić etapy montażu i obniżyć koszty, co czyni go idealnym rozwiązaniem do produkcji masowej.