เส้นใยบะซอลต์เปิดศักราชใหม่แห่งการสื่อสารความถี่สูง

เมื่อสถานีฐาน 5G มีความหนาแน่นมากขึ้น เสาอากาศโทรศัพท์มือถือมีจำนวนมากขึ้น และเครือข่ายเคเบิลใยแก้วนำแสงขยายวงกว้างขึ้น ข้อกำหนดด้านวัสดุสำหรับอุปกรณ์สื่อสารจึงเปลี่ยนจาก "เพียงพอ" ไปสู่ ​​"สูงสุด" กล่าวคือ การสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำ การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสูง และน้ำหนักเบา การก่อสร้างและต้านทานการเสื่อมสภาพตามวัย
ด้วยคุณสมบัติต่างๆ เช่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ ฉนวนกันความร้อนตามธรรมชาติ และความทนทานต่อสภาพอากาศสูง หินบะซอลต์ เส้นใยนำแสงกำลังเข้ามามีบทบาทในส่วนประกอบหลัก เช่น เสาอากาศสถานีฐาน ชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง และโดมครอบเสาอากาศ แทนที่จะเข้ามาแทนที่วัสดุที่มีอยู่เดิม เส้นใยนำแสงกลับให้ประสิทธิภาพและความคุ้มค่าที่เหนือกว่าสำหรับการใช้งานความถี่สูงและความเร็วสูง

เสาอากาศสถานีฐานและส่วนประกอบ RF

ฝาครอบเสาอากาศและโครงยึดต้องใช้วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียต่ำ เพื่อลดการลดทอนสัญญาณให้น้อยที่สุด ในขณะที่ใยแก้วแบบดั้งเดิมมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกประมาณ 4.8 แต่ใยหินบะซอลต์ที่ได้รับการปรับปรุงองค์ประกอบสามารถลดค่านี้ลงเหลือ 4.0–4.2 โดยลดค่าสัมประสิทธิ์การสูญเสียลงประมาณ 20% ในปี 2025 บริษัท Comba Telecom (Guangzhou) Ltd. ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับ "ฝาครอบเสาอากาศคอมโพสิตเสริมใยหินบะซอลต์ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ" โดยการใช้รูปแบบการวางใยแบบเฉพาะและสารเติมแต่งไมโครสเฟียร์กลวง ทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกลดลงเหลือ 3.8 ในขณะที่ความต้านทานแรงกระแทกสูงกว่าใยแก้วแบบดั้งเดิม วัสดุนี้ได้ผ่านการทดสอบนำร่องในการติดตั้งสถานีฐานขนาดเล็กแล้ว
แผ่นสะท้อนเสาอากาศต้องการความแข็งแกร่งและความคงตัวของขนาดสูง แผ่นสะท้อนที่ทำจากวัสดุผสมใยหินบะซอลต์/โพลียูรีเทน ซึ่งพัฒนาขึ้นจากความร่วมมือระหว่างบริษัทแห่งหนึ่งในเมืองหวยอิง มณฑลเสฉวน และบริษัทหัวเว่ย มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเพียงหนึ่งในสามของโลหะผสมอะลูมิเนียม ทนทานต่อการเสียรูปจากความผันผวนของอุณหภูมิภายนอก และช่วยลดน้ำหนักได้ถึง 40%

ชิ้นส่วนรับแรงของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง

ส่วนประกอบรับแรงภายในสายเคเบิลใยแก้วนำแสงต้องทนต่อแรงดึงทั้งในระหว่างการติดตั้งและการใช้งาน วัสดุแบบดั้งเดิม ได้แก่ ลวดเหล็ก ซึ่งมีน้ำหนักมากและมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิม และเส้นใยอะรามิด ซึ่งมีราคาแพง พลาสติกเสริมใยหินบะซอลต์ ชิ้นส่วนเสริมแรง (BFRP) ได้กลายเป็นทางเลือกที่เหมาะสม ในปี 2025 บริษัท FiberHome Telecommunication Technologies Co., Ltd. ได้รับสิทธิบัตร (CN1195123A) สำหรับ "แกนเสริมแรงสายเคเบิลใยแก้วนำแสงจากหินบะซอลต์และวิธีการผลิต" โดยใช้กระบวนการพัลทรูชัน ทำให้แกนดังกล่าวมีความแข็งแรงดึง 1200 MPa และมีความหนาแน่นเพียงหนึ่งในสี่ของลวดเหล็ก นอกจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนยังตรงกับปลอกสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งช่วยป้องกันการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยที่เกิดจากความผันผวนของอุณหภูมิ ผลิตภัณฑ์นี้ถูกนำไปใช้ในโครงการสายเคเบิลใยแก้วนำแสงข้ามมหาสมุทร ซึ่งการแทนที่ลวดเหล็กช่วยลดน้ำหนักรวมของสายเคเบิลลง 35% และเพิ่มประสิทธิภาพการติดตั้งได้ 20%
บริษัท Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) กำลังพัฒนาสายเคเบิลใยแก้วนำแสงเสริมแรงด้วยเส้นใยบะซอลต์อย่างต่อเนื่อง ข้อมูลการทดลองที่เผยแพร่ในช่วงต้นปี 2026 ระบุว่า สายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบติดตั้งบนเสาที่ใช้แกนเสริมแรง BFRP มีการลดทอนสัญญาณเพิ่มขึ้นน้อยกว่า 0.05 dB/km ในระหว่างการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในช่วง -40°C ถึง 70°C ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าโซลูชันที่ใช้เส้นใยอะรามิด

บรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และช่องตัวกรอง

ตัวกรองและโพรงสำหรับระบบ 5G ต้องการวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีการสูญเสียสัญญาณต่ำ ในขณะที่โลหะเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไป แต่ก็มีข้อจำกัดด้านความแม่นยำในการผลิต ต้นทุนสูง และน้ำหนักมาก วัสดุคอมโพสิตเส้นใยบะซอลต์เคลือบโลหะจึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนโพรงโลหะ ในปี 2025 บริษัท Wuhan Fingu Electronic Technology Co., Ltd. ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับ "วัสดุคอมโพสิตป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากเส้นใยบะซอลต์และการประยุกต์ใช้ในตัวกรอง" โดยกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างชั้นนำไฟฟ้าบนพื้นผิวของผ้าใยบะซอลต์ผ่านการชุบทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้า ตามด้วยการขึ้นรูปด้วยการอัดขึ้นรูปเป็นโพรงตัวกรอง ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าค่า Q-factor ของโพรงในย่านความถี่ 2.6 GHz เทียบได้กับโพรงอะลูมิเนียม ในขณะที่น้ำหนักลดลง 50% และต้นทุนลดลงประมาณ 30%
นอกจากนี้ โครงสร้างรองรับเสาอากาศภายในยังต้องการความแข็งแรงทางไฟฟ้าสูง มีสิทธิบัตรสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่ผสมเส้นใยบะซอลต์กับโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) เพื่อสร้างตัวคั่นที่มีการสูญเสียทางไฟฟ้าต่ำ ซึ่งใช้สำหรับการแยกและรองรับระหว่างแผ่นเสาอากาศ

การบูรณาการความสามารถในการดูดซับและส่งผ่านคลื่น

อุปกรณ์สื่อสารสมัยใหม่ต้องการส่วนประกอบที่ทั้งส่งผ่านคลื่นเพื่อให้สัญญาณผ่านได้ (เช่น เรโดม) และดูดซับคลื่นเพื่อลดสัญญาณรบกวนหรือสิ่งรบกวนที่ไม่ต้องการ (เช่น ภายในโพรง) ด้วยการปรับเปลี่ยนพื้นผิว เส้นใยบะซอลต์สามารถออกแบบให้ทำหน้าที่ทั้งสองอย่างพร้อมกันได้ งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในปี 2025 โดยสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น (SIAT) สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้แสดงให้เห็นถึงการเจริญเติบโตของนาโนอาร์เรย์นิกเกล-โคบอลต์บนพื้นผิวของเส้นใยบะซอลต์ การปรับเปลี่ยนนี้ทำให้เส้นใยมีประสิทธิภาพในการดูดซับคลื่นไมโครเวฟเฉลี่ย 15 dB ในช่วงความถี่ 8–18 GHz ในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแรงทางกลและคุณสมบัติไดอิเล็กตริกต่ำไว้ เส้นใยที่ได้รับการปรับปรุงคุณสมบัติเหล่านี้สามารถผลิตเป็นแผ่นดูดซับคลื่นไมโครเวฟสำหรับใช้บนผนังด้านในของโพรงสถานีฐาน ซึ่งช่วยลดการรบกวนฮาร์มอนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สำหรับโครงสร้างแบบบูรณาการที่โปร่งแสงและดูดซับคลื่นนั้น การออกแบบที่ได้รับการจดสิทธิบัตรใช้โครงสร้างแบบไล่ระดับหลายชั้น โดยชั้นนอกสุดเป็นเส้นใยบะซอลต์/เรซินที่ไม่ผ่านการดัดแปลง (โปร่งแสง) และชั้นในเป็นเส้นใย/เรซินที่ดัดแปลงแล้วเพื่อดูดซับคลื่น ซึ่งขึ้นรูปด้วยการอัดขึ้นรูปแบบบูรณาการ โครงสร้างนี้ช่วยปกป้องเสาอากาศจากการเสื่อมสภาพจากสิ่งแวดล้อมและดูดซับสัญญาณรบกวนที่เหลืออยู่ภายในโพรงไปพร้อมกัน

กรณีศึกษาการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ
1. โดมครอบสถานีฐาน 5G ของ ZTE: ในช่วงต้นปี 2026 ZTE ได้ประกาศทดลองใช้โดมครอบสถานีฐานที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตใยหินบะซอลต์ในการติดตั้งเครือข่าย 5G ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่า เมื่อเทียบกับโดมครอบสถานีฐานไฟเบอร์กลาส (FRP) แบบดั้งเดิม ระยะการครอบคลุมสัญญาณเพิ่มขึ้นประมาณ 8% นอกจากนี้ วัสดุยังไม่พบการเกิดคราบขาวหรือการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลังจากสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกเป็นเวลาหกเดือน
2. สายเคเบิลใยแก้วนำแสง "Basalt Fiber Optical Cable" ของ Hengtong Optic-Electric: ในช่วงปลายปี 2025 Hengtong Optic-Electric ได้เปิดตัวสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบ ADSS (All-Dielectric Self-Supporting) ที่มีแกนเสริมแรงด้วยใยหินบะซอลต์ ออกแบบมาสำหรับสายส่งไฟฟ้าแรงสูง เมื่อเทียบกับสายเคเบิลเสริมแรงด้วยใยอะรามิดแบบดั้งเดิม ผลิตภัณฑ์นี้ช่วยลดต้นทุนได้ประมาณ 15% และเพิ่มความแข็งแรงในการรับแรงดึงได้ 10% และได้รับรางวัลจากการประมูลโครงการสื่อสารโครงข่ายไฟฟ้าในหลายจังหวัดแล้ว
3. ตัวกรองแบบโพรงของ DaFu Technology: ในปี 2025 DaFu Technology ได้ผลิตตัวกรองแบบโพรงที่ทำจากวัสดุผสมใยหินบะซอลต์จำนวนเล็กน้อย เพื่อใช้ในสถานีฐาน 5G ของผู้ผลิตอุปกรณ์รายหนึ่ง ผลตอบรับจากลูกค้าบ่งชี้ว่า น้ำหนักรวมของตัวเครื่องลดลง 1.2 กิโลกรัม และประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีกว่าที่คาดไว้ (ซึ่งทำได้โดยการเพิ่มการนำความร้อนของเส้นใยผ่านการเติมสารตัวเติม)
สามอุปสรรคต่อการนำกลับมาใช้กันอย่างแพร่หลาย
1. ความเสถียรของคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริก ความแปรปรวนระหว่างล็อตของวัตถุดิบหินบะซอลต์ทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของเส้นใยผันผวน (ประมาณ ±0.2) สำหรับชิ้นส่วน RF ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวด จำเป็นต้องมีการคัดกรองวัตถุดิบเพิ่มเติมและการตรวจสอบระหว่างการผลิต ซึ่งทำให้ต้นทุนสูงขึ้น 2. ต้นทุนกระบวนการเคลือบโลหะบนพื้นผิว การชุบทองแดงหรือนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าบนพื้นผิวเส้นใย—ที่ใช้สำหรับโพรงป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า—มีต้นทุนการประมวลผลสูง และการยึดเกาะในระยะยาวระหว่างการเคลือบและเรซินจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม
3. วงจรการรับรองมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ยาวนาน อุปกรณ์โทรคมนาคมต้องผ่านการทดสอบการเข้าถึงเครือข่ายที่ดำเนินการโดยผู้ให้บริการ การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในวัสดุจำเป็นต้องได้รับการรับรองใหม่ กระบวนการนี้อาจใช้เวลา 6 ถึง 12 เดือน ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการนำเทคโนโลยีใหม่มาใช้ได้อย่างรวดเร็ว

ในภาคส่วนอุปกรณ์โทรคมนาคม เส้นใยบะซอลต์กำลังเปลี่ยนจากส่วนรอบนอกมาสู่ส่วนหลัก ตั้งแต่โดมเรดาร์ไปจนถึงชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง และจากโพรงกรองไปจนถึงแผ่นดูดซับคลื่น เส้นใยบะซอลต์ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในโครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารความถี่สูง ด้วยข้อดีที่รวมกันของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ น้ำหนักเบา และทนต่อสภาพอากาศ
อุปสรรคสำคัญสามประการยังคงอยู่ ได้แก่ เสถียรภาพทางไฟฟ้า ต้นทุนการเคลือบโลหะ และวงจรการรับรอง อย่างไรก็ตาม ด้วยการใช้งาน 5G อย่างแพร่หลายและการเริ่มต้นการวิจัยเบื้องต้นสำหรับ 6G ความต้องการวัสดุใหม่ในอุตสาหกรรมโทรคมนาคมจึงเร่งด่วนกว่าที่เคย เส้นใยบะซอลต์มีศักยภาพที่จะกลายเป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยให้การส่งสัญญาณเร็วขึ้นและเสถียรยิ่งขึ้น
แนวโน้มในอนาคต
ประการแรก คือ การกำหนดมาตรฐานของเส้นใยบะซอลต์ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ เนื่องจากเทคโนโลยี 5G และ 6G พัฒนาขึ้น ความต้องการเส้นใยที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำกว่า 4.0 และค่าแทนเจนต์การสูญเสียต่ำกว่า 0.005 จึงเพิ่มสูงขึ้น การแก้ไขปัญหาความสม่ำเสมอระหว่างล็อตการผลิตจะปูทางไปสู่การใช้งานในวงกว้าง
ประการที่สอง การทดแทนชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่มีอยู่เดิม ความต้องการสายเคเบิลใยแก้วนำแสงในประเทศของผมมีปริมาณหลายร้อยล้านกิโลเมตรต่อปี ชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง BFRP (Basalt Fiber Reinforced Polymer) มีข้อดีที่ชัดเจนในด้านต้นทุน น้ำหนัก และความต้านทานการกัดกร่อน ซึ่งมีศักยภาพมหาศาลในการทดแทนสินค้าในตลาด
ประการที่สาม คือ ส่วนประกอบโครงสร้างที่ส่งผ่านและดูดซับคลื่นแบบบูรณาการ การรวมเรโดมและชั้นดูดซับคลื่นภายในเข้าไว้ในชิ้นส่วนขึ้นรูปชิ้นเดียวสามารถลดขั้นตอนการประกอบและลดต้นทุน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก