武汉理工最新研究成果：石墨烯PCB应用于5G通信毫米波天线阵列

【引言】

印制电路板（PCB）作为电子设备和器件的基础支撑体，被广泛应用在电路、射频和其它电子领域。传统PCB的导体层为金属铜，但是随着电子产品需求量的增加，金属废弃物和电子垃圾正成为一个严重的问题，会导致严重的环境污染。另外，5G通信电子产品对于轻量化、可穿戴性、小型化、亲肤性、化学稳定性等提出了更好的要求。石墨烯宏观薄膜材料相比于金属材料具备轻质、散热快、柔性好、机械稳定性和化学稳定性稳定高的优势，将其应用于PCB制备并加工电子器件，可以满足新一代移动通信器件的需求。

【成果简介】

近期，武汉理工大学湖北省射频与微波研究中心何大平教授和材料科学与工程学院沈杰教授合作开发了一种石墨烯PCB材料并将其应用于5G通信毫米波天线阵列。该实验由宋荣国博士完成，采用纯热压、无粘结剂、无金属的方式首次将石墨烯宏观薄膜与介质材料复合，获得了介电常数和厚度均一稳定的柔性石墨烯PCB材料。通过激光雕刻，可以很容易在石墨烯PCB表面实现图案化处理（图1a），基于此石墨烯PCB材料，作者设计并制作了工作于26GHz的5G通信毫米波天线阵列，该天线阵列具备良好的辐射性能，反射系数为-23.34dB，增益高达11.6dBi（图1b-f）。

【图文导读】

图1. 石墨烯PCB及天线阵列性能

(a) 柔性石墨烯PCB照片；

(b) 石墨烯毫米波天线阵列照片；

(c, d) 石墨烯天线反射系数与增益；

(e, f) 石墨烯天线辐射方向图。

【小结】

该课题首次制备了具有优异电性能和机械稳定的柔性轻质非金属基PCB材料，并在5G通信毫米波天线阵列进行了性能与应用验证。本项工作对于传统金属PCB的替代具有重要意义，为下一代轻量化与柔性化移动通信器件的设计提供了新的思路与方向。

【相关阅读】

Rongguo Song, Xin Zhao, Zhe Wang, et al. Sandwiched Graphene Clad Laminate: A Binder-free Flexible Printed Circuit Board for 5G Antenna Application. Advanced Engineering Materials.

https://doi.org/10.1002/adem.202000451.