Que contient une antenne 5G?

Quels sont les métaux et les autres matières premières composant une antenne 5G? Un lecteur m’a fait parvenir un document technique expliquant les matériaux utilisés, composante par composante. Les antennes 5G transmettent des signaux à haute fréquence, qui sont moins puissants et qui portent moins loin, mais qui permettent de transmettre plus d’information. Les terres rares et les métaux peu courants y abondent, souvent utilisés dans des alliages ou comme dopants pour améliorer la sensibilité et la performance des circuits.

Ce qui suit est une liste simplifiée des matériaux utilisés, répartis par composante du système. Les lecteurs qui veulent en savoir plus peuvent se rapporter au document original, qui est beaucoup plus technique. Il y a une grande variété de métaux, dont certains sont peu courants. Pour plus de clarté, j’ai identifié ceux, peu nombreux, qui appartiennent au groupe des terres rares (les 15 métaux de la série des lanthanides, plus le scandium et l’yttrium) par des astérisques – par exemple, oxyde d’yttrium*. Une antenne 5G est constituée d’une série de petites antennes fonctionnant de concert. Les indications qui suivent s’appliquent parfois aux antennes elles-mêmes, parfois à l’électronique de contrôle.

Antennes : Les antennes 5G doivent à la fois offrir un gain de signal élevé et fonctionner sur une vaste gamme de fréquences. Plusieurs matériaux sont utilisés selon les fabricants, mais à la base, on trouve habituellement des céramiques de pointe contenant du carbonate de baryum, du dioxyde de silicium et de l’oxyde d’yttrium*. On utilise aussi du graphène pour augmenter la bande passante et améliorer la sensibilité aux hautes fréquences. Il est possible d’imprimer une antenne 5G sur un substrat de ferrite (composé de fer doté de propriétés magnétiques particulières) comportant du manganèse et du zinc. Mais les substrats sont souvent des plastiques : sulfure de polyphénylène (PPS), éther de polyphénylène (PPE) et résines conductrices d’électricité résistantes aux UV.

Radôme des antennes : Ces dômes protègent l’antenne proprement dite du vent, de la pluie et de la neige. En principe, ils découragent aussi les oiseaux et les rongeurs de s’y loger. Les radômes ne doivent pas être cassants par temps froid et doivent résister au passage de l’électricité sans nuire au gain de signal. On utilise le plus souvent des plastiques comme le polypropylène, les polycarbonates ou le chlorure de polyvinyle (PVC). La fibre de verre, de même que certaines résines et matériaux composites peuvent aussi être utilisés.

Circuits de micro-ondes : En plus des signaux radio, les antennes 5G utilisent les micro-ondes, peu réglementées et à forte bande passante, pour se transmettre entre elles de grands volumes de données. Les circuits de micro-ondes reposent sur des oscillateurs et des résonateurs utilisant des céramiques de pointe ainsi que des matériaux superconducteurs pour assurer la stabilité du courant et des fréquences. Les isolants utilisés ont des propriétés magnétiques avancées et peuvent comporter des alliages de fer et d’yttrium* ou des ferrites à base de nickel et de zinc, ou à base de lithium. Les substrats sont à base de céramique ou de cristaux liquides.

Amplificateurs : Avant d’être répétés vers l’antenne suivante, les signaux qui ont été captés doivent être amplifiés, sans quoi ils s’affaibliraient en cours de route. L’amplification doit se faire de manière linéaire, c’est-à-dire sans déformer le signal, ce qui n’est pas simple. Le plus souvent, on utilise des semi-conducteurs au nitrure de gallium, mais pour certaines applications et selon la fréquence recherchée, on peut aussi avoir recours à des composés de silicium et de germanium ou au phosphure d’indium. Ce dernier composé offre une meilleure efficacité énergétique.

Câbles : Les câbles électriques doivent offrir un courant stable sous diverses conditions. On utilise du fil de cuivre tressé et étamé (recouvert d’étain). Ces câbles sont gainés de plastique favorisant l’évacuation de la chaleur provoquée par la résistance électrique et contiennent des scellants à base de silicone contenant des composés retardateurs de flammes.

Substrat des circuits imprimés : Les plaques servant de support aux circuits imprimés doivent à la fois ne pas conduire l’électricité, ne pas absorber l’humidité et être bon marché. On utilise ordinairement un mélange de fibre de verre et de polytétrafluoroéthylène (PTFE), mais pour plus de performance, on peut avoir recours aux polyimides, aux polymères à cristaux liquides et à diverses céramiques. D’autres matériaux peuvent aussi être utilisés, comme de l’époxy modifié, des résines phénoliques, de l’éther de polyphénol, de la polyétheréthercétone, du verre et des céramiques flexibles. Un fabricant utilise un matériau laminé contenant de la fibre de verre durcie à la résine et recouverte de chaque côté d’un mince film de cuivre servant d’isolant.

Autres composants : Les composants électroniques utilisés en 5G doivent offrir une excellente transmission du signal dans un format miniaturisé. Ceci exige des ferrites ou des ferrites à spin aux propriétés magnétiques supérieures. Ce sont des alliages de fer contenant des composés comme le tétroxyde de bismuth, l’oxyde d’yttrium*, l’oxyde de cuivre, de carbonate de calcium, l’oxyde de gadolinium*, l’oxyde d’indium, l’oxyde de vanadium ou l’oxyde de manganèse. Le chargement électrique sans fil de antennes repose sur des composés de fer contentant aussi du silicium, du bore, du niobium, du molybdène, du nickel et du cuivre. Les microprocesseurs sont à base de nitrure de gallium.

Que retenir de tout ceci? Les antennes 5G utilisent une grande variété de métaux, bien que les terres rares à proprement parler y soient relativement peu abondantes. Ces métaux sont souvent utilisés en petites quantités dans des alliages complexes ou dans des céramiques, ce qui rend leur recyclage problématique. Les composantes contiennent aussi une grande variété de plastiques, de résines et de fibres composites, dont le recyclage apparaît improbable.

Combien de temps dureront ces équipements? Nul ne le sait vraiment. Nous n’avons pas le recul nécessaire. Comme ils sont exposés aux éléments, leur durée de vie pourrait être de l’ordre de dix ans en principe, mais les dégradations causées par les rongeurs, qui aiment gruger ces éléments et s’en servir comme nid, pourraient réduire leur espérance de vie à peu de chose dans certains cas. Comme ces antennes s’ajoutent au réseau 4G existant et qu’elles sont sensiblement plus nombreuses, la quantité de déchets peu ou pas recyclables, ainsi que la perte de métaux peu communs, pourrait s’avérer importante dans quelques années.

Source :

Sci-Tech Patent Art, Materials Used in 5G Communication