Funkkommunikation Wie eine Reflexionsfolie die 5G-Kommunikation verbessert

Von Dr. Toshio Enami* und Dipl. -Ing. Ines Stotz

Trends, wie die agile Produktion, verlangen nach flexibler und vereinfachter datentechnischer Anbindung von Maschinen und Anlagen. Hier wird 5G großes Potenzial zugesprochen – was jedoch auch in schwer zu erreichender Umgebung stabil funktionieren muss. Eine Reflexionsfolie hat in ersten Tests die Kommunikation deutlich verbessert.

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Die Reflexionsfolie soll die Transformation im Bereich Automation und IIoT unterstützen, indem sie die Kommunikationsinfrastruktur erheblich verbessert.
Die Reflexionsfolie soll die Transformation im Bereich Automation und IIoT unterstützen, indem sie die Kommunikationsinfrastruktur erheblich verbessert.
(Bild: Sekisui)

Der neue Mobilfunkstandard 5G ist auf dem Vormarsch – und im Hintergrund forschen bereits Festkörperphysiker, Nachrichtentechniker und Telekommunikationsdienste an der sechsten Generation.

Doch die neuen Standards stellen Betreiber von Campusnetzwerken und IIoT-Umgebungen wiederum vor neue Schwierigkeiten: Durch die höheren Frequenzen wird das Signal der Funkwellen schwächer – womit einzelne Bereiche der Umgebung schwerer zu erreichen sind. Damit die hohen Standards und ihre Wirkung aber nicht verloren gehen, braucht es insbesondere an Orten mit hoher Netznutzung eine externe Lösung, um die Physik der Strahlen zu unterstützen.

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Reflexionsfolie verbessert Kommunikation deutlich

Das japanische Chemieunternehmen Sekisui hat dafür eine transparente und flexible Funkwellen-Reflexionsfolie entwickelt. Sie besteht aus einer Metamaterialschicht mit einer Reflexionsstruktur für Hochfrequenz-Radiowellen, einem hochtransparenten Klebstoff, einer speziellen Beschichtung zum Schutz der Folienoberfläche und schließlich einer weiteren transparenten Klebeschicht zur Applikation.

Bringt man die Folie auf einer Oberfläche an – etwa der Wand oder der Decke –, reflektiert und verbreitet sie die Funkwellen und ermöglicht es den 5G- oder 6G-Strahlen, abgeschirmte Bereiche zu erreichen. Die Folie kann die Funkwellen im Sub-6-Bereich (3,6 Gigahertz oder höher) sowie im Millimeterbereich (24 Gigahertz oder höher) reflektieren, um den 5G- und 6G-Frequenzen gerecht zu werden.

In einem ersten Test konnte eine Folie, die 30 m von der Basisstation installiert war, die Funkwellen reflektieren und die Kommunikation innerhalb der Testinfrastruktur deutlich verbessern.

Doch nicht nur im Millimeter-Wellenlängenbereich kann die Folie punkten. Sie ist so designt, dass sie den breiten Bereich von 2 bis 60 Gigahertz reflektieren kann und weist in den Tests eine Gesamtdurchlässigkeit von 95 Prozent auf. Hintergrund für diesen hohen Wert ist die Metamaterialtechnologie eines kanadischen Partners von Sekisui, die Nanomuster aufweist und so eine hohe Reflexion der Folie ermöglicht.

Breites Einsatzgebiet – keine Wartung

Das mögliche Einsatzgebiet der Funkwelle-Reflexionsfolie ist vielfältig: Sie eignet sich für Bürogebäude, IIoT-Umgebungen wie Campusstrukturen von Unternehmen – grundsätzlich für alle Orte, die eine starke Netzabdeckung benötigen. Dank ihrer Flexibilität lässt sich die Folie neben Wänden und Decken auch an Gemälden, Säulen oder anderweitig gekrümmten Flächen anbringen.

Mithilfe der Folie lässt sich eine Kommunikationsumgebung mit sehr geringen Kosten in kurzer Zeit verbessern.

Es zeigt sich: Mithilfe der Folie lässt sich eine Kommunikationsumgebung mit sehr geringen Kosten in kurzer Zeit verbessern. Und es ist effektiver und kostengünstiger als eine Basis- oder Relaisstation zu installieren.

Zwar gelten heutzutage bereits bestehende Millimeterwellen-Reflexionsplatten, die ein auf der Leiterplatte verarbeitetes metamaterielles Kupfermuster aufweisen, als mögliche Lösungsmaßnahme für das Problem der verebbenden Funkwellen. Die Reflexionsfolie von Sekisui hat allerdings den Vorteil, dass sie keinen Einfluss auf das optische Umfeld hat, weil sie eine sehr hohe Transparenz aufweist. Sie lässt sich damit noch deutlich eleganter in das Umfeld integrieren und benötigt auch nach Anbringung keine Wartung mehr.

In Testuntersuchungen hat sich herausgestellt, dass eine Kombination aus Basisstation und angebrachter Reflexionsfolie an geeigneten Orten eine gute Wahl ist, um eine 5G-Umgebung zu errichten.

Technisch betrachtet hat die Reflexionsfolie eine Dicke von etwa 500 µm und eine Flexibilität – also einen Radius der Beugung – von über 300 mm. Das Zielprodukt erzielt einen Reflexionswinkel von bis zu 17 Grad in beide Richtungen der Einstrahlung. Zudem lässt sich die Stärke des Klebers, mit dem die Folie an der Oberfläche angebracht wird, anpassen. Das Produkt wird als Meterware auf einer Rolle geliefert.

Beitrag zur Effizienz und Sicherheit in der Produktion

Die Reflexionsfolie soll die Transformation im Bereich Automation und IIoT unterstützen, indem sie die Kommunikationsinfrastruktur erheblich verbessert.

Doch nicht nur die Effizienz ist ein wichtiges Thema: Je zuverlässiger 5G im Unternehmensnetzwerk oder einer vernetzten Fabrik funktioniert, desto sicherer ist das gesamte System.

Die 5G-Technologie übernimmt wichtige Sicherheitsfunktionen wie etwa den Not-Halt bei robotergesteuerten Maschinen, erkennt kritische Zustände und überwacht Sicherheitseinrichtungen. Damit sorgt die Folie für die Zuverlässigkeit, die Systembetreiber erwarten und benötigen.

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Hohe Umsatzerwartungen

Der Vertrieb von Musterprodukten soll Ende des Jahres 2022 beginnen. Bis zum Jahr 2026 plant Sekisui für diese Produktkategorie ein Umsatzziel von sechs Milliarden Yen – ca. 46 Millionen Euro. Für die nähere Zukunft plant Sekisui, konkrete Einsatzbereiche in Bürogebäuden, Fabriken, Campusnetzwerken, aber auch in Einkaufszentren und im Krankenpflegebereich weiter zu überprüfen und zu testen. Mittelfristig ist auch ein Einsatz an Sportstätten wie Stadien oder Sporthallen, auf modernen Bauernhöfen und sogar in Fernzügen und in der Straßeninfrastruktur denkbar.

* Dr. Toshio Enami, Projektleiter Funkwellen-Reflexionsfolie und Leiter Business Development bei Sekisui

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