5G-Reflexionsfolie für IIoT und Campusnetze

Transparent & Flexibel

Während 6G noch Zukunftsmusik ist, stellt 5G schon die Betreiber von IIoT-Campusumgebungen und Smart Factories vor Probleme: Durch die neuen, höheren Frequenzen verringert sich die Signalstärke, wodurch manche Bereiche der IIoT-Umgebung nicht mehr zuverlässig vom Netz abgedeckt sind.Es braucht Unterstützung von externen Lösungen, um das Potential der neuen Mobilfunkstandards nicht einzuschränken - und die Physik der Strahlen zu unterstützen.
 Die Reflexionsfolie weist in ersten Tests eine zuverlässige Reflexion und hohe Lichtdurchlässigkeit auf.
Die Reflexionsfolie weist in ersten Tests eine zuverlässige Reflexion und hohe Lichtdurchlässigkeit auf.Bild: Sekisui Chemical GmbH

Das japanische Chemieunternehmen Sekisui hat zu diesem Zweck eine transparente und flexible Folie entwickelt, die Hochfrequenz-Radiowellen reflektieren kann. Die Folie besteht aus einer Metamaterialschicht, einem hochtransparenten Klebstoff, einer speziellen Beschichtung zum Schutz der Folienoberfläche und schließlich einer weiteren, speziellen Klebeschicht, mit der die Folie befestigt wird. Bringt man die Folie auf einer Oberfläche an – etwa der Wand oder der Decke -, reflektiert sie die Funkwellen und ermöglicht es den 5G- oder 6G-Strahlen, abgeschirmte Bereiche in Gebäuden und Fabriken zu erreichen, zu denen die Strahlen aus der Basis- oder Relaisstation nicht durchdringen. Die Folie kann die Funkwellen im Sub-6-Bereich (3,6GHz oder höher) sowie im Millimeterbereich (24GHz oder höher) reflektieren, um den 5G- und 6G-Frequenzen gerecht zu werden.

 Die Folie verfügt über eine eine Dicke von etwa 500m und einen Beugungsradius von über 300mm.
Die Folie verfügt über eine eine Dicke von etwa 500m und einen Beugungsradius von über 300mm.Bild: Sekisui Chemical GmbH

500m Dicke und hoher Reflexionswinkel

Allerdings geht der Anwendungsbereich noch etwas weiter: Die Folie kann im breiten Bereich von 2 bis 60GHz eingesetzt werden – hier zeigt sie in den Tests eine zuverlässige Reflexion und eine Lichtdurchlässigkeit von 95 Prozent. Die Grundlage für diesen Wert ist eine Metamaterialtechnologie von Sekisuis kanadischem Partner Meta Materials, die Nanomuster aufweist, wodurch die hohe Reflexion der Folie erst möglich wird. Die Reflexionsfolie hat eine Dicke von etwa 500m und einen Beugungsradius von über 300mm – ein Wert, der hohe Flexibilität bestätigt. Das fertige Produkt erzielt, wenn es installiert ist, einen Reflexionswinkel von 17° in beide Richtungen der Einstrahlung. In einem ersten Test mit einem Prototyp konnte ein Exemplar der Folie die Funkwellen verlässlich reflektieren, obwohl sie 30m von der Basisstation entfernt angebracht war. Die Idee für die Entwicklung geht auf ein ursprüngliches Problem der Funkwellen zurück: Millimeterwellen haben zwar eine hohe Übertragungskapazität, aber auch eine starke Richtwirkung. Das bedeutet, dass die Sub-6- oder Millimeterwellen, sobald sie ein Objekt wie ein Gebäude erreichen, auf dessen Oberfläche absorbiert werden. Sie können nicht ausweichen, wenn sich Störfaktoren wie Säulen oder Wände in ihrer Strahlrichtung befinden. Selbst wenn die Welle das Objekt dennoch erreicht, wird sie stark abgeschwächt, so dass die Kommunikationsqualität darunter leidet. Die Reflexionsfolie löst dieses Problem – und bringt einen wichtigen Vorteil mit: Die reflektierende Folie ist eine kostengünstigere Lösung als die Installation einer Basis- oder Relaisstation.

Bild: Sekisui Chemical GmbH

Unterstützung bei der Sicherheit

Es gibt viele verschiedene Anwendungsbereiche für die funkwellenreflektierende Folie: Sie eignet sich für Unternehmenscampus-Strukturen, aber auch für intelligente Fabriken – grundsätzlich für alle Orte, die mit dem IIoT arbeiten und daher eine zuverlässige 5G-Netzabdeckung benötigen. Gerade in vollautomatisierten Fabrikumgebungen ist Sicherheit ein großes Thema: Je zuverlässiger 5G in einer vernetzten Fabrik funktioniert, desto sicherer ist das gesamte System. In diesem Zusammenhang übernimmt 5G wichtige Sicherheitsfunktionen im Fabriknetz: Sie sorgt für Notstopps bei von Robotern gesteuerten Maschinen, erkennt kritische Zustände und überwacht Sicherheitseinrichtungen. Die reflektierende Folie unterstützt die Zuverlässigkeit der gesamten intelligenten Umgebung und sorgt für eine Verlässlichkeit, die sich Anlagenbetreiber wünschen. Ein weiterer Vorteil der reflektierenden Folie kann ein entscheidender Faktor werden: Intelligente Fabriken und Campusnetzwerke benötigen oft ein privates 5G-Kommunikationsnetz. Zum einen, um die alltägliche Arbeit zu steuern, zum anderen aber auch, um Geschäftsgeheimnisse und kritische Daten zu sichern. Aufgrund Ihrer Eigenschaften kann die reflektierende Folie somit auch zur Sicherheit bei privaten Netzwerkumgebungen von Smart Factories und Campus-Netzwerken beitragen.

Betrieb ohne Stromanschluss

Ein grundlegender Vorteil der Neuentwicklung ist, dass sich die Folie, die als Meterware auf einer Rolle geliefert wird, sehr einfach anbringen lässt. Die Stärke des Klebers, durch den die Folie an der Oberfläche haftet, ist anpassbar. Die Folie lässt sich an Wänden und Decken, aber auch auf Bilderrahmen, an Säulen oder anderen gekrümmten Flächen anbringen. Nachdem die Folie einmal klebt, bedarf es keiner Wartung mehr und – anders als bei Relaisstationen – braucht sie keinen Stromanschluss. Es zeigt sich: Mithilfe der Folie lässt sich eine Kommunikationsumgebung mit geringen Kosten in kurzer Zeit verbessern. Die Folie einzusetzen ist wesentlich effektiver und kostengünstiger. 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 hat allerdings den Vorteil, dass sie keinen Einfluss auf das optische Umfeld hat, weil sie eine sehr hohe Transparenz aufweist. Sie lässt sich damit deutlich eleganter in das Umfeld integrieren. In Testuntersuchungen hat sich herausgestellt, dass eine Kombination aus Basisstation und angebrachter Reflexionsfolie an den passenden Orten die günstigste Wahl ist, eine 5G-Umgebung zu errichten.

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