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Verbundwerkstoffe und 5G-Frequenzen

Die 5G-Technologie verbessert zwar zweifellos die globalen Verbindungsmöglichkeiten, hat aber aufgrund ihrer betrieblichen Anforderungen auch Herausforderungen für die Hersteller von Telekommunikationsgeräten geschaffen. Beispielsweise werden mit 5G viel höhere Frequenzen als mit 4G verwendet, und Signale können bestimmte Materialien nicht leicht durchdringen und können leicht gestört werden, was zu Signaldämpfungsproblemen geführt hat. Hier erörtert Juha Pesonen, Leiter des Segments Telekommunikation bei dem globalen Verbundwerkstoffhersteller Exel Composites wie sich ein Gleichgewicht zwischen mechanischer Festigkeit und Signaldurchsatz für aus Verbundwerkstoffen hergestellte 5G-Radome schaffen lässt.

Der Wert von 5G ergibt sich aus der Tatsache, dass es mit höheren Frequenzen als seine Vorgänger arbeiten kann, was Spitzendatenraten von bis zu 10 Gbit/s und die Handhabung eines bis zu 10.000-mal höheren Datenverkehrs als mit früheren Netzwerken ermöglicht. Die Installation von 5G-Netzwerken ist jedoch nicht billig, da erhebliche Investitionen in die Modernisierung der Infrastruktur erforderlich sind, um diese zu unterstützen. Weil sich das 5G-Band auf das weniger überfüllte höhere Frequenzspektrum zwischen 1GHz und 6 GHz erstreckt — oder Millimeterwellen auf neuen Funkfrequenzen im Bereich über 24 GHz verwendet — kann es leicht durch Hindernisse wie Gebäude und Bäume blockiert und sogar durch Regen oder Feuchtigkeit gestört werden.

Radome sind ein wichtiger Teil der Telekommunikationsinfrastruktur, da sie Antennensysteme abdecken, um sie vor der Umwelt zu schützen, ihre Verwendung in 5G-Netzwerken ging jedoch mit Herausforderungen bei der Auswahl von Materialien einher, die die 5G-Kommunikation nicht behindern. Dazu müssen Radome für Hochfrequenznetze aus Materialien mit geringerer Dämpfung hergestellt werden, welche die höherfrequenten Signale durchdringen können.

5G-Netzwerke und Verbundwerkstoff-Radome

Die grundlegende Herausforderung bei der Herstellung von für 5G-Netzwerke geeigneten Radomen besteht darin, das richtige Verhältnis der für den dauerhaften Schutz des Systems erforderlichen mechanischen Eigenschaften und der gewünschten Signaldurchlässigkeit zu finden. Während Verbundwerkstoffe wie GFK bisher erfolgreich für 2G-, 3G- und 4G-Radome eingesetzt wurden, wird die gleiche Verbundwerkstoffkonstruktion für die mit höheren Frequenzen arbeitenden Systeme nicht optimal sein.

Um den Herausforderungen bei der Materialauswahl für 5G-Radome zu begegnen, hat Exel Composites kürzlich ein Patent für sein neues Radomdesign für 5G-Macro- und -MIMO-Basisstationen gesichert, das einen Wabenkern in dünne Wände aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff integriert. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Signalfensters in der Radomstruktur und schafft eine ausgewogene Bilanz von mechanischen Eigenschaften und wirtschaftlicher Herstellung im Pultrusionprozess. Die Kombination von Fasertyp, Harz und Signalfenstergröße und -lage kann angepasst werden, um je nach Anwendung spezifische Eigenschaften zu verbessern. Das Design lässt sich beispielsweise je nach der Umgebung, in der sich das Radom befindet, so anpassen, dass die mechanische Festigkeit verbessert oder die Signaldurchlässigkeit in den erforderlichen Bereichen erhöht wird.

Kontinuierliche Fertigungsprozesse wie Pultrusion sind für die Produktion in hohen Stückzahlen nach spezifischen Spezifikationen bei gleichbleibend hoher Qualität ausgelegt und gewährleisten so die Bereitstellung robuster, zuverlässiger und kostengünstiger Verbundwerkstofflösungen. Andere Herstellungsprozesse, die eine größere Anzahl von manuellen Schritten umfassen, machen die Herstellung von Strukturen in großen Stückzahlen schwieriger und teurer. Zudem weisen sie nicht das gleiche Maß an Wiederholbarkeit auf wie kontinuierliche Fertigungsprozesse. Pultrusion ist deshalb eine ideale Wahl für den Herstellungsprozess von Verbundwerkstoffen in 5G-Anwendungen, bei denen Qualität und Wirtschaftlichkeit von höchster Bedeutung sind.

Bei Radomen für 5G-Anwendungen kommt es letztlich auf ein ausgewogenes Verhältnis von mechanischen und elektrischen Eigenschaften an. Dieses auf den ersten Blick schwer zu bewältigende Problem lässt sich jedoch mit der Beratung durch einen kompetenten Partner überwinden, der alle diese diversen Überlegungen versteht und die am besten geeignete Lösung vorschlagen kann. Exel Composites verfügt zum Beispiel über das Know-how und die Fertigungskapazitäten, um Kunden durch den Prozess zu führen und die am besten geeignete Verbundwerkstofflösung für eine gegebene Anwendung zu erarbeiten.

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