Verbundwerkstoffe zur Bewältigung der Herausforderungen im Zusammenhang mit 5G

Mobilfunk

Um der weltweiten Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsverbindungen und hoher Bandbreite gerecht zu werden, wird 5G der wichtigste Entwicklungspunkt für Funkkommunikationstechnologie bleiben. Damit die 5G-Einführung jedoch erfolgreich sein kann, müssen Hersteller Materialien für Antennenradome einsetzen, die sowohl mechanische Leistung, Funktransparenz als auch Nachhaltigkeit bieten. Juha Pesonen, verantwortlich für das Telekommunikationssegment bei Exel Composites, untersucht einige der Möglichkeiten, die Verbundwerkstoffe für 5G bieten.

Radome schützen Antennensysteme bei rauen Bedingungen wie Regen und Schnee vor Schäden und erfüllen deshalb eine wichtige Funktion. Verbundwerkstoffe werden bereits seit einiger Zeit auch in früheren Generationen von Radomen eingesetzt und ermöglichen Herstellern, ein ausgewogenes Verhältnis von mechanischer Festigkeit und Signaldurchlässigkeit zu erreichen.

5G arbeitet jedoch in der Regel mit wesentlich höheren Frequenzen als 4G, einschließlich Low-Band-5G über drei GHz, Mittelbandfrequenzen im Bereich unter sechs GHz und dem Millimeterwellenbereich von 24 GHz und darüber. Mit zunehmender Bandbreite wird es für Hersteller immer schwieriger, Radome zu entwickeln, die funktransparent sind und dennoch dem breiten Spektrum von Wetterbedingungen standhalten.

Glasfaser und Transparenz

Die Notwendigkeit einer besseren Funktransparenz bringt neue Anforderungen an Radome und die für ihre Konstruktion verwendeten Verbundwerkstoffe mit sich. Glasfaserverstärkte Materialien wurden in Mobilfunkmasten bis zu 4G LTE erfolgreich eingesetzt, aber die gleiche Verbundwerkstoffkonstruktion wird bei Systemen mit höheren 5G-Frequenzen nicht die gleiche Leistung erbringen. Um ein ausgewogenes Verhältnis von Funktransparenz und mechanischer Festigkeit zu erreichen, entwickelte Exel Composites sowohl einen Verbundwerkstoff als auch einen Fertigungsprozess, was zur Entwicklung von Radomen mit besserer Signaldurchlässigkeit, Steifigkeit und struktureller Integrität führte. Eine Verbesserung war die Integration einer thermoplastischen Schaumstofflage zwischen den Verbundwerkstoffdeckschichten. Diese mittlere Schicht hat eine wesentlich niedrigere Dielektrizitätskonstante als die Oberflächenschichten und verleiht der Lösung so eine bessere Funktransparenz im Vergleich zu älteren Modellen. Es ist auch möglich, andere dielektrische Materialien wie Waben und Kork in dünne GFK-Wände der für das Antennendesign optimierten Teile des Radoms zu integrieren.

Radome, Verbundwerkstoffe und Recyclingfähigkeit

Was kann mit Verbundwerkstoff-Radomen am Ende ihrer Lebensdauer gemacht werden, wenn ältere Antennengenerationen ersetzt werden? Es gibt zwar keine klare Antwort, wenn aber der Wunsch besteht, die CO2-Bilanz zu reduzieren und zu recyceln, ist es möglich, Verbundwerkstoffe am Ende der Lebensdauer weiter zu verwerten. Eine Methode ist die Pyrolyse, bei der glasfaserverstärkter Kunststoff in drei wiederverwertbare Strukturen zerlegt wird: Pyrolysegas, Pyrolyseöl und einen Feststoff als Nebenprodukt. Andere Methoden, bei denen Verbundwerkstoffe zu Brennstoffen für Zementöfen zerkleinert und gemischt werden, kommen ebenfalls zur Anwendung. Diese Methoden sind jedoch nicht so weit verbreitet, wie sie es sein könnten, was dazu führt, dass Unternehmen ihre Abfälle über große Entfernungen transportieren müssen, um sie dem Recycling zuführen zu können. Exel Composites arbeitet mit verschiedenen Industrieverbänden wie der European Composites Industry Association zusammen, um die Recyclingfähigkeit zu untersuchen.

Exel Composites hat seine Nachhaltigkeitsziele auch an den einschlägigen UN-Nachhaltigkeitszielen ausgerichtet, um nachhaltige Rahmenbedingungen für das Mess- und Berichtswesen zu schaffen. Exel arbeitet mit Branchenverbänden und Kunden zusammen und betrachtet seine eigene Lieferkette und Fertigung als Teil dieser Ziele. Es ist nicht einfach, ein Gleichgewicht für eine mechanisch haltbare, funktransparente und nachhaltige 5G-Infrastruktur zu finden. Da sich die Technologie für die Herstellung von Verbundwerkstoffen jedoch stetig weiterentwickelt, könnte eine Lösung, die alle drei Faktoren kombiniert, nicht mehr weit entfernt sein.

Autor: Juha Pesonen, Excel Composites
 

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