Entwicklung eines Radiowellenreflektors zur Erweiterung des Abdeckungsbereichs von 5G-Funkwellen

Dai Nippon Printing Co., Ltd. (Hauptsitz: Tokio, Präsident und CEO: Kitajima Yoshinari, Kapital: 114,4 Milliarden Yen, im Folgenden „DNP“ genannt) hat einen Radiowellenreflektor (im Folgenden „Reflectarray“ genannt) entwickelt, der die in Mobilkommunikationssystemen der fünften Generation (5G) verwendeten Millimeterwellen in jede Richtung reflektiert und so den Bereich erweitert, über den die Wellen reichen können.

Im Vergleich zu herkömmlichen Metallreflektoren kann dieses Produkt Millimeterwellen gezielter reflektieren. Dies bedeutet weniger Einschränkungen bei der Installation und verbessert die Kommunikationsumgebung an Orten mit schlechtem Funkempfang, beispielsweise im Schatten von Gebäuden. Es zeichnet sich zudem durch hervorragende Designeigenschaften aus und kann an die jeweilige Installationsumgebung angepasst werden.

Millimeterwellen (24 GHz und höher), die eine höhere Frequenz als 4G aufweisen und für die Hochgeschwindigkeits- und Kapazitätskommunikation von 5G genutzt werden, verfügen zwar über eine hohe Informationskapazität, zeichnen sich aber durch ihre starke Richtwirkung und geringe Reichweite aus. Dadurch werden Funkwellen in Bereichen wie dem Schattenwurf von Gebäuden blockiert, was die Sicherstellung der Kommunikationsqualität erschwert. Darüber hinaus ergeben sich beim Hinzufügen von Basisstationen und Relaisstationen zur Behebung dieses Problems neue Herausforderungen, wie die hohen Kosten und die Notwendigkeit, die Installationsstandorte zu sichern.

Um diese Probleme zu lösen, hat DNP seine firmeneigenen Mikrofabrikationstechnik eingesetzt und ein Reflektorarray auf Basis eines einzigartigen Konzepts entwickelt. Dabei werden die „frequenzselektive Reflexionsschicht“ und die „Reflexionsrichtungssteuerungsschicht“ getrennt, um die Eigenschaften jeder einzelnen Schicht besser steuern zu können. Dieses Produkt ist kostengünstiger als die Installation von Basisstationen und Relaisgeräten, benötigt keine Stromversorgung und lässt sich problemlos an verschiedenen Standorten installieren. Dadurch trägt es maßgeblich zur Verbesserung der 5G-Kommunikationsumgebung bei.

Im Gegensatz zu Metallreflektoren, die Radiowellen spiegelnd reflektieren, reflektiert dieses Produkt Radiowellen asymmetrisch, insbesondere bestimmter Frequenzen. Frequenzband, Einfallswinkel der von der Basisstation empfangenen und reflektierten Radiowellen sowie deren Ausbreitungswinkel sind frei einstellbar. So lassen sich Radiowellen auch an schwer zugänglichen Orten effektiv übertragen. Da keine externe Stromversorgung benötigt wird, ist der Reflektor auch bei beengten Platzverhältnissen einsetzbar.

Dieses Produkt verfügt über eine „frequenzselektive Reflexionsschicht“, die Radiowellen in einem bestimmten Frequenzband selektiv reflektiert und alle anderen Radiowellen durchlässt, sowie über eine „Reflexionsrichtungssteuerungsschicht“, eine spezielle dielektrische Schicht, die die Richtung der einfallenden und reflektierten Radiowellen bestimmt.

Die Ausbreitung der reflektierten Wellen kann im Voraus angepasst werden, um Anforderungen wie die Ausbreitung der reflektierten Wellen über ein weites Gebiet oder die Konzentration der reflektierten Wellen auf bestimmte Geräte zu erfüllen.

Im Gegensatz zu Metallplatten, die alle Radiowellen reflektieren, lässt diese Platte Radiowellen mit Ausnahme des Zielfrequenzbandes durch, wodurch die Auswirkungen auf vorhandene Radiowellen verringert werden.

Auf die Oberflächendesign-Deckschicht können verschiedene Designs gedruckt werden, wodurch sich eine breite Palette von Außendesigns für Innenräume, Außenbereiche, Schilder und mehr eignet.

In den letzten Jahren wurde die Einführung von 5G zunehmend in Betracht gezogen und konkrete Maßnahmen werden ergriffen, um intelligente Städte und intelligente Fabriken zu realisieren, die IoT (Internet der Dinge) und Roboter usw. nutzen. Das von DNP entwickelte Reflektorarray ist für die Installation in folgenden Situationen vorgesehen: Wenn aufgrund von Hindernissen usw. mit einer Verschlechterung der Funkwellenumgebung zu rechnen ist, kann es zur Verbreitung von 5G beitragen.

• Verbesserung der Kommunikationsumgebungen hinter Funkwellenhindernissen in intelligenten Fabriken
• Verbesserung der Nutzungsumgebung für mobile Geräte in Innenräumen, beispielsweise in Büros und Bildungseinrichtungen
• Einsatz in Ausstellungshallen, in denen sich die Raumaufteilung und die Bedingungen für die Abschirmung von Funkwellen für jede Veranstaltung ändern.
• Einsatz in Stadien und Vergnügungseinrichtungen, die Informationen innerhalb eines begrenzten Bereichs verbreiten
• Nutzung von Gestaltungselementen an Außenwänden und Schildern städtischer Gebäude, die sich in die Umgebung einfügen müssen

DNP wird die funktionale Verifizierung dieses Produkts in Zusammenarbeit mit Telekommunikationsanbietern und anderen Unternehmen der Telekommunikationsbranche durchführen, mit dem Ziel, es ab dem Geschäftsjahr 2023 praktisch einzuführen.

Dieses Produkt ist ein passives Reflektorarray, das die Reflexionsrichtung von Radiowellen festlegt. DNP und mehrere andere Unternehmen entwickeln gemeinsam ein aktives Reflektorarray, das die Reflexionsrichtung nicht fixiert. Dieses Projekt wurde für das Haushaltsjahr 2021 als nationales Projekt ausgewählt.