Datenübertragung mit ProfiDAT®

Hohlleitertechnik sorgt für besondere Übertragungseigenschaften

ProfiDAT^® von Conductix-Wampfler ist ein System zur Datenkommunikation zwischen fixen und beweglichen Verbrauchern. Das Datenübertragungssystem ermöglicht die Übertragung von Daten (Video, Audio, Steuer- und Realtimedaten) mit sehr hohen Datenraten zuverlässig über einen Schlitzhohlleiter.

ProfiDAT^® wurde unter Mitarbeit von IK Elektronik entwickelt.

Datenraten bis 100 Mbit/s bei durchschnittlichen Latenzzeiten von 3 ms können sicher übertragen werden. Durch die spezielle Ausführung des Hohlleiterprofils sowie der mobilen Antenne (Koppler) werden die Daten in einem abgeschirmten System auch in schwierigsten Funkumgebungen, so in Häfen, sicher übertragen.

Haupteinsatzgebiet des ProfiDAT^® Übertragungssystems sind Krananlagen in Häfen, so STS Krane (Ship-to-Shore), RTG/E-RTG^TM Krane (Rubber-Tired Gantries / Electrified Rubber-Tired Gantries) und Prozess Krane.

(Text und Bilder: Conductix-Wampfler / IK Elektronik)

Besondere Herausforderungen

Besonders im industriellen Umfeld kann es schnell vorkommen, dass eine freie Funkübertragung mehrerer Funksysteme an einem Ort Nachteile mit sich bringt. Sie stören sich bei Nutzung der gleichen Frequenzbänder gegenseitig. Reichweiten und Datendurchsätze werden reduziert, es treten unvorhersehbare Störungen oder Ausfälle auf. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu beheben, stellen Leitungen dar. Damit sind über kleine und mittlere Entfernungen zuverlässige Übertragungen möglich. Allerdings ist eine leitungsgebundene Übertragung problematisch, wenn bewegliche Teilnehmer über größere Entfernungen kommunizieren sollen. Im niederfrequenten Bereich oder bei der Energieübertragung kann evtl. noch mit Schleifleitungen oder Kabelrollen gearbeitet werden. Gewünscht wird jedoch oft zumindest eine kontaktlose Datenübertragung, noch dazu mit sehr hohem Datendurchsatz und geringsten Latenzzeiten.

Für diese Anforderungen können Strahlerkabel (geschlitzte Koaxialkabel) verwendet werden. Strahlerkabel kombinieren die Vorteile der kabelgeführten Signalübertragung mit denen der Funkübertragung. Sie haben jedoch den Nachteil, dass über der gesamten Länge des Kabels immer ein – wenn auch geringes – Feld abgestrahlt wird. In speziellen technischen Anwendungen kann diese Eigenschaft nutzbringend eingesetzt werden, beispielsweise für die Aussendung des Rundfunkprogramms oder die Mobilfunkkommunikation in Autobahntunneln oder für die Datenübertragung in Hochhausfahrstühlen oder an Kranbahnen.
IK Elektronik hat Komponenten für Strahlerkabelsysteme entwickelt.

Technische Lösung

Eine fortschrittlichere und ressourcenschonendere Technologie für industrielle Anwendungen stellt die Datenübertragung mittels Schlitzhohlleiter dar. Die Funkwelle wird hier in einem Metallprofil (Hohlleiter) geführt übertragen. Nur an den Orten, an denen sich die mobilen Clients befinden, wird das Signal berührungslos mit speziellen Antennen (Kopplern) ausgekoppelt. Mit Ausnahme dieser Koppelstellen werden nur sehr geringe Anteile des übertragenen Signals aus dem Hohlleiter abgestrahlt. In ebenso geringem Maße können externe Signale in den Hohlleiter eindringen und die Übertragung damit stören.

Die Koppler werden in einem Längsschlitz des Hohlleiterprofils geführt und können so längs des Hohlleiters über eine große Entfernung bewegt werden. Das Hohlleiterprofil wurde so gestaltet, dass sich das Hochfrequenzsignal so ausbreitet, dass trotz des Längsschlitzes nahezu keine Energie als Strahlung entweichen kann. Auch die Dämpfung eines Hohlleiterprofils ist gegenüber der eines Koaxialkabels und erst recht gegenüber der eines koaxialen Strahlerkabels deutlich geringer.

Mit dem Schlitzhohlleitersystem ProfiDAT^® steht für Kranbahnen, Fahrstühle, Fertigungslinien in Automobilwerken, Hochregallager und ähnliche ortsfeste Anlagen mit beweglichen „Clients“ eine flexible und leistungsfähige Funkübertragungslösung zur Verfügung.

Der Vorteil von ProfiDAT^® ist neben einer möglichen größeren Reichweite im Vergleich zur Freiraumübertragung vor allem der dadurch bereit gestellte zusätzliche gekapselte Kanal, der von den weiteren im Einsatzbereich genutzten Funksystemen unabhängig funktioniert. Damit ist eine effizientere Nutzung des verfügbaren Funkfrequenzspektrums möglich.

Simulation als Voraussetzung für optimale Funktion

IK Elektronik unterstützt seit Jahren das Design, die Konstruktion und die Fertigung von ProfiDAT^® und trägt zur kontinuierlichen Verbesserung von Hohlleiterkomponenten und Antennen (Koppler) der Conductix-Wampfler GmbH bei.

Bei den gegebenen Herausforderungen ist es nur durch elektromagnetische Simulationen möglich, das Hohlleiterprofil, die Abschlüsse, die Übergänge und die Koppler elektromechanisch so zu gestalten, dass die hohen Anforderungen an die Funkübertragung wie hohe Schirmdämpfung, geringste Störausstrahlung, optimierte Koppel- und Einfügedämpfung und hohe Übertragungsbandbreite auch in einem rauen industriellen Umfeld reproduzierbar erfüllt werden.