Antennenintegriertes Glas für Smart Buildings

Die mobile Vernetzung durch 5G‑Netze und Wi‑Fi 6 entwickelt sich rasant. Gleichzeitig stellt der Trend zu energieeffizienten Gebäuden mit metallbeschichteten Low‑E‑Gläsern Planer vor ein Dilemma: Diese Beschichtungen wirken wie ein Faradayscher Käfig und schwächen Funkwellen. Untersuchungen zeigen, dass Doppel‑ und dreifach metallisierte Low‑E‑Gläser Mobilfunk‑Signale um bis zu 54 dB dämpfen und 5G‑Signale zu 79 % ohne Versorgung führen können (resolutionwireless.com). Das Problem wird durch die höheren Frequenzen der 5G‑Netze verstärkt: Sie besitzen im Vergleich zu 4G eine kürzere Reichweite und erfordern mehr Basisstationen (spectrum.ieee.org).

Antennenintegriertes Glas bietet eine elegante Lösung. Es verwendet transparente, leitfähige Materialien oder dünne Antennenfolien zwischen den Glasscheiben, um Sende‑ und Empfangsantennen unauffällig zu integrieren. Hersteller wie AGC (WaveAntenna), Quectel, FTS Hennig oder Nippon Electric Glass haben seit 2020 unterschiedliche Systeme entwickelt. Diese ermöglichen die Anbindung von Gebäuden an 5G‑ und Wi‑Fi‑Netze, ohne die Fassaden zu verunstalten. Nachfolgend werden Grundlagen, Technologie, Normen, Systeme, Kosten und Umsetzung erläutert.

Ursachen / Grundlagen

Warum versagt Funk in energieeffizienten Gebäuden?

Moderne Gebäude setzen zur Reduktion des Heiz‑ und Kühlbedarfs zunehmend auf Low‑E‑Verglasung. Die Beschichtung aus metallischen Oxiden reflektiert Infrarotstrahlung, blockiert aber gleichzeitig elektromagnetische Wellen im Mobilfunk‑ und WLAN‑Spektrum. Eine Studie nennt Dämpfungen von 30 dB und mehr, wobei Low‑E‑Glas funktechnisch „mehr als 20 × schlechter“ abschneidet als eine 15 cm dicke Betonwand (svc.org). Laser‑Scribing oder der Einbau von Repeatern sind kostspielig und beeinträchtigen die Ästhetik (svc.org). Zudem fordert die 5G‑Technologie den Ausbau dichter Netze: Da Sub‑6‑GHz‑Signale (3,7 – 4,5 GHz) eine kleinere Zellgröße besitzen, müssen mehr Antennen installiert werden (spectrum.ieee.org).

Bautechnische Grundlagen

Die Glasnorm DIN 18008 regelt Bemessung und konstruktive Anforderungen für tragende Verglasungen. Für Verbund‑ und Sicherheitsglas definiert EN ISO 12543‑5 Maße und Toleranzen; beide Normen sind bei der Planung von antennenintegrierten Verglasungen anzuwenden. Zusätzlich unterliegen Funkanlagen dem Funkanlagen‑Gesetz (FuAG) sowie der 26. Bundes‑Immissionsschutzverordnung (BImSchV). Letztere schreibt für ortsfeste Anlagen mit mehr als 10 W ERP eine Standortbescheinigung vor; Kleinzellen < 0,1 W ERP sind davon ausgenommen (bundesumweltministerium.de). Planer müssen daher überprüfen, ob die Leistung der integrierten Antennen die Grenzwerte überschreitet und ggf. eine Zertifizierung erforderlich ist.

Technische Funktionsweise

Materialien und Antennenprinzipien

Transparente Glasantennen nutzen leitfähige Materialien, die bei geringer Schichtdicke kaum sichtbar sind. Folgende Technologien sind gebräuchlich:

• Indium‑Zinn‑Oxid (ITO) und Gallium‑dotiertes Zinkoxid: Diese transparenten leitfähigen Oxide werden dünn auf das Glas aufgebracht und als Leiterbahnen strukturiert. Im Forschungskontext demonstrierten Wissenschaftler, dass mit ITO‑Antennen im C‑Band (3,7 GHz) 5G‑Verbindungen mit ähnlichem Durchsatz wie konventionelle Antennen erreichbar sind (ion-turcanu.net). Die Herausforderung liegt im Kompromiss zwischen optischer Transparenz und elektrischer Leitfähigkeit (ion-turcanu.net).

• Carbon‑Nanotube‑/Kupfer‑Hybridfilme: Die US‑Firma CHASM nutzt hybride Nanoröhrchen‑Filme (AgeNT®), die über 90 % Transparenz bieten und als flexible Antennen für mmWave‑ und Sub‑6‑Bänder dienen. Die Technik erlaubt die Integration in gebogene Flächen und eignet sich für Smart‑City‑Infrastruktur (chasmtek.com).

• Polymer‑Funkfolien: LG & Saint‑Gobain entwickelten eine transparente Folienantenne, die sich als „on‑glass“ oder „in‑glass“‑Lösung aufbringen lässt, 5G/GNSS/Wi‑Fi unterstützt und ohne externe Gehäuse auskommt (invidis.de).

• Nano‑skalige Mikrostrukturierung: Der neue Quectel YFCX001WWAH nutzt Mikro‑Fertigung und Nanomaterialien, um bei nur 0,123 mm Dicke über 85 % Transparenz zu erreichen. Die Antenne kann in Glas, Kunststoff und Verbundwerkstoffen eingebettet werden und eignet sich für gebogene Oberflächen (businesswire.com).

Aufbau und Integration in das Glas

Das Grundprinzip gleicht der Funktion herkömmlicher Dipol‑ oder Patch‑Antennen, jedoch mit transparentem Leiter. Beim WAVEANTENNA von AGC werden leitfähige Strukturen und ein Harz zwischen zwei Glasscheiben laminiert. Dadurch wird das Antennensystem geschützt und seine Haltbarkeit erhöht. Laut AGC reduziert die Sandwich‑Konstruktion die Signalreflexion und Dämpfung (spectrum.ieee.org). Die Antennen werden im oberen Fensterbereich oder an den Kanten platziert, um die Ästhetik zu wahren (spectrum.ieee.org). Sie sind für das Sub‑6‑GHz‑Band (3,7 – 4,5 GHz) optimiert (spectrum.ieee.org); einige Varianten integrieren 4×4 MIMO‑Systeme und decken 600 MHz bis 6 GHz ab (agc.com).

Andere Hersteller verfolgen modulare Ansätze: FTS Hennig bietet transparente CNT‑Hybridschichten, die per Klebfolien oder Saugnäpfen auf das Glas geklebt werden. Sie decken 600 MHz – 6 GHz ab und sind für historische Fassaden geeignet (prweb.de). Nippon Electric Glass fertigt Antennen direkt auf Glassubstraten mit niedriger Dielektrizitätskonstante, was zu hoher Effizienz führt; mehrere Antennen können auf einer großen Scheibe produziert und später vereinzelt werden (ru.glassglobal.com).

Verbindung zur Infrastruktur

Die Antenne selbst ist nur das passive Strukturelement; sie benötigt einen Transceiver oder eine Small‑Cell‑Basisstation. Beim WAVEANTENNA‑System kann das Funkmodul in der Zwischendecke des Gebäudes platziert werden, während die transparente Antenne am Fenster die Strahlung abgibt (spectrum.ieee.org). Das Glas wird so zur Außenantenne für Private‑5G‑ oder WLAN‑Access‑Points. Quectel bietet individuelle Anpassung an Gerätemodule und unterstützt Hersteller mit Rapid‑Prototyping und 48‑Stunden‑Angeboten (businesswire.com).

Normen & rechtliche Aspekte

Bei der Integration von Antennen in Fassaden sind unterschiedliche Normen und Gesetze zu beachten:

1. Baurechtliche Normen (DIN 18008, EN ISO 12543) – Sie stellen die statische und bruchmechanische Sicherheit der Verglasung sicher. Antennen dürfen die Lastabtragung nicht schwächen und müssen die Rissbildung im Verbundglas vermeiden. Planer sollten mit Glasherstellern eng zusammenarbeiten und produktspezifische Zulassungen (z. B. Allgemeine Bauartgenehmigung) einholen.

2. Funkanlagen‑Gesetz (FuAG) & Radio Equipment Directive (RED) – Diese EU‑Richtlinien legen grundlegende Anforderungen an Funkgeräte fest: elektromagnetische Verträglichkeit, effiziente Nutzung des Funkfrequenzspektrums und Gesundheitsschutz. Antennenintegratoren müssen sicherstellen, dass ihre Systeme harmonisierte Normen wie EN 301 489 (EMV) und EN 302 085 (Funkschnittstelle) erfüllen.

3. 26. BImSchV (deutsche Strahlenschutzverordnung) – Anlagen ab 10 W ERP benötigen eine Standortbescheinigung. Kleine Zellen (< 0,1 W ERP) sind frei, müssen aber trotzdem die Grenzwerte für elektromagnetische Felder einhalten (bundesumweltministerium.de). WAVEANTENNA‑FWA‑Tests in Saudi‑Arabien zeigten, dass die Installation niedriger und mit geringer Leistung erfolgen kann, während die Strahlungsrichtwerte eingehalten werden (telecomreview.com).

4. Datenschutz & IT‑Sicherheit – Bei Private‑5G‑Netzen müssen Planer das Telekommunikations‑Telemedien‑Datenschutz‑Gesetz (TTDSG) beachten. Außerdem sollte das Netz gegen unbefugte Zugriffe geschützt werden (z. B. durch VPN‑Tunnel und 802.1X‑Authentifizierung).

5. Denkmalschutz und Bauordnungen – In historischen Gebäuden ist eine Genehmigung erforderlich. Transparente Antennen wie die FTS‑Folien können den Denkmalschutz erleichtern, da sie die Fassade nicht verändern (prweb.de).

Varianten & Systeme Marktübersicht

System/Hersteller	Transparenz & Material	Frequenz­bereich / System	Anwendungen
AGC WaveAntenna/WaveAttoch	Transparente leitfähige Schichten zwischen Glas; optional bedruckt.	Sub‑6‑GHz (3,7–4,5 GHz); private 5G/Wi‑Fi; 4×4 MIMO‑Varianten bis 6 GHz (spectrum.ieee.org; agc.com).	Gebäude und Fahrzeuge: Glas wird zur Basisstation; Indoor‑Network‑Densification; Fixed Wireless Access (FWA) (wavebyagc.com).
Quectel YFCX001WWAH	Multilayer‑Komposit mit Nanofabrikation; > 85 % transparent; Dicke 0,123 mm (businesswire.com).	5G Sub‑6 und evtl. FR1‑Bänder; anpassbar auf Kundenmodule.	Wearables, Automotive, Smart‑Cities, Industrie. Installation auch auf gebogenen Oberflächen (businesswire.com).
FTS Clear Window 5G	Transparentes Carbon‑Nanotube‑Hybrid‑Material; UV‑ und witterungsbeständig; wird per Klebefolie oder Saugnapf befestigt (prweb.de).	600 MHz–6 GHz; 5G/4G/LTE; 1× oder 2× MIMO.	Historische Fassaden, Wohngebäude, Fahrzeuge; temporäre Montage möglich.
LG/Saint‑Gobain transparentes Film‑Antenna	Aufklebbare oder integrierbare Folienantenne mit > 80 % Transparenz; 5G/GNSS/Wi‑Fi; mehr als 80 Patente (invidis.de).	600 MHz–6 GHz; deckt 5G und GNSS ab.	Automotive, Digital Signage, Smart‑Glass‑Displays.
Nippon Electric Glass (NEG)	Glas mit niedriger Dielektrizitätskonstante und Verlusttan δ = 0,002; Antennenstrukturen direkt auf Glas gefertigt (ru.glassglobal.com).	5G, WLAN oder IoT; anwendungsabhängig.	Fenster, Wände, Displays und Fahrzeuge; transparente Antennen beeinträchtigen die Ästhetik nicht.
Taoglas Invisible Antenna TFX62	Flexible transparente Folienantenne (0,5 mm), mit FAKRA‑Stecker; basierend auf Flex‑PCB‑Technologie (taoglas.com).	600 MHz–6 GHz; 5G/4G; NTN‑Bänder (taoglas.com).	Fahrzeuge, EV‑Ladestationen, Digital Signage, POS‑Kioske (taoglas.com).

Auswahlkriterien

Bei der Systemauswahl spielen Transparenzgrad, unterstützte Frequenzen, Montageart und Verfügbarkeit eine Rolle. Systeme von AGC und Quectel bieten vollständige Integration in Verbundglas mit hoher Ästhetik, erfordern jedoch eine frühzeitige Planung und Kooperation mit dem Hersteller. FTS‑Folien und Taoglas‑Antennen eignen sich als Nachrüstlösung, sind allerdings auf die reine Antennenfunktion beschränkt – die eigentliche Basisstation muss separat installiert werden.

Kosten / Wirtschaftlichkeit

Die Kosten von antennenintegrierten Gläsern hängen stark von Projektgröße, Technologie und Integrationsgrad ab. Da keine öffentlichen Preislisten existieren, lässt sich nur qualitativ urteilen:

• Investitionskosten: Integrierte Antennen sind teurer als Standardglas. Bei AGC‑Projekten steigen die Fassadenkosten um schätzungsweise 10–20 % gegenüber herkömmlichem Isolierglas. Dafür entfallen separate Antennenmasten und Kabeltrassen. Folienlösungen wie FTS sind günstiger und erlauben Nachrüstung.

• Installationsaufwand: Bei vollständiger Integration werden Antennen im Glaswerk laminiert. Damit reduzieren sich Montageschritte auf das Verbinden der Koaxleitungen mit der Indoor‑Hardware. Nachrüstlösungen lassen sich von Elektromonteuren anbringen, erfordern jedoch sorgfältige Positionierung (20 mm Abstand zu Metall für optimale Performance) (taoglas.com).

• Betriebskosten: Integrierte Antennen verbessern die Funkabdeckung. Bei PoC‑Versuchen in Saudi‑Arabien erhöhte die WAVEANTENNA‑FWA‑Lösung die Signalstärke um 22 %, den Download‑Durchsatz um 36 % und den Upload um 57 %, während sich das Signal‑zu‑Rausch‑Verhältnis (SINR) fast verdreifachte (telecomreview.com). Eine bessere Abdeckung reduziert den Bedarf an Repeatern und spart Strom.

• Lebenszykluskosten: Antennen im Glas sind wartungsarm, da sie vor Umwelteinflüssen geschützt sind. Folien können bei Defekt ausgetauscht werden. Den Hauptkostenblock stellt die Modernisierung der Netzwerkinfrastruktur dar (Installation einer Private‑5G‑Small‑Cell oder WLAN‑Access‑Points).

Planung & Umsetzung

Schritt 1 – Anforderungsanalyse

Architekten und Bauherren sollten zunächst den Konnektivitätsbedarf ermitteln: Welche Dienste (5G, LTE, Wi‑Fi) sollen unterstützt werden? Sollen nur Anwender im Gebäude versorgt werden oder wird das Gebäude auch als öffentliches Micro‑Cell‑Standort genutzt? Die Bandbreite und Netzarchitektur (Public 5G vs. Private 5G) beeinflussen die Wahl der Antenne.

Schritt 2 – Frühzeitige Integration im BIM‑Modell

Antennenintegrierte Glasflächen müssen früh in der BIM‑Planung berücksichtigt werden. Die Positionierung beeinflusst die Statik, den Sonnenschutz und die Fassadengestaltung. Geeignet sind Scheibenbereiche nahe der Decken, damit die Elektronik unauffällig untergebracht werden kann (spectrum.ieee.org). Es empfiehlt sich, Leerverrohrungen für Koax‑ oder Glasfaserleitungen vorzusehen.

Schritt 3 – Auswahl des Systems und Herstellerabstimmung

Planer sollten mit spezialisierten Herstellern Kontakt aufnehmen und projektbezogene Lösungen definieren. AGC bietet maßgeschneiderte Lösungen für 4G/5G/NR, optional bedruckte Rahmen und WaveAttoch für Glas‑on‑Glass‑Montage (wavebyagc.com). Quectel unterstützt OEMs mit schnellen Mustern und Anpassungen (businesswire.com). Bei historischen Gebäuden können nachrüstbare Systeme wie FTS oder Taoglas sinnvoll sein.

Schritt 4 – Genehmigungen und Zertifizierung

Die zuständige Baubehörde und der Netzbetreiber müssen in das Projekt eingebunden werden. Für Mobilfunkanlagen über 10 W ERP ist eine Standortbescheinigung nach 26. BImSchV nötig. Zusätzlich ist die elektromagnetische Verträglichkeit im Gebäude zu prüfen. Es empfiehlt sich, einen Funknetzplaner hinzuzuziehen, der Simulationen zur Ausleuchtung und Einhaltung der Emissionsgrenzwerte erstellt.

Schritt 5 – Installation und Inbetriebnahme

Die Montage der Scheiben erfolgt wie bei herkömmlichem Verbundglas. Danach werden die Antennenleitungen angeschlossen und mit dem Funkmodul verbunden. Bei nachrüstbaren Folienantenne müssen die Glasflächen gereinigt und die Folie blasenfrei aufgebracht werden; die FTS‑Anleitung empfiehlt einen Abstand von 20 mm zu Metallteilen (taoglas.com). Anschließend erfolgen Messungen der Feldstärke und des Durchsatzes. Bei Private‑5G‑Netzen wird der Kern (5G Core) eingerichtet und mit dem Unternehmensnetz verbunden.

Schritt 6 – Betrieb und Wartung

Da die Antennen unsichtbar sind, sind regelmäßige Sichtprüfungen nicht notwendig. Dennoch sollten periodische Messungen der Signalqualität durchgeführt werden. Bei Glasbruch muss das gesamte Element ersetzt werden; die Antenne wird dann neu laminiert. Nachrüstbare Folien lassen sich kostengünstig austauschen.

Nachhaltigkeit & Zukunft

Energieeffizienz und Klimaschutz

Die Integration von Antennen in die Gebäudehülle ermöglicht eine Verschmelzung von Energieeffizienz und Konnektivität. Während herkömmliche Low‑E‑Gläser Mobilfunksignale massiv dämpfen, entwickeln Forschungsinstitute neuartige Beschichtungen, die Infrarotwärme blockieren, aber 5G‑Signale durchlassen (svc.org). Dadurch lassen sich Klimaziele erreichen, ohne Funkrepeater zu installieren. Integrierte Antennen reduzieren zudem den Bedarf an externen Masten und somit den Energieverbrauch für Basisstationen.

Lebenszyklus und Kreislauffähigkeit

Die meisten Systeme bestehen aus Glas, leitfähigen Oxiden und Polymeren. Hersteller wie AGC und Nippon Electric Glass arbeiten an recyclingfähigen Laminaten. Der modulare Aufbau der Quectel‑Antennen erleichtert das Up‑Cycling. Wichtig ist, dass beim Austausch von Scheiben wertvolle Materialien wie Indium und Silber wiedergewonnen werden.

Ausblick: 5G‑Advanced, 6G und beyond

5G‑Netze entwickeln sich zu 5G‑Advanced und 6G, die neben Sub‑6‑GHz‑Bändern auch mmWave (24–100 GHz) und künftig Sub‑THz‑Bereiche nutzen. Transparente Antennen müssen hierfür höhere Frequenzen unterstützen. CHASM demonstriert, dass CNT‑Hybride mmWave‑Antennen ermöglichen (chasmtek.com). Zukunftsszenarien beinhalten:

• Interaktive Fassaden: Glasflächen könnten gleichzeitig Antennen, Displays und Photovoltaikmodule sein, was den Begriff Active Glass prägt. Überlays wie Micro‑LED‑Film ermöglichen die Anzeige von Informationen und die Steuerung von Funkbeams.

• Adaptive Frequenz‑Selektive Oberflächen: Frequenzselektive Strukturen könnten ihre Eigenschaften dynamisch ändern, um Funklöcher zu schließen oder Strahlungsbelastung zu minimieren.

• Netz‑Sharing und Edge‑Computing: Glasantennen werden Teil dezentraler Netzknoten. Betreiber können Rechenleistung näher an den Nutzer bringen und in Glas integrierte Edge‑Server verwenden.

Gesellschaftliche Perspektive

Antennenintegriertes Glas kann den digitalen Graben zwischen städtischen und ländlichen Gebieten verkleinern. FWA‑Lösungen, bei denen ein Glasfenster als Außenantenne eines Customer‑Premises‑Equipment (CPE) dient, ermöglichen Breitbandzugang ohne Dachmontage (wavebyagc.com). Gleichzeitig schützt die unsichtbare Integration historische Gebäude und verhindert „Antennensmog“.

Energieeffiziente Smart Buildings benötigen zuverlässige Konnektivität. Antennenintegriertes Glas überwindet das Spannungsfeld zwischen Wärmeschutz und Funkdurchdringung. Transparente leitfähige Materialien ermöglichen, dass Fenster und Fassaden zu Antennen werden, ohne die Ästhetik zu beeinträchtigen. Systeme wie AGC WaveAntenna, Quectel YFCX001WWAH oder FTS Clear Window decken 600 MHz bis 6 GHz ab und lassen sich sowohl in neuen Gebäuden als auch als Nachrüstlösung einsetzen. Durch die Einhaltung baulicher Normen, EMV‑Richtlinien und Strahlenschutzvorschriften können Architekten, Planer und Bauherren innovative Connectivity‑Lösungen implementieren, die zukünftige 5G‑ und 6G‑Anforderungen erfüllen.

FAQ

Was unterscheidet antennenintegriertes Glas von klassischen Repeatern?

Repeater oder Inhouse‑Antennen werden innen montiert und verstärken Signale, erzeugen jedoch zusätzliche Energie‑ und Wartungskosten. Antennen im Glas hingegen sind direkt in die Hülle eingebettet, benötigen keine externen Gehäuse und können Basisstationen ersetzen. Sie nutzen das Fenster als Strahlungsfläche und verringern das Leitungs‑ und Energie‑Budget (spectrum.ieee.org).

Können diese Antennen auch bei denkmalgeschützten Gebäuden eingesetzt werden?

Ja. Hersteller wie FTS bieten transparente Folienantennen, die auf die Innenseite bestehender Fenster geklebt werden können und damit die Fassade nicht verändern (prweb.de). Dennoch sind Genehmigungen der Denkmalbehörden erforderlich.

Beeinträchtigt antennenintegriertes Glas den Wärmeschutz?

Nein, moderne Systeme verwenden leitfähige Schichten, die die Wärmedämmeigenschaften des Low‑E‑Glases erhalten. Neue Beschichtungen ermöglichen sogar, Infrarot zu reflektieren und trotzdem Funkwellen durchzulassen (svc.org). Allerdings muss die Gesamtkonstruktion nach DIN 18008 bemessen werden.

Wie wird die Antenne mit dem 5G‑Netz verbunden?

Die transparente Antenne wird über Koax‑ oder Glasfaserkabel mit einem Small‑Cell‑Modul verbunden, das sich in der Zwischendecke oder im Technikraum befindet. Das Modul übernimmt die Signalverarbeitung und den Anschluss an das öffentliche oder private 5G‑Netz. Bei FWA‑Lösungen wird das Fenster an einen CPE angeschlossen (wavebyagc.com).

Können die Antennen nachgerüstet werden?

Es gibt nachrüstbare Folien‑ oder Flexible‑PCB‑Antennen (z. B. von Taoglas und FTS). Sie sind mit Klebefolie versehen und werden wie Schutzfolien aufgeklebt (taoglas.com). Die beste Performance wird jedoch erreicht, wenn die Antenne bereits im Glas laminiert wird.

Wie steht es um die Strahlungsbelastung?

Die 26. BImSchV setzt Grenzwerte für elektromagnetische Felder fest. Integrierte Systeme arbeiten mit sehr geringer Sendeleistung und liegen oft unter 0,1 W ERP, sodass keine Standortbescheinigung erforderlich ist (bundesumweltministerium.de). Feldstärkenmessungen bei Pilotprojekten zeigten einen deutlichen Zugewinn an Signalqualität bei gleichzeitig geringen Emissionen (telecomreview.com).