DE1265251B - Reflexionsarme breitbandige Daempfungsanordnung fuer elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIp

HOIq

Deutsche Kl.: 21a4-71

Nummer: 1265 251

Aktenzeichen: S 84111IX d/21 a4

Anmeldetag: 12. März 1963

Auslegetag: 4. April 1968

Die Erfindung betrifft eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, insbesondere für Meter- und Dezimeterwellen, die sich durch eine hohe Breitbandigkeit auszeichnet.

Eine derartige Dämpfungsanordnung kann z. B. als reflexionsarme Verkleidung reflektierender Gegenstände oder Wände dienen. So sind abgeschirmte Meßräume, in denen die Störstrahlungsmessungen bzw. die Messungen der Strahlungsdiagramme von Antennen vorgenommen werden, dadurch weitgehend reflexionsfrei gestaltet, daß die Wände und gegebenenfalls die Oberflächen größer reflektierender Gegenstände mit reflexionsarmen Verkleidungen versehen sind.

Es ist bereits bekannt, derartige Verkleidungen aus einer Vielzahl von kegel- oder pyramidenförmigen, elektromagnetische Wellen dämpfenden Körpern zusammenzusetzen. Darüber hinaus ist es bekannt, derartige reflexionsarme Absorber aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit und/oder unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante aufzubauen. Dabei nimmt die elektrische Leitfähigkeit von der den auftreffenden Wellen zugewandten Schicht in Wellenfortpflanzungsrichtung zu. Ebenso ist bereits bekannt, die Dielektrizitätskonstanten der einzelnen Schichten in Wellenfortpflanzungsrichtung zunehmen zu lassen.

Darüber hinaus ist es aus den deutschen Patentschriften 1029 433, 1116 285 bekannt, reflexionsarme Dämpfungsanordnungen für elektromagnetische Wellen aus wabenartig zusammengesetzten wellenleiterähnlichen Elementen zusammenzustellen. Die Wabenwände bestehen aus einem Widerstandsmaterial oder sind aus mit Widerstandsmaterial bedeckten Trägerkörpern, z. B. Hartpapierplatten, ausgebildet. In Fortschreitungsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Wellen sind derartige Anordnungen aus mehreren Gruppen dieser wabenförmig zusammengestellten Elemente zusammengesetzt. Dabei schließt jeweils eine Gruppe von Wabenelementen mit einer Wabenweite W_n an eine vorhergehende Gruppe mit einer Wabenweite w_{n + 1} an. Die Wabenweiten W_{n + 1} sind doppelt so breit wie die Wabenweiten W_n, so daß eine Verschachtelung derartiger Waben zustande kommt. Auf diese Weise erreicht man eine zunehmende Dämpfung in Wellenfortpflanzungsrichtung, da bei gleichem Flächenwiderstand der Wabenwände das Produkt aus Flächenwiderstand und Wabenweite stufenweise abnimmt. Man kann bei Verzicht auf eine Wabenweitenabstufung auch den Flächenwiderstand R_F der Wände in Wellenfortschreitungsrichtung vermindern.

Reflexionsarme breitbandige
Dämpfungsanordnung für elektromagnetische
Wellen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Josef Deutsch;

Dipl.-Ing. Günter Vollhardt, 8000 München - -

Der Aufbau einer Dreifachanordnung kann entweder derart vorgenommen sein, daß in Wabengruppen einer bestimmten Wabenweite w_z von beispielsweise 80 cm und einer Bautiefe von beispielsweise 90 cm diese Waben unterteilende Schichten eingesetzt werden. Diese bilden wiederum mit den Wänden der größeren Waben kleinere Waben einer Wabenweite W₂ von z. B. 40 cm und einer Wabentiefe von beispielsweise 60 cm. Die Wabentiefe ist von der Wabenrückseite ausgehend gemessen. Diese Waben werden nun wiederum durch Unterteilung in vier gleiche Teile einer Wabenweite W₁ von z. B. 20 cm und einer Wabentiefe von 30 cm unterteilt. Nach einem anderen bekannten Aufbau werden mehrere Gruppen von Wabenelementen gebildet, die jeweils eine viermal kleinere Fläche, d. h. halbe Wabenweite, aufweisen. Derartige Gruppen werden nunmehr nach Baukastenart derart hintereinander angeordnet, daß jeweils die Gruppen mit kleinerer Wabenweite an die Rückseite der Gruppe mit größerer Wabenweite anschließen. Als Rückseite ist diejenige Wabengruppenseite bezeichnet, die den einfallenden Wellen abgewendet ist.

Die Bandbreite des Absorbers richtet sich nach dem Flächenwiderstand der reflexionsarmen Dämpfungsanordnung, der Wabenweite und der Bautiefe. Da es wünschenswert ist, eine derartige Dämpfungsanordnung reflexionsfrei zu machen, wobei im allgemeinen ein Reflexionsfaktor von weniger als 10% als diese Aufgabe erfüllend angesehen wird, ist es notwendig, den Übergang der elektromagnetischen Wellen aus dem freien Raum in die Dämpfungsanordnung so stoßfrei wie möglich auszubilden. Zu diesem Zweck soll der Flächenwiderstand nicht zu plötzlich stark abfallen.

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Außerdem hat man derartige Wabenabsorber mit Die bei der Erfindung verwendeten zusätzlichen

einem Füllstoff ausgefüllt, dessen Dielektrizitätskon- HF-Absorber sind in ihrer Art an sich bekannt. Sie stante und dessen Permeabilität an der dem Wellen- bestehen aus Elementen, die eine zunehmende einfall zugewendeten Seite der Anordnung möglichst Dämpfung in Wellenfortpflanzungsrichtung, d. h. in der Dielektrizitätskonstante und Permeabilität der 5 Richtung zu der als elektrischer Kurzschluß wirken-Luft entspricht, während die Dielektrizitätskonstante den Abdeckung aufweisen. Sie können beispielsweise und gegebenenfalls die Permeabilität in Richtung als aus mehreren Schichten unterschiedlicher elekdes Fortschreitens der Welle zunimmt. Durch diese irischer Leitfähigkeit aufgebaute Absorberanordnun-Zunahme kann eine Verkürzung der Bautiefe dieser gen ausgebildet sein. Sie können auch aus einer Viel-Wabenabsorber erreicht werden. Dabei soll der io zahl kegelartig, pyramidal od. dgl. ausgebildeter Absorber eine genügende innere mechanische Festig- Elemente bestehen, die mit ihrer Grundfläche an die keit aufweisen. als elektrischer Kurzschluß wirkende Abdeckung

Die Erfindung geht aus von derartigen sogenannten anschließen und deren Spitzen in Richtung der Wabenabsorbern, die an der Rückseite mit einer als Wabenabsorbervorderseite weisen. Für die erfinelektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung ver- 15 dungsgemäße Anordnung eignen sich auch derartige sehen sind und die im Innenraum zusätzliche Füll- Elemente, die aus Trägerblöcken bestehen, die eine körper aufweisen. Vielzahl von konischen, z. B. kegeligen oder pyrami-

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die dalen Aussparungen aufweisen, die von der EIe-Bandbreite einer derartigen, aus Wabenabsorbern mentenrückseite mit den Spitzen nach der Vorderzusammengesetzten reflexionsarmen Dämpfungsan- 20 Seite weisend in die Elemente hineinragen und mit Ordnung zu vergrößern, insbesondere soll die obere elektrischen Widerstandsschichten an den Begren-Grenzfrequenz nach höheren Frequenzen verschoben zungsflächen der Aussparungen versehen sind. Diese werden, ohne daß der Raumbedarf der Anordnung Trägerblöcke sind derart in die wabenartig angeordgrößer wird. neten Wellenleiterrückteile eingesetzt, daß die mit

Die Erfindung besteht darin, daß die Füllkörper 25 den Aussparungen versehene Rückseite des Trägeran sich bekannte, mit einer als elektrischer Kurz- blockes an die als elektrischer Kurzschluß wirkende Schluß wirkenden Abdeckung 4, 7,10 an ihrer Rück- Abdeckung anschließt. Die Dämpfungsschichten bzw. seite versehene HF-Absorber 3 α bis 3 c; 5, 6; 8, 9 Dämpfungselemente sind z. B. aus geschäumtem sind, die in die Wellenleiter der Gruppe mit kleinster Kunststoff hergestellt. Dadurch wird das Gewicht der Wabenweite W₁ eingesetzt und derart bemessen sind, 30 Dämpfungsanordnung sehr niedrig gehalten, daß die untere Grenzfrequenz f_bu der HF-Absorber Die als elektrischer Kurzschluß wirkende Ab-

etwa dem Ein- bis Zweifachen der Frequenz f_amin deckung kann aus einer elektrisch gut leitfähigen des Reflexionsminimums der Wabenabsorber 1 ent- Schicht bestehen. So können Aluminiumfolien, Kupspricht. Das bedeutet, daß an sich bekannte, hier ferbleche oder aufgespritzte Metallschichten einkurz als HF-Absorber bezeichnete Dämpfungsanord- 35 gesetzt werden. Außerdem ist es möglich, ein nungen zusätzlich in die Wabenabsorber eingesetzt Maschengitter mit einer Maschenweite von beispielssind. Dabei sollen diese zusätzlichen HF-Absorber weise weniger als etwa ein Zehntel der kleinsten zu an der Rückseite mit einer als elektrischer Kurzschluß absorbierenden Wellenlänge zu benutzen, dessen wirkenden Abdeckung versehen und derart bemessen Maschengittermaterial elektrisch gut leitfähig aussein, daß die untere Grenzfrequenz der HF-Absorber 40 gebildet oder dessen Maschengitter mit einer eleketwa dem Ein- bis Zweifachen der Frequenz des irisch gut leitfähigen Schicht überzogen ist. Reflexionsminimums der Wabenabsorber entspricht. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme des Ein-

Diese zusätzlichen Absorber sind in die hinteren, satzes von zusätzlichen Absorberelementen in die engsten Wabenkamine eingesetzt. kleinsten Waben unter Verzicht auf Wabengruppen

Die Bandbreite der Dämpfungsabsorber richtet 45 außerordentlich kleiner Wabenweite wird die Bandsich, wie oben bereits erwähnt, nach dem Flächen- breite gegenüber einer Anordnung ohne diese Zusatzwiderstand der Dämpfungswände, der Wabenweite absorber wesentlich, z. B. um den Faktor 10, erhöht, und Wabenlänge. Durch Unterteilung der großen Die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung kann Waben gelingt es, kurzwelligere, d. h. höherfrequente aus zwei, drei oder mehreren Gruppen von Wellen-Wellen ebenfalls gut zu dämpfen. Die Bandbreite 50 leitern verschiedener Wabenweiten aufgebaut sein, derartiger seither bekannter Wabenabsorber für einen Erstrebenswert ist eine exponentiell Abnahme des Spannungsreflexionsfaktor von weniger als 10% be- Produktes aus Flächenwiderstand R_F der Wabenträgt etwa 1: 35. Aus technologischen Gründen war wände und Wabenweite R₁, ■ w. Diese exponentiell es seither ohne erheblichen Aufwand nicht möglich, Abnahme kann, wie oben beschrieben, auch stufendie obere Grenzfrequenz derartiger Wabenabsorber 55 weise in exponentieller Annäherung geschehen, zu sehr hohen Frequenzen zu verschieben. Dafür In Fig. 1 ist eine bereits bekannte, wabenförmig

wäre es notwendig, eine außerordentlich feine Unter- ausgebildete Dämpfungsanordnung dargestellt. Die teilung der kleinen Waben bis zu einer Wabenweite mit Widerstandslack bedeckten Hartpapierplatten 1 von Zentimeter und darunter vorzunehmen. In dieser sind senkrecht auf eine Reflexionswand 2 angeordnet, Größenordnung treten nun zusätzlich sehr uner- 60 so daß die Ebenen dieser Wabenwände etwa in wünschte Effekte auf, die den Reflexionsfaktor der Welleneinfallsrichtung γ verlaufen. In der dargestell-Dämpfungsanordnung bedeutend erhöhen. Diese ten Anordnung werden die größeren Waben in vier Effekte werden bestimmt durch die Schichtdicke und mittlere Waben und diese wiederum in vier kleinere das Material der Wabenwände. Sind nämlich die Waben unterteilt.

Schichtdicken der Wabenwände gegenüber der 65 In Fig. 2 ist ein SchnittAIA der in in Fig. 1 dar-Wabenweite nicht mehr vernachlässigbar, dann treten gestellten Anordnung angegeben. Aus dieser Figur Stoßstellen auf. Der Reflexionsfaktor wird stark geht hervor, daß die einzelnen Abschnitte gleicher erhöht. Wabenbreite etwa gleich lang ausgebildet sind.

In den F i g. 3 bis 8 sind zur weiteren Erläuterung Beispiele für die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung angegeben.

In der Fi g. 3 ist schematisch die erfindungsgemäße Anordnung von der Seite der einfallenden Wellen γ aus gesehen dargestellt.

In F i g. 4 ist ein Schnitt BIB der in F i g. 3 dargestellten Anordnung angegeben. Die Wabenweite der einzelnen Wellenleiter nimmt in Wellenfortschreitungsrichtung jeweils um die Hälfte von w₃ über w₂ nach W₁ ab. Beispielsweise etwa ein Sechstel bis ein Drittel der Wabentiefe der kleinsten Waben ist mit den absorbierenden Zusatzelementen 3 ausgefüllt und an der Rückseite mit der als elektrischer Kurzschluß dienenden Abdeckung 4 versehen. Diese Zusatzelemente bestehen aus drei Schichten. Diese Schichten weisen eine zunehmende elektrische Leitfähigkeit in Fortschreitungsrichtung der Wellen γ von der Schicht 3 α bis zur Schicht 3 c auf. Diese Schichten bestehen aus geschäumtem Kunststoff, beispielsweise aus Polyurethan, bzw. vernetztem Polyurethan, wie dem unter dem Warenzeichen »Moltopren« bekannten Stoff.

In der F i g. 5 sind kegelartige Dämpfungskörper im Schnitt dargestellt. Die Dämpfungskegel 5 sind mit Widerstandslack 6 versehen und auf einem Aluminiumblech 7, das als elektrischer Kurzschluß wirkt, aufgeklebt.

In der F i g. 6 ist im Schnitt ein Trägerblock 8 aus Schaumstoff dargestellt, der kegelartige Aussparungen 9 aufweist. Die Wände der Hohlkegel sind mit Widerstandslack 6 bedeckt. Dieser Trägerblock ist mit einem elektrisch gut leitfähigen Maschengitter 10 abgedeckt.

In der F i g. 7 ist die Rückfront eines derartigen Trägerblocks ohne die Maschendrahtabdeckung 10 dargestellt.

In der F i g. 8 ist als Beispiel der Verlauf des Reflexionsfaktors r (c) in Abhängigkeit von der Frequenz / bei einer erfmdungsgemäßen Dämpfungsanordnung dargestellt. Ohne die Zusatzabsorber wird ein Dämpfungsverlauf etwa nach Art der Kurve a erreicht. Bei der oberen Grenzfrequenz f_a steigt der Reflexionsfaktor über 10% an. Durch die Zusatzabsorber, deren Reflexionskurve b derart gewählt ist, daß ihre untere Grenzfrequenz f_bu etwa dem Ein- bis Zweifachen der Frequenz des Reflexionsminimums fa min der Anordnung ohne Zusatzabsorber entspricht, wird eine erhebliche Vergrößerung der Bandbreite der gesamten erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung erreicht.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Reflexionsarme, breitbandige Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, bestehend aus wabenförmig nebeneinander angeordneten, bedämpften Wellenleitern, die im wesentlichen in Wellenausbreitungsrichtung verlaufen und in mindestens zwei Gruppen mit jeweils etwa auf die Hälfte verminderter Wabenweite derart hintereinander aufgebaut sind, daß die Gruppe mit kleinerer Wabenweite an die von den einfallenden Wellen abgewandte Rückseite einer Gruppe mit größerer Wabenweite anschließt und an ihrer Rückseite mit einer als elektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung versehen ist, und die im Innenraum zusätzliche Füllkörper aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllkörper an sich bekannte, mit einer als elektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung (4, 7, 10) an ihrer Rückseite versehene HF-Absorber (3 α bis 3 c; 5, 6; 8, 9) sind, die in die Wellenleiter der Gruppe mit kleinster Wabenweite (W₁) eingesetzt und derart bemessen sind, daß die untere Grenzfrequenz (f_bu) der HF-Absorber etwa dem Ein- bis Zweifachen der Frequenz (f_amin) des Reflexionsminimums der Wabenabsorber (1) entspricht.

2. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Absorber aus Elementen bestehen, die eine zunehmende Dämpfung in Richtung der als elektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung aufweisen.

3. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante und gegebenenfalls die Permeabilität der Elemente in Richtung der als elektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung zunimmt.

4. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Absorber aus mehreren Schichten unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit bestehen.

5. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Absorber konisch, z. B. kegelig oder pyramidal, geformt und mit Widerstandsschichten bedeckt sind und daß sie mit ihrer Grundfläche an die als elektrischer Kurzschluß dienenden Abdeckung anschließen.

6. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Absorber aus Körpern bestehen, die eine Vielzahl von konischen, z. B. kegeligen oder pyramidalen, Aussparungen aufweisen, die von der Elementenrückseite mit den Spitzen nach der Vorderseite weisend in die Elemente hineinragen und die mit elektrischen Widerstandsschichten versehen sind.

7. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Absorber aus geschäumtem Kunststoff bestehen.

8. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die als elektrischer Kurzschluß wirkende Abdeckung aus einem Maschengitter mit elektrisch gut leitfähigem Maschendraht und einer Maschenweite von weniger als etwa ein Zehntel der kleinsten zu absorbierenden Wellenlänge besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1760 260;
französische Patentschrift Nr. 1287 228;
»Zeitschrift für angewandte Physik«, 1959, S. 453 bis 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 537/217 3.68

Bundesdri:ckerei Berlin