DE1268232B - Reflexionsarme Daempfungsanordnung fuer elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIq

Deutsche KL: 21a4-71

Nummer: 1268232

Aktenzeichen: P 12 68 232.5-35

Anmeldetag: 26. März 1963

Auslegetag: 16. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Trägerblock niedriger Dielektrizitätskonstante von weniger als ε — 2,6 mit einer den einfallenden Wellen zugewandten, im wesentlichen ebenen Vorderseite und einer den einfallenden Wellen abgewandten Rückseite, von der mit einer Widerstandsschicht bedeckte konische Aussparungen, z. B. Hohlkegel oder Hohlpyramiden, mit den Spitzen zur Vorderseite in den Trägerblock hineinragen, deren gegenseitiger Abstand für eine vorgegebene obere Grenzfrequenz hinreichend klein ist.

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

Es ist bereits bekannt, derartige Verkleidungen aus einer Vielzahl von konischen, insbesondere kegel- oder pyramidenförmigen, elektromagnetische Wellen dämpfenden Körpern zusammenzusetzen. Dabei weisen die Spitzen dieser konischen Körper von der Reflexionswand weg in Richtung zu den auftreffenden Wellen.

Da die einzelne Anbringung derartiger konischer Körper an den reflexionsarm zu verkleidenden Wänden umständlich ist und unter Umständen Schwierigkeiten bereitet, ist es bereits bekannt, sogenannte Hohlkegelplatten herzustellen. Derartige Hohlkegelplatten sind in der deutschen Patentschrift 1120 529 beschrieben. Dabei ist diese Hohlkegelplatte — im folgenden Trägerblock genannt — mit einer Anzahl von konischen Aussparungen, z. B. kegelartigen Aussparungen, versehen, die, von der Rückseite dieses Trägerblocks ausgehend, in diesen hinein verlaufen. Die Spitzen weisen in Richtung zur Vorderseite dieser Platte, die den auftreffenden Wellen zugewandt ist. Die Oberflächen dieser Aussparungen sind mit Widerstandsmaterial versehen. Dieses hat die Aufgabe, die elektromagnetischen Wellen zu dämpfen. Die kegelartigen Aussparungen sind dabei derart dicht aneinandergerückt, daß an der Trägerblockrückseite, die der Reflexionswand zugewandt ist, nur noch außerordentlich kleine Flächensegmente der ursprünglichen Plattenrückseite vorhanden sind, die nicht durch Stege der Trägerblockrückseite miteinander verbunden sind.

Reflexionsarme 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 - -

In den deutschen Patentanmeldungen S 84302 rXd/21a* und S 84344 IXd/21a⁴ ist vorgeschlagen worden, den Abstand zwischen den konischen Aussparungen so groß zu halten, daß um die Basisrandlinien jeder Aussparung eine geschlossene Fläche verbleibt, die einen Teil der Trägerblockrückseite bildet. Die Trägerblockrückseite ist mit einer als elektrischer Kurzschluß wirkenden Absorberabdekkung versehen und mit in den Aussparungen befindlichen Widerstandsschichten elektrisch kontaktiert. Die konischen Aussparungen dieser vorgeschlagenen Dämpfungsanordnungen sind mindestens teilweise mit einem Absorberfüllstoff gefüllt, der mindestens gleich gute Eigenschaften wie das Trägerblockmaterial besitzt. In der zweitgenannten Patentanmeldung sind die konischen Aussparungen ungleich lang ausgebildet.

Die Rückseite einer Schachtabsorbervorrichtung mit einer als elektrischer Kurzschluß wirkenden Abdeckung zu versehen, ist aus der »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 11, 1959, H. 12, S. 453 bis 455, bekannt. Es ist dort auch bekannt, die Widerstandsschichten auf den Schachtwänden mit der Rückseite der Absorbervorrichtung elektrisch zu kontaktieren.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine derartige reflexionsarme Dämpfungsanordnung bei gleichem oder insbesondere geringerem Reflexionsfaktor kürzer als seither üblich auszubilden. Insbesondere bei der Dämpfung von Meterwellen werden derartige Dämpfungsanordnungen relativ dick. So weisen diese Dämpfungskörper Bautiefen von mehr als einem Drittel der größten zu dämpfenden Wellenlänge auf, wenn ein Spannungsreflexionsfaktor von weniger als 10% erreicht werden soll. Bei noch geringerer Span-

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nungsrenexion von 3% sind derartige Dämpfungselemente sogar vier Fünftel der maximal zu dämpfenden Wellenlänge dick. Das bedeutet, daß die Kegel bzw. Trägerblöcke Bautiefen von bis zu 1 m und gegebenenfalls darüber hinaus aufweisen. Ein Ziel der Erfindung ist die Verminderung der Bautiefe. Auf diese Weise wird es möglich, mehr freien Raum in dem Meßraum zu gewinnen. Außerdem ist die Einsparung an dämpfendem Material sehr wesentlich für die Kostenverminderung derartiger Dämpfungsanordnungen. Die Verminderung des Reflexionsfaktors stellt ebenso eine Aufgabe der Erfindung dar. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine weitgehende Verminderung des Reflexionsfaktors bzw. der Bautiefe bei der eingangs geschilderten Dämpfungsanordnung erreicht werden kann, wenn die obengenannte Dämpfungsanordnung erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale verbessert ist:

a) Der Abstand zwischen den konischen Aussparungen ist so groß gehalten, daß um die Basisrandlinien jeder Aussparung eine geschlossene Fläche verbleibt, die einen Teil der Trägerblockrückseite bildet;

b) die Trägerblockrückseite ist mit einer an sich bekannten, als elektrischer Kurzschluß wirkenden Absorberabdeckung versehen und mit in den Aussparungen befindlichen Widerstandsschichten elektrisch kontaktiert;

c) die relative Permeabilität beträgt weniger als 1,5, und die Differenz der Realteile der Dielektrizitätskonstanten und der Permeabilität des Trägerblocks ε — μ liegt zwischen +0,1 und +0,3.

Eingehende theoretische und experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß die erfindungsgemäße Ausbildung der Dämpfungsanordnung mit der an der Trägerblockrückseite angebrachten, als elektrischer Kurzschluß wirkenden Schicht sowie der Zuordnung der Aussparungen und der Wahl des Trägerblockmaterials außerordentlich große Verbesserungen im Sinne der Aufgabe der Erfindung erreichen läßt. Beträgt die relative Permeabilität des Trägerblocks etwa μ,.=1,0, dann werden die maximal besten Ergebnisse, d. h. die geringsten Reflexionsfaktoren bei gleichzeitig geringster Bautiefe mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,2 ~-1,3 erreicht. Durch Verwendung von Stoffen derartiger Dielektrizitätskonstante, z. B. von Kunstschaumstoffen gegebenenfalls mit dielektrischem Füllmaterial, läßt sich die Bautiefe der Absorber geringer halten als bei einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 1,2. Im Gegensatz dazu führt eine vergrößerte Dielektrizitätskonstante von mehr als 1,3 wohl zu einer noch kürzeren Bautiefe des Trägerblocks, jedoch wird gleichzeitig der Reflexionsfaktor vergrößert. Die erfindungsgemäße Begrenzung der Dielektrizitätskonstante zwischen 1,2 und 1,3 bei einem μ von etwa 1,0 ergibt daher optimale Werte.

Gegenüber dieser erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung wird eine weitere Verbesserung, insbesondere eine kleinere Bautiefe, bei gleichgünstigen Reflexionsfaktoren dann erzielt, wenn der Schaumstoff des Trägerblocks durch Zusätze eines permeablen Werkstoffes eine Permeabilität zwischen etwa 1,0 und 1,5 aufweist. Wie umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, soll dabei die Differenz ε— μ' zwischen etwa +0,1 und +0,3 betragen. Bei Zusatz eines permeablen Füllstoffes im Trägerblock kann daher die Dielektrizitätskonstante auch größer als 1,3 sein, solange die oben angegebene Differenz ε'—μ' eingehalten ist. Die erzielte Verkürzung der Bautiefe gegenüber Absorbern mit einer Permeabilität von μ=μ₀, d.h. μ_Γΐ1=1, ist dann μ'. Wird beispielsweise !Carbonyleisenpulver als permeabler Füllstoff verwendet und ein μ' von etwa 1,4 erreicht, dann kann die relative Dielektrizitätskonstante etwa ίο 1,6 betragen, ohne daß der Reflexionsfaktor gegenüber einem Absorber mit &' = 1,2 bei einem μ' von 1,0 vergrößert ist. Die Bautiefe wurde dagegen um den Faktor 1,4 verringert. Dieses Ergebnis ist um so überraschender, als man wegen der bekannten Wellenwiderstandsanpassung Z = 1/-^- die relative

Permeabilität seither möglichst gleich der relativen Dielektrizitätskonstante wählte. Es wird eine Breitbandigkeit bei einem Reflexionsfaktor r<C 10 °/o von

beispielsweise

J m

> 1:50 erreicht.

In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Aussparungen des Trägerblocks mit einem Füllstoff ausgefüllt. Dieser Füllstoff soll eine Dielektrizitätskonstante und gegebenenfalls Permeabilität aufweisen, die gleich oder größer als diejenige des Trägerblockes sind. Diese Füllstoffe können z. B. ebenfalls als Kegel oder Pyramiden ausgestaltet sein, wenn die Aussparungen des Trägerblocks kegel- bzw. pyramidenförmig ausgebildet sind. Die Füllelemente brauchen dabei nicht den gesamten freien Raum der Aussparungen auszufüllen. Vorteilhaft ist es, auch sie selbst oder ihre Oberflächen mit elektrischem Widerstandsmaterial zu füllen bzw. zu bedecken, so daß der Flächenwiderstand der gesamten Anordnung von der Trägerblockvorderseite zur Rückseite, beispielsweise in exponentieller Annäherung, zunimmt. In weiterer Ausbildung der Erfindung weist der Trägerblock unterschiedlich lange Aussparungen auf.

So ist beispielsweise eine Mehrzahl von Reihen und Spalten mit relativ langen Aussparungen im Trägerblock vorgesehen. Zwischen diesen größeren Aussparungen können dann zusätzlich noch kleinere Aussparungen angeordnet sein. Durch diese Ausbildung wird in einfacher Weise eine Abnahme des Flächenwiderstandes des Absorbers in Richtung zur Absorberrückseite in grob angenähertem exponentiellem Verlauf erreicht.

Die als elektrischer Kurzschluß wirkende Abdeckung an der Trägerblockrückseite kann als elektrisch leitfähige Platte, als Metallfolie oder beispielsweise auch als hinreichend enges Maschengitter ausgebildet sein. Das Maschengitter soll dabei eine kleinere Maschenweite als etwa ein Zehntel der kleinsten zu dämpfenden Wellenlänge aufweisen. Der Maschendraht selbst oder ein Überzug über diesen Maschendraht weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. So kann der Draht aus Kupfer bestehen, oder der Draht ist mit einer dünnen Kupferschicht überzogen.

Die Ausfüllung der Aussparungen mit dielektrisch wirkendem Material kann z. B. auch derart geschehen, daß der Trägerblock, dessen Aussparungen mit Widerstandsschichten bedeckt sind, mit dielektrischem Material ausgegossen wird. Dieses Füllstoffmaterial kann zur weiteren Bautiefeverminderung eine relative Permeabilität von mehr als 1 aufweisen. Diese relative Permeabilität soll allerdings ebenfalls wie beim

Trägerblockmaterial kleiner als die relative Dielektrizitätskonstante dieses Füllstoffs sein.

Das Material sowohl des Trägerblocks als auch des Füllstoffs kann starr oder flexibel ausgebildet sein. Vorteilhaft werden leichte Baustoffe, z. B. geschäumter Kunststoff, verwendet. Insbesondere ist es vorteilhaft, nicht brennbare, feuerhemmende oder selbstlöschende Stoffe zu benutzen oder die Absorberkörper mit Feuerdämmitteln zu bespritzen bzw. zu tränken. Die Widerstandsschichten, z. B. rußhaltige Lacke, in den Aussparungen und gegebenenfalls auf den Füllkörpern können durch Spritzen, Tauchen, Einschäumen, Eingießen, Aufdampfen oder in ähnlicher Weise auf die Innen- bzw. Außenflächen der konischen Aussparungen und Füllkörper aufgebracht sein.

Der öffnungswinkel, insbesondere der längsten Aussparungen, soll kleiner als 15° sein. Auf diese Weise wird eine besonders gute Dämpfung bei sehr geringem Reflexionsfaktor auch für Wellen eintreten, die wesentlich von einem senkrechten Einfall auf die Trägerblockvorderseite abweichen.

In den Fig. 1 bis 4 sind Beispiele für die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung angegeben.

In F i g. 1 ist ein Ausschnitt aus einer erfmdungsgemäßen Dämpfungsanordnung im Schnitt dargestellt. Der Trägerblock 1 besteht aus einem geschäumten Werkstoff, z. B. Polystyrol- oder Phenolharzschaum. Er ist mit kegelartigen Aussparungen 2 versehen, die von der Rückseite des Trägerblocks in Richtung zur Vorderseite 3 verlaufen. Die elektromagnetischen Wellen treffen beispielsweise in Pfeilrichtung y, also im wesentlichen senkrecht, auf die Trägerblockvorderseite 3 auf. Die Wandungen der Aussparungen 2 sind mit Widerstandsmaterial 4, z. B. Ruß-Graphit-Lacken, bedeckt. In die Aussparungen 2 sind Füllstoffe 5 aus z. B. Polystyrol, Polytetrafluoräthylen oder Gemischen aus thermoplastischen Kunststoffen mit z. B. Titandioxydfüllung mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die des Trägerblocks 1 gefüllt. Die Trägerblockrückseite ist mit einer elektrisch leitfähigen Aluminiumplatte 6 abgedeckt. Die Dielektrizitätskonstante des Trägerblockmaterials beträgt etwa ε = 1,25, die relative Permeabilität beträgt etwa μ = 1,0.

In F i g. 2 ist ein Ausschnitt einer Rückansicht der erfindungsgemäßen Anordnung der Deutlichkeit halber unter Entfernung der Aluminiumplatte dargestellt. Dabei kommt zum Ausdruck, daß sich die Basisrandlinien 2' benachbarter Kegel nicht berühren, so daß zwischen den einzelnen Kegeln noch zusammenhängende, mit Widerstandsschichten 4 bedeckte Flächen 7 der Absorberrückseite verbleiben. Die mit dielektrischem Material einer Dielektrizitätskonstante von beispielsweise ε zn 5 ausgegossenen Aussparungen sind an der Rückseite mit der in dieser Figur nicht dargestellten Aluminiumplatte 6 bedeckt. Diese ist an den Flächen 7 mit den innerhalb der Aussparungen befindlichen Widerstandsschichten 4 kontaktiert.

In F i g. 3 ist eine weitere Ausbildung der Erfindung dargestellt, bei der im Trägerblock 1 unterschiedlich lange Aussparungen 2 a und 2 b enthalten sind. In diesen Aussparungen sind kegelartige Füllkörper eingesetzt. In den längeren kegelförmigen Aussparungen 2 α sind jeweils ein Hohlkegel 5 a und ein weiterer kleinerer Kegel 5 b und in den kleineren Aussparungen 2 b nur die kleineren Kegel 5 b eingesetzt. Die Innenseiten der Aussparungen und die Außenseiten der Kegel sind mit Widerstandsmaterial bedeckt. Dabei weist das Widerstandsmaterial der kleineren Kegel 5 b eine gleiche oder höhere elektrische Leitfähigkeit als die der größeren Kegel 5 a und der Aussparungswiderstandsschichten auf. Die Rückseite des Trägerblocks ist mit einer Aluminiumfolie 6 abgedeckt.

In F i g. 4 ist schematisch die Abhängigkeit der Bautiefe BT und des Reflexionsfaktors r von der Dielektrizitätskonstante ε dargestellt. Als Parameter sind die Permeabilitäten des Trägerblockmaterials angegeben. Mit zunehmender Dielektrizitätskonstante wird die Bautiefe verringert. Gleichzeitig steigt dafür der Reflexionsfaktor an. Wird die Permeabilität des Trägerblocks erhöht, ζ. Β. μ'=1,2 gewählt, dann wird bei Verringerung der Bautiefe auch ein geringerer Reflexionsfaktor erreicht. Innerhalb des Bereiches zwischen μ = 1,0 und μ = 1,5 und bei einer Dielektrizitätskonstante von etwa 1,2 bis etwa 1,7 haben sich optimal günstig Bautiefen und Reflexionsfaktoren ergeben.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Reflexionsarme Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Trägerblock niedriger Dielektrizitätskonstante von weniger als ε = 2,6 mit einer den einfallenden Wellen zugewandten, im wesentlichen ebenen Vorderseite und einer den einfallenden Wellen abgewandten Rückseite, von der mit einer Widerstandsschicht bedeckte konische Aussparungen, z. B. Hohlkegel oder Hohlpyramiden, mit den Spitzen zur Vorderseite in den Trägerblock hineinragen, deren gegenseitiger Abstand für eine vorgegebene obere Grenzfrequenz hinreichend klein ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Der Abstand zwischen den konischen Aussparungen (2) ist so groß gehalten, daß um die Basisrandlinien (2') jeder Aussparung (2) eine geschlossene Fläche (7) verbleibt, die einen Teil der Trägerblockrückseite bildet;

b) die Trägerblockrückseite ist mit einer an sich bekannten, als elektrischer Kurzschluß wirkenden Absorberabdeckung (6) versehen und mit in den Aussparungen (2) befindlichen Widerstandsschichten (4) elektrisch kontaktiert;

c) die relative Permeabilität beträgt weniger als 1,5, und die Differenz der Realteile der Dielektrizitätskonstanten und der Permeabilität des Trägerblocks ε—μ liegt zwischen + 0,1 und +0,3.

2. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante des Trägerblocks bei einer relativen Permeabilität von etwa μ_τ = 1,0 etwa 1,2 -^ 1,3 beträgt.

3. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Dielektrizitätskonstante des Trägerblocks bei einer relativen Permeabilität von etwa μ_τ = 1,2 etwa 1,4 beträgt.

4. Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Aussparungen ungleich lang ausgebildet sind.

5. Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Aussparungen mindestens teilweise mit einem Füllstoff gefüllt sind, der mindestens gleich gut dielektrisch wie das Trägerblockmaterial wirkt.

6. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff als konisches, z. B. kegeliges oder pyramidales Element ausgebildet ist.

7. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffelemente an den Außen- und/oder Innenflächen mit Widerstandsmaterial bedeckt sind.

8. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine relative Permeabilität von mehr als Eins aufweist.

9. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus mehreren ineinandergeschachtelten konischen Elementen, z. B. Hohlkegeln oder Hohlpyramiden, besteht, deren Dielektrizitätskonstante von den größeren zu den kleineren Füllstoffelementen zunimmt.

10. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der konischen Aussparungen weniger als etwa 15° beträgt.

11. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock und/oder der Füllstoff aus geschäumtem Kunststoff bestehen.

12. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock und gegebenenfalls der Füllstoff flexibel ausgebildet sind.

13. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock und/oder der Füllstoff aus brennbarem Material bestehen und/oder mit einer feuerhemmenden Schutzhülle versehen sind.

14. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung der Trägerblockrückseite als ein Maschengitter mit einer Maschenweite von weniger als ein Zehntel der kürzesten zu dämpfenden Wellenlänge ausgebildet ist, das aus elektrisch gut leitfähigem Maschendraht besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1120 529;
»Zeitschrift für angewandte Physik«, 1959, Bd. 11, H. 12, S. 453 bis 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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