DE102008051028A1 - Arrangement for absorbing electromagnetic waves and absorber plate - Google Patents
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Abstract
Bei einer Anordnung (1) zur Absorption von elektromagnetischen Wellen (2), bei der mehrere metallisch leitende Nano-Filme (4) in einem elektromagnetische Wellen (2) aufweisenden Raum angeordnet sind, der durch mehrere Metallwände (5) begrenzt ist, wird zur Schaffung einer reflexionsarmen und frequenzunabhängigen Absorberanordnung vorgeschlagen, dass die Nano-Filme (4) einen Flächenwiderstand Z zwischen 10 und 1.000 Omega aufweisen und so im Bereich der Metallwände (5) angeordnet sind, dass bei einem sich an einem bestimmten Ort zwischen den Metallwänden (5) befindenden Sender (6) eine n-fache Mehrfachreflexion der vom Sender (6) in Richtung aller Bereiche der Wände (5) emittierten elektromagnetischen Wellen (2) zwischen den Nano-Filmen (4) stattfindet.In an arrangement (1) for absorbing electromagnetic waves (2) in which a plurality of metallically conductive nano-films (4) are arranged in a space having electromagnetic waves (2) bounded by a plurality of metal walls (5), becomes To provide a low-reflection and frequency-independent absorber arrangement proposed that the nano-films (4) have a sheet resistance Z between 10 and 1000 omega and are arranged in the region of the metal walls (5) that at a certain location between the metal walls (5 ) located transmitter (6) an n-fold multiple reflection of the transmitter (6) in the direction of all areas of the walls (5) emitted electromagnetic waves (2) between the nano-films (4) takes place.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Absorption von elektromagnetischen Wellen, bei der mehrere metallisch leitende Nano-Filme in einem elektromagnetische Wellen aufweisenden Raum angeordnet sind, der durch mehrere Metallwände begrenzt ist, sowie eine Absorberplatte zur Absorption von auf eine Plattenoberfläche einfallenden elektromagnetischen Wellen.The The invention relates to an arrangement for the absorption of electromagnetic Waves in which several metallically conductive nano-films in an electromagnetic Waves having space arranged through several metal walls is limited, as well as an absorber plate for absorption of a Plate surface incident electromagnetic waves.
Eine
derartige Anordnung metallisch leitender Nano-Filme in einem durch
mehrere Metallwände begrenzten Raum und Absorberplatte
zur Absorption von auf eine Plattenoberfläche einfallenden
elektromagnetischen Wellen sind aus der
Mit
der bekannten Anordnung kann ein relativ breitbandiges Spektrum
von elektromagnetischer Strahlung bis etwa 10 GHz absorbiert werden.
Statt der bis zu 3 m langen Pyramiden werden auf den Metallwänden
des EMV-Raums Ferrit-Platten angebracht. Diese besitzen einen reflexionsarmen
Frequenzbereich von etwa 30 MHz bis etwa 1 GHz. Den höherfrequenten
Bereich absorbieren dann auf die Ferrit-Platten montierte kleinere
pyramidenförmige Schaumstoff- oder Metallfolien-Absorberelemente, wie
sie aus der
Nachteilig bei den Schaumstoffabsorbern sind die Frequenzabhängigkeit der Reflexion, die Brandgefahr und die begrenzte Lebensdauer. Bei den Metallfolien-Absorberelementen können zwar brandlastarme Folienträger eingesetzt werden. Nachteilig sind jedoch die Kosten derartiger in der Regel pyramidenförmiger Absorberelemente und der nach oben hin begrenzte Frequenzbereich.adversely with the foam absorbers are the frequency dependence the reflection, the fire danger and the limited lifespan. Both Although metal foil absorber elements can be low-fire Film carrier can be used. However, they are disadvantageous the cost of such usually pyramid-shaped absorber elements and the upwardly limited frequency range.
Bei den durch Kombination von Ferrit-Platten und pyramidenförmigen Absorberelementen bestehenden Hybrid-Absorbern wird zwar ein größeres Spektrum von elektromagnetischer Strahlung absorbiert. Die reflexionsarme Wirkung ist jedoch aufgrund der Form und der Resonanzfrequenz der Ferrite frequenzabhängig. Darüber hinaus sind die Bauteile relativ kostenintensiv.at the combination of ferrite plates and pyramidal Absorber elements existing hybrid absorber is indeed a wider range absorbed by electromagnetic radiation. The low-reflection However, due to the shape and resonant frequency of the effect Ferrites frequency dependent. In addition, are the components are relatively expensive.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine reflexionsarme, frequenzunabhängige und brandlastarme Anordnung zur Absorption elektromagnetischer Wellen im Frequenzbereich unterhalb des Infrarotgebietes bereitzustellen.Of the The present invention is therefore based on the object, a low reflection, frequency-independent and low-fire arrangement for absorption electromagnetic waves in the frequency range below the infrared range provide.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Nano-Filme einen Flächenwiderstand Z zwischen 10 und 1.000 Ω aufweisen und so im Bereich der Metallwände des elektromagnetische Wellen aufweisenden Raums angeordnet sind, dass bei einem sich an einem bestimmten Ort zwischen den Metallwänden befindenden Sender eine n-fache Mehrfachreflexion der vom Sender in Richtung aller Bereiche der Wände emittierten elektromagnetischen Wellen zwischen den Nano-Filmen stattfindet.The Task is according to the invention in an arrangement of the type mentioned solved in that the nano-films have a sheet resistance Z between 10 and 1000 Ω and so in the area of the metal walls of the electromagnetic waves having arranged space, that at a on a certain location between the metal walls located transmitter an n-fold multiple reflection of the transmitter in the direction of all areas the walls emitted electromagnetic waves between the nano-films takes place.
Unter metallisch leitenden Nano-Filmen werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung metallisch leitende Folien, Filme oder Schichten bezeichnet, die eine Dicke von 5 nm bis 100.000 nm, vorzugsweise 10 nm bis 100 nm, aufweisen.Under Metallic conductive nano-films are associated with the present invention metallically conductive films, films or layers denotes a thickness of 5 nm to 100,000 nm, preferably 10 nm to 100 nm.
Metallisch
leitende Nano-Filme mit einem Flächenwiderstand Z zwischen
10 und 1.000 Ω besitzen im Frequenzbereich ab dem Infrarotgebiet
eine frequenzunabhängige Reflexion. Wie aus den
Geht man von einem Einfallswinkel θ = 45° aus, so ergibt sich eine Reflexion von etwa 0,3 bei beliebiger Polarisation der Wellen in einem Flächenwiderstandsbereich zwischen 80 und 160 Ω. Bei anderen Einfallswinkeln θ lassen sich aufgrund der obigen Beziehung durch eine geeignete Wahl der Filmdicke d und Leitfähigkeit σ der Nano-Filme entsprechend günstige Reflexions-Werte ermitteln. Insgesamt kann die Einfallswinkel- und Polarisationsabhängigkeit der Reflexion und der Absorption durch eine entsprechende Flächenwiderstandswahl und geometrische Anordnung der Nano-Filme so ausgeglichen werden, dass die Reflexion in den Raum minimiert werden kann.Assuming an angle of incidence θ = 45 °, the result is a reflection of about 0.3 at any polarization of the waves in a surface resistance range between 80 and 160 Ω. At other angles of incidence θ, due to the above relationship, by a suitable choice of the film thickness d and the conductivity σ of the nano-films can be corresponded Determine favorable reflection values. Overall, the angle of incidence and polarization dependence of the reflection and the absorption can be compensated for by a corresponding surface resistance selection and geometric arrangement of the nano-films so that the reflection in the space can be minimized.
Werden die metallisch leitenden Nano-Filme gemäß der vorliegenden Erfindung vor den reflektierenden Metallwänden eines EMV-Raums so angeordnet, dass es zu Mehrfachreflexionen der Anzahl n kommt, so ist die restliche reflektierte Leistung durch die Beziehung R(gesamt) = Rn gegeben.If the metallic-conductive nano-films according to the present invention are arranged in front of the reflective metal walls of an EMC space so that multiple reflections of the number n occur, the remaining reflected power is given by the relationship R (total) = R n .
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann eine gegenüber dem Stand der Technik reflexionsarme und frequenzunabhängige Absorberanordnung erhalten werden. Darüber hinaus kann die Anordnung kostengünstiger und brandlastärmer durch geeignete Träger für die metallisch leitenden Nano-Filme hergestellt werden. Gegenüber den entsprechenden pyramidenförmigen Absorbern reduziert sich der Materialaufwand um etwa 80%.by virtue of the arrangement according to the invention can be compared with the prior art low reflection and frequency independent Absorber arrangement can be obtained. In addition, the Arrangement cost-effective and low-fire through suitable carrier for the metallically conductive nano-films getting produced. Opposite the corresponding pyramidal Absorbers reduce the cost of materials by about 80%.
Zweckmäßigerweise sollte die Anzahl n der Mehrfachreflexionen an den Nano-Filmen ≥ 3 sein.Conveniently, the number n of multiple reflections on the nano-films should be ≥ 3 be.
Vorzugsweise beträgt die Anzahl n der Mehrfachreflexionen mindestens 5. Bei einer Reflexion (R) von 25% wird somit eine Gesamtreflexion R(gesamt) = 0,255 = 0,001 bzw. –30 dB erreicht.The number n of the multiple reflections is preferably at least 5. With a reflection (R) of 25%, a total reflection R (total) = 0.25 5 = 0.001 or -30 dB is thus achieved.
In einer besonders einfachen Ausbildung der Erfindung weisen die metallisch leitenden Nano-Filme den gleichen Flächenwiderstand Z auf. Dieser wird unter Berücksichtigung des Ein fallswinkels θ der elektromagnetischen Wellen auf die Nano-Filme und der Polarisation (sowohl TM- als auch TE-Polarisation) so gewählt, dass sich eine für eine minimale Gesamtreflexion R(gesamt) günstige Reflexion R zwischen 20% und 70% an den einzelnen Nano-Filmen ergibt.In a particularly simple embodiment of the invention, the metallic conductive nano-films have the same surface resistance Z. This is in consideration of the Einfallwinkels θ of the electromagnetic Waves on the nano-films and the polarization (both TM and TE polarization) chosen so that a for a minimal total reflection R (total) favorable reflection R gives between 20% and 70% of the individual nano-films.
Die Gesamtreflexion der elektromagnetischen Wellen kann durch eine geeignete Auswahl des Flächenwiderstands Z und/oder eine geeignete Anordnung der Nano-Filme im Bereich der Metallwände des EMV-Raums, insbesondere die individuelle Winkeleinstellung der einzelnen Nano-Filmen, empirisch minimiert werden.The Total reflection of the electromagnetic waves can be achieved by a suitable Selection of sheet resistance Z and / or a suitable arrangement the nano-films in the area of the metal walls of the EMC room, in particular the individual angle adjustment of the individual nano-films, empirical be minimized.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Reflexion an den einzelnen Nano-Folien in dem bevorzugten Bereich zwischen 20% und 70% aufgrund der oben genannten Beziehungen zwischen dem Flächenwiderstand Z bzw. der Dicke d und Leitfähigkeit σ der Nano-Filme und dem Einfallswinkel, mit dem die elektromagnetischen Wellen auf die Nano-Filme der Anordnung treffen, theoretisch zu ermitteln und zu minimieren.A Another possibility is the reflection on the individual nano-films in the preferred range between 20% and 70% due to the above relationships between the sheet resistance Z or the thickness d and conductivity σ of the nano-films and the angle of incidence at which the electromagnetic waves rise make the arrangement nano-films, theoretically detect and to minimize.
Bei einer gegebenen Anordnung von Nano-Filmen im Bereich der Metallwände des EMV-Raums mit vorgegebener Winkelstellung der einzelnen Nano-Filme, die eine Mehrfachreflexion der einfallenden elektromagnetischen Wellen gewährleistet, kann der durchschnittliche Einfallswinkel bezüglich aller Nano-Filme ermittelt werden. Aufgrund der oben angegebenen Beziehung kann dann, ausgehend von diesem durchschnittlichen Einfallswinkel, ein günstiger Flächenwiderstand Z für die Nano-Filme ausgewählt werden, um unter Berücksichtigung der TM- bzw. TE-Polarisation der elektromagnetischen Wellen die Gesamt-Reflexion zu minimieren.at a given arrangement of nano-films in the area of the metal walls the EMC space with given angular position of the individual nano-films, which is a multiple reflection of the incident electromagnetic Ensures waves, the average angle of incidence can be all nano-movies are detected. Due to the above Relationship can then, starting from this average angle of incidence, a favorable sheet resistance Z for The nano-films are chosen to be considered the TM or TE polarization of the electromagnetic waves the To minimize total reflection.
Bei
einer Anordnung, gemäß der die Einfallswinkel
statistisch etwa gleichmäßig verteilt sind, kann von
einem durchschnittlichen Einfallswinkel von 45° ausgegangen
werden. Unter Berücksichtigung der TM- bzw. TE-Polarisation
der elektromagnetischen Wellen ergibt sich aus den Reflexions-Kurven
der
Eine weitere Optimierung der Reflexion kann dadurch erreicht werden, dass die Flächenwiderstände der Nano-Filme innerhalb der Anordnung bereichsweise ausgewählt werden. Insbesondere können die Bereiche durch unterschiedliche Einfallswinkel der elektromagnetischen Wellen auf die Nano-Filme in den jeweiligen Bereichen bestimmt sein. In Abhängigkeit von den Einfallswinkeln und der Polarisation der elektromagnetischen Wellen können dann die Flächenwiderstände Z so gewählt werden, dass die Gesamtreflexion minimal ist, d. h. die Reflexion an den einzelnen Nano-Filmen zwischen 20% und 70% beträgt.A further optimization of the reflection can be achieved by that the surface resistances of nano-films within The arrangement can be selected in areas. Especially The areas can be affected by different angles of incidence the electromagnetic waves on the nano-films in the respective Be determined areas. Depending on the angles of incidence and the polarization of the electromagnetic waves then the surface resistances Z chosen so be that the total reflection is minimal, d. H. the reflection on the individual nano-films between 20% and 70%.
Zwecks Winkeleinstellung der Nano-Filme können diese schwenkbar an den Metallwänden des EMV-Raums oder an Trägerkonstruktionen im Bereich der Metallwände angeordnet sein.For the purpose of Angular adjustment of nano-films can this be pivoted on the metal walls of the EMC room or on support structures be arranged in the region of the metal walls.
Die Nano-Filme können aus einem anorganischen Material, vorzugsweise Aluminium, bestehen.The Nano-films may be made of an inorganic material, preferably Aluminum, consist.
Andererseits können die Nano-Filme auch aus einem organischen Metall bestehen.on the other hand The nano-films can also be made from an organic metal consist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Nano-Filme auf einem Polymer-Trägerfilm aufgebracht.In A preferred embodiment of the invention are the nano-films applied to a polymer carrier film.
Die Dicke des Polymer-Trägerfilms beträgt vorzugsweise zwischen 5 μm und 100 μm.The Thickness of the polymer carrier film is preferably between 5 μm and 100 μm.
In einer bevorzugten Ausführung bestehen die Polymer-Trägerfilme aus Polyethylen.In In a preferred embodiment, the polymer carrier films are made made of polyethylene.
Die Nano-Filme können mit ihren Polymer-Trägerfilmen an Stützkonstruktionen aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante nahe 1 im Raum angeordnet sein. Vorzugsweise besteht die Stützkonstruktion aus feuerfesten Kalziumsili kat-Platten.The Nano-films can with their polymer carrier films on support structures made of a material with a dielectric constant be located near 1 in the room. Preferably, the support structure consists made of refractory calcium silicate kat plates.
Für eine Absorber-Platte zur Absorption von auf eine Plattenoberfläche einfallenden elektromagnetischen Wellen wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass in mindestens einer parallel zur Plattenoberfläche verlaufenden Schicht mehrere metallisch leitende Nano-Filme mit einem Flächenwiderstand Z zwischen 10 und 1.000 Ω so angeordnet sind, dass sie in einem von 0 verschiedenen Winkel zur Plattenoberfläche verlaufen und bei auf die Plattenoberfläche einfallenden elektromagnetischen Wellen eine n-fache Mehrfachreflexion zwischen den Nano-Filmen stattfindet.For an absorber plate for absorption onto a plate surface incident electromagnetic waves is the basis of the invention lying task solved in that in at least one several parallel to the plate surface extending layer Metallic conductive nano-films with a sheet resistance Z are arranged between 10 and 1000 Ω so that they at a different angle from 0 to the plate surface run and incident on the disk surface electromagnetic waves an n-fold multiple reflection between the nano-films takes place.
In einer bevorzugten Ausführung der Absorber-Platte sind die Nano-Filme in einem Winkel etwa zwischen 20° und 70° gegenüber der Plattenoberfläche angeordnet.In a preferred embodiment of the absorber plate are the Nano-films at an angle approximately between 20 ° and 70 ° opposite the disk surface arranged.
Die Abstände zwischen den Nano-Filmen in der Absorber-Platte sind vorteilhafterweise so gewählt, dass sich eine reflexionsarme Absorption für den Wellenlängenbereich 1 μm bis |1000 mm| ergibt.The Distances between the nano-films in the absorber plate are advantageously chosen so that a low reflection Absorption for the wavelength range 1 μm to | 1000 mm | results.
Der Flächenwiderstand der Nano-Filme kann in Abhängigkeit von der Polarisation der elektromagnetischen Wellen so gewählt sein, dass die empirisch ermittelte Gesamtreflexion der elektromagnetischen Wellen minimal ist.Of the Sheet resistance of nano-films may vary so chosen by the polarization of the electromagnetic waves be that the empirically determined total reflection of the electromagnetic waves is minimal.
Andererseits kann der Flächenwiderstand Z der Nano-Filme in Abhängigkeit von einem angenommenen Einfallswinkel, mit dem die elektromagnetischen Wellen auf die Plattenoberfläche treffen, und der Polarisation so gewählt sein, dass die daraus theoretisch ermittelte Gesamtreflexion minimal ist.on the other hand can the sheet resistance Z of the nano-films depending from an assumed angle of incidence with which the electromagnetic Waves on the plate surface, and the polarization be chosen so that the theoretically determined Total reflection is minimal.
Bei dem angenommenen Einfallswinkel kann es sich um den durchschnittlichen Einfallswinkel der elektromagnetischen Wellen auf die Plattenoberfläche handeln. Ist der Einfallswinkel statistisch etwa gleichmäßig verteilt, kann ein Einfallswinkel von 45° angenommen werden und der Flächenwider stand Z so gewählt werden, dass sich aufgrund dieses Winkels und der beiden Polarisationen (TM- bzw. TE-Polarisation) theoretisch eine minimale Gesamtreflexion ergibt.at the assumed angle of incidence may be the average Angle of incidence of electromagnetic waves on the disk surface act. Is the angle of incidence statistically approximately even distributed, an angle of incidence of 45 ° can be assumed and the area resistance Z stood to be chosen so that due to this angle and the two polarizations (TM or TE polarization) theoretically gives a minimum total reflection.
Die Nano-Filme können zueinander parallel verlaufend in der mindestens einen Schicht der Absorber-Platte angeordnet sein. Vorzugsweise besitzen die Nano-Filme gleiche Abstände.The Nano-films can run parallel to each other in the be arranged at least one layer of the absorber plate. Preferably The nano-films have the same distances.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Absorber-Platte kann diese aus mehreren Schichten bestehen, wobei die in den unterschiedlichen Schichten angeordneten Nano-Filme sich durch ihre Winkel gegenüber der Plattenoberfläche und/oder Abstände zueinander unterscheiden. Die Schichten können weiterhin unterschiedliche Dicken in Abhängigkeit von den Abständen der Nano-Filme zueinander aufweisen, um statistisch etwa die gleiche Anzahl n von Mehrfachreflexionen oder unterschiedliche Anzahlen n der Mehrfachreflexionen in den verschiedenen Schichten zu gewährleisten. In den Schichten kann eine reflexionsarme Absorption in verschiedenen Frequenzbereichen mit gegebenenfalls verschiedener Gesamtreflexion erfolgen.In An advantageous development of the absorber plate can this consist of several layers, the ones in the different Layers of nano-films face each other through their angles the plate surface and / or distances from each other differ. The layers can continue to be different Thicknesses depending on the distances of nano-films to each other to statistically about the same number n of multiple reflections or different numbers n of the multiple reflections in the to ensure different layers. In the layers can provide low reflection absorption in different frequency ranges possibly with different total reflection.
In einer bevorzugten Ausführung der Absorber-Platte sind zwischen den Nano-Filmen Stützschichten mit einer Dielektrizitätskonstante nahe 1 angeordnet.In a preferred embodiment of the absorber plate are between The nano-films supporting layers with a dielectric constant arranged near 1.
Die Nano-Filme können auf Polymer-Trägerfilmen aufgebracht sein, mit denen sie an den Stützschichten angeordnet sind.The Nano-films can be applied to polymer carrier films be, with which they are arranged on the support layers.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.Some Embodiments of the invention are described below described in more detail with reference to the drawings.
In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:
Wie
aus
Die
Nano-Filme
Wie
Wie
weiterhin aus
Da
die Einfallswinkel der elektromagnetischen Wellen
Ein
Herstellungsbeispiel für eine reflexionsfreie Absorber-Platte
Aus
dieser zunächst hergestellten Anordnung
Die
Dicken der beiden Schichten
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- elektromagnetische Welleelectromagnetic wave
- 33
- EMV-MesshalleEMC measuring hall
- 44
- Nano-FilmNano-film
- 55
- Metallwandmetal wall
- 66
- Sendertransmitter
- 77
- Absorberplatteabsorber plate
- 88th
- Anordnungarrangement
- 99
- Stützschichtbacking
- 1010
- Flächearea
- 1111
- Plattenoberflächedisk surface
- 1212
- Schichtlayer
- 1313
- Schichtlayer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120501 |