DE1268230B - Reflexionsarme Daempfungsanordnung fuer elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21a4-71

Nummer: 1 268 230

Aktenzeichen: P 12 68 230.3-35

Anmeldetag: 22. März 1963

Auslegetag: 16. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, insbesondere für Meter- und Dezimeterwellen.

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 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 Anbringung einzelner derartiger konischer Körper an den reflexionsarm zu verkleidenden Wänden umständlich ist und unter Umständen Befestigungsschwierigkeiten bereitet, ist es bereits bekannt, sogenannte Hohlkegelplatten herzustellen. Derartige Hohlkegelplatten sind in der deutschen Patentschrift 1120 529 beschrieben. Dabei ist die Hohlkegelplatte mit einer Anzahl von konischen Aussparungen, z. B. kegelartigen Aussparungen, versehen, die von der Rückseite der Hohlkegelplatte ausgehend in diese 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, das die Aufgabe hat, die elektromagnetischen Wellen zu dämpfen. Die kegelartigen Aussparungen sind dabei derart dicht aneinandergerückt, daß an der Trägerblock- bzw. Hohlkegelplattenrückseite, die der Reflexionswand zugewandt ist, nur noch außerordentliche kleine Flächen der ursprünglichen Plattenrückseite vorhanden sind, die nicht über Stege der Trägerblockrückseite miteinander verbunden sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine derartige reflexionsarme Dämpfungsanordnung bei gleichem oder geringerem Reflexionsfaktor kürzer als seither üblich auszubilden. Insbesondere bei der Dämpfung von Meterwellen werden derartige Dämpfungsanordnungen relativ dick. So weisen diese kegel- oder pyramidenförmigenDämpfungskörperBautiefen von mehr als einem Drittel der größten zu dämpfenden Wellenlänge auf, wenn eine Spannungsreflexion von weniger als 10% erreicht werden soll. Bei noch geringerem Reflexionsarme Dämpfungsanordnung für
elektromagnetische Wellen

Anmelder:

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

Als Erfinder benannt:

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

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

Spannungsreflexionsfaktor von 3°/o sind derartige Dämpfungselemente sogar vier Fünftel der maximal

ao zu dämpfenden Wellenlänge dick. Das bedeutet, daß die Kegel- bzw. Trägerblöcke Bautiefen von bis zu m und gegebenenfalls darüber hinaus aufweisen. Das Ziel der Erfindung ist die Verminderung dieser 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.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine weitgehende Verminderung der Bautiefe um bis zu etwa 40% erreicht werden kann, wenn die obengenannte Dämpfungsanordnung erfindungsgemäß durch folgende Merkmale verbessert wird:

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 konischen Aussparungen sind mindestens teilweise mit einem an sich bekannten Absorberfüllstoff gefüllt, der mindestens gleich gut dielektrisch wie das Trägerblockmaterial wirkt.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäße Ausbildung der Trägerblockrückseite bereits eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem in der deutschen Patentschrift 1120 529 darge-

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stellten Dämpfungskörper aufweist. Während bei dem vorbekannten Gegenstand kein Wert auf eine als elektrischer Kurzschluß wirkende Abdeckung gelegt ist, und auf eine möglichst dichte Anordnung der Kegel Wert gelegt ist, wurde nun festgestellt, daß die Verwendung einer »Kurzschlußabdeckung« in Verbindung mit Merkmal a) zu einer bei Schachtabsorbern bekannten Verkleinerung des Reflexionsfaktors, insbesondere bei tiefen Frequenzen, führt. Durch die zusätzliche Maßnahme der Ausfüllung der konischen Aussparungen mit einem Füllstoffmaterial, das insbesondere eine höhere Dielektrizitätskonstante wie der Trägerblockkörper aufweist, kann auch die Bautiefe, wie ebenfalls bei Schachtabsorbern bereits bekannt,

bers. Es ist nicht wesentlich, daß die Basisflächen der kegel- oder beispielsweise pyramidenförmigen Aussparungen annähernd die gleichen sind wie die der Kegel oder Pyramiden selbst. Die Basisfläche kann durchaus auch erheblich kleiner sein.

Das Material sowohl des Trägerblocks als auch der Füllelemente kann starr oder flexibel ausgebildet sein. Vorteilhaft werden leichte Baustoffe, z. B. geschäumter Kunststoff, verwendet. Insbesondere ist es vorteilhaft, nicht brennbare, feuerhemmende oder selbstlöschende Werkstoffe zu benutzen oder die Absorberkörper mit Feuerdämmitteln zu bespritzen bzw. zu tränken. Die Widerstandsschichten, z.B. rußhaltige Lacke, in den Aussparungen und gegebenenfalls auf

beträchtlich vermindert werden. Wenn sich nämlich 15 den Füllkörpern können durch Spritzen, Tauchen, die Basisrandlinien benachbarter konischer Ausspa- Einschäumen, Eingießen, Aufdampfen oder in ähnrungen, z. B. Kegel, an der Trägerblockrückseite
nicht berühren, dann verbleiben um jede Aussparung

Teile der ursprünglichen Rückseitenfläche des Trägerlicher Weise auf die Innen- bzw. Außenflächen der konischen Aussparungen und Füllkörper aufgebracht sein. Diese Widerstandsschichten können auch als

blocks. Bei der Beschichtung der Aussparungen mit 20 leitfähige Substanzen permeabel wirkende Füllstoffe, Widerstandsmaterial können auch diese verbleiben- z. B. Karbonyleisenpulver, enthalten, die zu einer den Trägerblockrückseitenflächen mit elektrisch leit- weiteren Verkürzung der Bautiefe beitragen,
fähigem Material bedeckt werden. Über die ausge- Der Öffnungswinkel, insbesondere der längsten

sparten Trägerblockrückseitenflächen wird erfin- Aussparungen, soll insbesondere kleiner als 15° sein, dungsgemäß zusätzlich eine als elektrischer Kurz- 25 Auf diese Weise wird eine besonders gute Dämpfung Schluß wirkende Abdeckung gedeckt, die nunmehr an bei sehr geringem Reflexionsfaktor auch für Wellen sämtlichen Basisrandlinien der Aussparungen mit den eintreten, die wesentlich von einem senkrechten Eininnerhalb dieser Aussparungen befindlichen Wider- fall auf die Trägerblockvorderseite abweichen.
Standsschichten kontaktiert sein kann. Diese als elek- In den F i g. 1 bis 6 sind Beispiele für die erfin-

trischer Kurzschluß wirkende Abdeckung kann als 30 dungsgemäße Dämpfungsanordnung angegeben,
elektrisch leitfähige Platte, als Metallfolie oder bei- In F i g. 1 ist ein Ausschnitt aus einer erfindungs

gemäßen Dämpfungsanordnung dargestellt. Der Trägerblock 1 besteht aus einem geschäumten Werkstoff, z. B. Polystyrol- oder Phenolharzschaum. Er ist mit kegelartigen Aussparungen 2 versehen, die von dei Rückseite des Trägerblocks in Richtung zur Vorderseite 3 verlaufen. Die elektromagnetischen Wellen treffen beispielsweise in Pfeilrichtung γ im wesentlichen senkrecht auf die Vorderseite 3 des Träger-

schem Material z. B. ausgegossen wird. Dieses Füll- 40 blocks auf. Die Wandungen der Aussparungen 2 sind material kann zur weiteren Verminderung der Bau- mit Widerstandsmaterial 4, z. B. Ruß-Graphit-Lacken, versehen. In die Aussparungen 2 sind Füllstoffe 5 aus z. B. Polystyrol oder Polytetrafluoräthylen oder Gemischen aus thermoplastischen Kunst-45 stoffen mit z. B. TiO₂-Füllung mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die des Trägerblocks 1 gefüllt. Die Trägerblockrückseite ist mit einer elektrisch leitfähigen Aluminiumplatte 6 abgedeckt.

In F i g. 2 ist ein Ausschnitt einer Rückansicht der

näherung an einen exponentiellen Anstieg der Dämp- 50 erfindungsgemäßen Anordnung unter Entfernung der fung erfolgen. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, Aluminiumplatte dargestellt. Dabei kommt zum Ausdruck, daß sich die Basisrandlinien 2' benachbarter Kegel nicht berühren, so daß zwischen den einzelnen Kegeln noch zusammenhängende Flächen 7 der Ab-55 sorberrückstände verbleiben. Die mit dielektrischem

spielsweise auch als hinreichend enges Maschengitter ausgebildet sein. Das Maschengitter soll dabei eine kleinere Maschenweite als etwa ein Zehntel der kleinsten zu dämpfenden Wellenlänge aufweisen.

Die Ausfüllung der Aussparungen mit dielektrisch wirkendem Material kann z. B. derart geschehen, daß der mit Aussparungen und darin befindlichen Widerstandsschichten versehene Trägerblock mit dielektri-

tiefe eine relative Permeabilität von mehr als Eins aufweisen. Diese relative Permeabilität soll allerdings kleiner als die relative Dielektrizitätskonstante dieses Füllstoffes sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Anstieg der Dämpfung nicht linear, sondern zwei-, drei- oder mehrfach linear vorgenommen. Dieser mehrfachlineare Anstieg der Dämpfung soll in An-

beispielsweise gemäß F i g. 3 bis 5 in die Aussparungen Füllelemente einzubringen, die der Art der Aussparungen in etwa entsprechen. In die Aussparungen, z. B. Kegelvertiefungen, des Trägerblocks werden positive Kegel eingesetzt, deren Höhe etwa halb so groß ist wie die Länge der Kegelvertiefungen. Sowohl die Kegelvertiefungen tragen innen als auch die positiven Kegel außen eine Schicht aus Widerstandsmaterial. Bei mehrfacher Stufung der Dämpfung, z. B. dreifacher Dämpfungsabstufung, werden, beispielsweise gemäß F i g. 4, mehrere kegelartige Körper ineinandergefügt, die entsprechende, wiederum mit Widerstandsschichten bedeckte Aussparungen aufMaterial einer Dielektrizitätskonstante von beispielsweise ε' = 5 ausgegossenen Aussparungen sind an der Rückseite mit der in dieser Figur nicht dargestellten Aluminiumplatte 6 bedeckt. Diese kann an den Flächen 7 mit den innerhalb der Aussparungen befindlichen Widerstandsschichten 4 kontaktiert sein.

Gemäß F i g. 3 sind in den Trägerblock 1 Füllkegel 5 eingesetzt, die eine höhere Dielektrizitätskonstante wie die Dielektrizitätskonstante des Träger

weisen. Eine Zunahme der Dielektrizitätskonstante 65 körpers 1 aufweisen. Sowohl die Innenflächen des und gegebenenfalls der Permeabilität von den größe- Trägerblocks 1 innerhalb der Aussparungen als auch ren zu den kleineren Füllelementen vermittelt eine die Kegelaußenflächen sind mit Widerstandsmaterial weitere Verkürzung der Gesamtbautiefe des Absor- bedeckt. Die gesamte Trägerblockrückseite ist mit

einer Aluminiumfolie 6 abgedeckt. Diese Aluminiumfolie ist an den Stellen 1, die ebenfalls mit Widerstandsmaterial bedeckt sind, elektrisch verbunden.

In F i g. 4 ist eine weitere Verbesserung der Erfindung dargestellt, bei der in den kegelförmigen Aussparungen 2 des Trägerblocks 1 zwei kegelförmige Füllelemente 5 α und 5 b eingesetzt sind. Das Füllelement 5a weist ebenfalls eine kegelartige Aussparung auf; in dieser Aussparung befindet sich der aussparungslose Füllkegel 5 b. Die Dielektrizitätskonstante des Trägerblocks 1 beträgt z. B. etwa 1,1, die Dielektrizitätskonstante des Füllkegels 5 a z. B. etwa 3 und die Dielektrizitätskonstante des Füllkegels Sb z.B. etwa 5. Die Innenwände der Trägerblockaussparungen sind mit einem Widerstandslack Aa versehen. Die Außenflächen der Füllkegel 5 a sind mit einem Widerstandslack 4 b versehen, der eine höhere elektrische Leitfähigkeit wie der Widerstandslack Aa aufweist. Die Außenflächen der Füllkegel 5 & weisen eine dritte Lackschicht 4 c auf, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit wie der Lack 4 b besitzt. Die Rückseite des Trägerblocks 1 ist mit einem Maschengitter 8 bedeckt. Der Maschendraht besteht aus Kupferfäden, und die Maschenweite beträgt beispielsweise 1 mm. Dieses Gitter wirkt für die zu bedämpfenden Wellen als Kurzschluß.

In F i g. 5 ist ein Füllkegel 5 dargestellt, der eine exponentielle Zunahme des Füllkegelquerschnitts besitzt. Dieser Füllkegel ist an seiner Mantelfläche mit einem Widerstandslack 5 versehen. Ein derartiger Füllkegel dient ebenfalls zur Ausfüllung der Aussparungen 2 des Trägerblocks 1.

In der F i g. 6 ist der Reflexionsfaktor r in Abhängigkeit von der Frequenz / bei einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung angegeben, bei der die Dicke des Trägerblocks, das ist die Bautiefe der Dämpfungsanordnung, 4,6 cm beträgt. Der Trägerblock aus Phenolharzschaum ist mit kegelartigen Aussparungen versehen. Die Aussparungen sind an den Randflächen mit Widerstandslack bedeckt. Die Dielektrizitätskonstante des Trägerblocks beträgt ε =1,1 und die Permeabilität des Trägerblocks beträgt μ = 1. Die dargestellten Kurven α bis e zeigen die Verbesserung des Dämpfungsverhaltens, wenn die Aussparungen mit Füllmaterial versehen sind, das eine größere Dielektrizitätskonstante und Permeabilität als das Trägerblockmaterial besitzt. Für die Kurve α wurde ein Füllmaterial verwendet, dessen Dielektrizitätskonstante ε = 1 und dessen Permeabilität ebenfalls μ = 1 ist. Für die folgenden Kurven b bis e gelten folgende Werte:

b ε' = 4,1; μ' = 1,0;

d ε' = 6,8; μ = 1,9;

e ε' = 8,4; μ' = 2,4.

Durch Verwendung höher dielektrischen bzw. höher permeablen Materials wird eine Verschiebung der Grenzfrequenz, bei der weniger als 10% der elektromagnetischen Wellen reflektiert werden, nach tieferen Frequenzen erreicht. Das bedeutet eine Verschiebung des Frequenzbereiches, das von dieser erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung bedämpft wird, nach tieferen Frequenzen. Dies entspricht, falls man auf eine derartige Verschiebung verzichtet, einer Verkürzung der Bautiefe der Dämpfungsanordnung· ....

Claims (13)

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 folgende 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, 8) versehen und mit in den Aussparungen (2) befindlichen Widerstandsschichten (4) elektrisch kontaktiert;

c) die konischen Aussparungen (2) sind mindestens teilweise mit einem an sich bekannten Absorberfüllstoff (5) gefüllt, der mindestens gleich gut dielektrisch wie das Trägerblockmaterial (1) wirkt.

2. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (5) eine geringere relative Permeabilität μ/ als seine relative Dielektrizitätskonstante ε/ aufweist.

3. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff als konisches, z. B. kegeliges oder pyramidales, Element (5, 5 a, 5 b) ausgebildet ist.

4. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffquerschnitt exponentiell zunimmt (F i g. 5).

5. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffkörper bei etwa gleicher Basisfläche wie die Aussparungsbasisfläche etwa die halbe Länge der Aussparungslänge aufweist (Fig. 3).

6. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Füllstoffelement(e) (5) an den Außen- und/oder Innenflächen mit Widerstandsmaterial (4, 4 b, 4 c) bedeckt sind.

7. Dämpfungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine relative Permeabilitätskonstante von mehr als Eins aufweist.

8. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus mehreren ineinandergeschachtelten konischen Elementen (5a, 5 b), z. B. Hohlkegel oder Hohlpyramiden, besteht, deren Dielektrizitätskonstante von den größeren (5 a) zu den kleineren (5 b) Füllstoff elementen zunimmt.

9. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Öffnungswinkel der konischen Aussparungen weniger als etwa 15° beträgt.

10. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock (1) und/oder der Füllstoff (5) aus geschäumtem Kunststoff bestehen.

11. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock (1) und gegebenenfalls der Füllstoff (5) flexibel ausgebildet sind.

12. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerblock (1) und der Füllstoff (5) aus unbrennbarem Material bestehen oder mit einer feuerhemmenden Schutzhülle versehen sind.

13. Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung der Trägerblockrückseite aus einem Maschengitter (8) einer Maschenweite von weniger als einem Zehntel der kürzesten zu dämpfenden Wellenlänge mit elektrisch gut leitfähigem Maschendraht besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 1120 529;
französische Patentschrift Nr. 1 287 228;
USA.-Patentschrift Nr. 2 464 006;
»Zeitschrift für angewandte Physik«, 1959, H. 12, S. 453 bis 455.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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