DE3709658A1

DE3709658A1 - Absorber fuer elektromagnetische wellen

Info

Publication number: DE3709658A1
Application number: DE19873709658
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Nedtwig; Bernhard Dr Huder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1988-03-31

Description

Die Erfindung betrifft einen Absorber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zwar wird die Erfindung im folgenden im Zusammenhang mit der Dämpfung von Hochfrequenzfeldern in geschirmten Kammern näher beschrieben, doch ist die Er findung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Viel mehr kann die Erfindung ganz allgemein zur Dämpfung elektromagnetischer Wellen verwendet werden und eignet sich u. a. auch zur Herstellung radarabsorbierender Ober flächen für bewegliche Objekte zu Lande, Wasser und in der Luft wie z. B. Kraftfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge.

In metallisch geschirmten Räumen wird häufig Absorptions material an den Wänden installiert, um die Reflexionen von Hochfrequenzfeldern zu vermeiden. Dies ist für EMV-Meßzwecke stets aus Homogenitätsforderungen an die elektromagnetische Feldverteilung erforderlich.

Derzeit sind lediglich zwei Arten von Absorbern bekannt. Erstens pyramidenförmige Schaumstoffabsorber, z. B. aus PU-Schaum, der mit leitfähigem Ruß getränkt ist und zweitens plattenförmig gesinterte Absorber, deren Wirkung auf dem Ferrimagnetismus beruht.

Pyramidenförmige PU-Schaumstoff-Absorber haben im unteren Frequenzbereich, d.h. bis ca. 100 MHz keine bzw. ver schwindend geringe Wirkung (1-3 dB Dämpfung). Sie sind mechanisch empfindlich, brennbar und teuer in der An schaffung.

Die plattenförmigen Ferritabsorber sind besonders teuer in der Herstellung, so daß sie in der EMV-Meßtechnik beispielsweise bis auf Ausnahmefälle bis heute nicht in geschirmten Absorber-Meßkammern eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen preisgünstig her stellbaren HF-Absorber der eingangs genannten Art an zugeben, der auch bei niedrigen Frequenzen eine gute Dämpfungswirkung aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.

Im Prioritätszeitraum wurde mit der DE-A1-35 08 888 eine ältere, aber nicht vorveröffentlichte Anmeldung ver öffentlicht, in der eine ähnliche Lösung offenbart wird, bei der allerdings der Absorber aus einer Vielzahl von nicht miteinander verbundenen Einzelstrukturen besteht, die mit Fasern z. B. aus Kohlenstoff und/oder Siliziumcarbid gefertigt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Erfindungsgemäß wird ein Gitter, Fig. 1, aus Widerstands drähten vorgeschlagen, die in sich geschlossene leitfähige Schleifen bilden. Die Form der Schleife kann z. B. quadratisch, Fig. 1A) oder kreisförmig, Fig. 1B), sein. Auch andere Grundformen wie z. B. Dreiecke, Rauten, Waben usw. sind denkbar. Jede Schleife wird in der Regel aus einem Draht der Dicke d 3, zur Verminderung der Selbst induktivität aus zwei oder mehreren Drähten gebildet.

Die bedämpfende Wirkung auf eine Hochfrequenzstrahlung, die auf ein Geflecht dieser Widerstandsdrahtschleifen trifft, leitet sich aus den Maxwellschen Gleichungen her, dem Induktionsgesetz und dem Durchflutungsgesetz. Bestünde eine einzelne Schleife aus einem ideal leitfähigen Draht, so würde das induzierte Gegenmagnetfeld gleich groß sein wie das erzeugende, vorausgesetzt, der Schleifendurch messer ist kleiner, höchstens gleich groß zum Viertel einer Wellenlänge. Dies wäre der Reflexionsfall. Baut man die Absorptionsschleifen dagegen aus Widerstandsmaterial, so wird der in jeder Einzelschleife induzierte Kreisstrom bedämpft, so daß eine absorbierende Wirkung eintritt.

Damit die in benachbarten Schleifen induzierten Ströme sich im gemeinsamen Schleifenzweig nicht kompensieren, ist die Dicke d 3 der Widerstandsleiter im Hinblick auf die Eindringtiefe optimal zu wählen.

Grundsätzlich könnte das Widerstandsmaterial auch flächen haft aufgebracht werden. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen sind Widerstandsschleifen, ähnlich einem Maschendraht mit durchkontaktierten Kreuzungspunkten vorteilhafter.

In einer geschirmten Kammer werden die Innenwände - ein Ausschnitt ist in Fig. 2 dargestellt - flächig mit einem Gitter erfindungsgemäßer Widerstandsschleifen bedeckt. Das Gitter wird zweckmäßigerweise in einem bestimmten Mindest abstand d 1 vor den schirmenden Metallwänden, ähnlich einer Tapete gespannt. Der Grund dafür ist die Tatsache, daß die HF-Felder durch die Schleifen hindurchgreifen und dann von der Metallwand reflektiert werden. Der Vorteil des Wider standsgitters liegt auch darin, daß die an den spiegelnden Metallflächen reflektierten elektromagnetischen Wellen nochmals bedämpft werden, wenn sie die Gitterebene durch laufen.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die einzelnen Schleifen des Gitters in Abhängigkeit vom Feld verlauf im Gitterbereich räumlich so ausgerichtet, daß die in den Schleifen induzierte Spannung und damit die ab sorbierende Wirkung des Gitters maximal ist. Bei einer reflektierenden, ebenen, metallischen Wand z. B. sind die einzelnen Schleifen mit ihren Flächen schräg bzw. senk recht zur Metallwand angeordnet.

Vorteilhaft ist auch die Ausbildung einer erhabenen räumlichen Struktur des im wesentlichen flächigen Gitters, indem ein Teil der Schleifen in der Gitterebene angeordnet ist und jede dieser Schleifen mit mindestens einer weiteren Schleife verbunden ist, die aus der Gitterebene herausragt. Vorzugsweise bilden dabei die Schleifen in der Gitterebene zusammen mit den jeweils direkt mit ihnen in Verbindung stehenden und aus der Gitterebene heraus ragenden Schleifen dreidimensionale geometrische Körper wie z. B. Pyramide oder - wie in Fig. 3 gezeigt - Kuben. Aber auch andere Körper sind denkbar, die wie z. B. ein Zylinder, der sich aus mehreren flächigen Grundformen der Schleifen zusammensetzt.

Die bedämpfende Wirkung des Widerstandsgitters ist fre quenzabhängig. Je kleiner der Schleifendurchmesser d 2 gewählt ist, umso höher liegen die bedämpften Frequenzen. Große Schleifen können folglich nur tiefe Frequenzen bedämpfen. Der Schleifendurchmesser d 2 ist bezüglich der Dämpfung umgekehrt proportional zur Frequenz.

Als Widerstandsmaterial eignen sich handelsübliche Materialien, wie Chrom-Nickel-Legierungen o.ä. Die ab sorbierende Wirkung des Widerstandsgitters ist über der Frequenz nicht konstant. Sie hängt ebenfalls von der Größe der Schleifen ab, ihrer Selbstinduktivität L _schleife und der parasitären Kapazität jedes einzelnen Schleifendrahtes zum anderen.

Das Gitter darf nicht durch metallische Kontakte gegen die Kammerwände kurzgeschlossen werden, sondern muß gegen diese isoliert angebracht werden. Vorteilhaft ist es, erfindungsgemäße HF-Absorber als Module, Fig. 4, her zustellen, die den Modulgrößen der geschirmten Kammern entsprechen. In oder an jedem Kammermodul wird dann ein HF-Absorber-Modul angebracht. Diese sind vorzugsweise abgeschlossene Gitter, die jeweils in einen isolierenden Rahmen gespannt sind.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 5. Auf eine Glas- oder Plastikscheibe oder auf eine Holz platte als Trägermaterial wird im an sich bekannten Fotodruckverfahren oder nach einem einfachen Metalldruck verfahren das Widerstandsgitter aufgedruckt. Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist das Gitter doppelt, auf beiden Seiten der Scheibe aufgebracht mit gegeneinander versetzten Mustern.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere:

- HF-Bedämpfung auch bei tiefen Frequenzen unter 100 MHz.
- Einfacher, wirtschaftlicher, konstruktiver Aufbau aus handelsüblichen Materialien.
- Wesentliche Verbesserung des Absorptionsverhaltens in metallisch geschirmten EMV-Meßkammern.
- Nicht brennbar.
- Luftdurchlässig.

Claims

1. Absorber zur Bedämpfung elektromagnetischen Wellen, welcher auf die Wände eines die elektromagnetischer Wellen reflektierenden Gegenstandes flächig und von Metallwänden elektrisch isoliert aufgebracht ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Absorber ein Gitter aus Widerstands drähten ist, die in sich geschlossene leitfähige Schleifen bilden.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen kreisförmig sind.

3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen dreieckig sind.

4. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen rechteckig sind.

5. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen rautenförmig sind.

6. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen wabenförmig sind.

7. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus Schleifen mit unter schiedlicher Geometrie besteht.

8. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Abstand (d 2) zwischen zwei Punkten auf einer Schleife kleiner als oder in etwa gleich der Hälfte der kleinsten zu absorbierenden Wellen länge ist.

9. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d 3) des Widerstandsdraht so gewählt ist, daß die in benachbarten Schleifen durch die elektromagnetischen Wellen induzierten Ströme sich im gemeinsamen Schleifenzweig nicht kompensieren.

10. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Ausrichtung der ein zelnen Schleifen so gewählt ist, daß die in den Schleifen induzierte Spannung maximal ist.

11. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schleifen in ihrer räumlichen Ausrichtung verschieden sind und damit dem im wesentlichen flächig ausgebilden Gitter eine erhabene Struktur erteilen.

12. Absorber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schleifen in der Gitterebene angeordnet ist und daß jede dieser Schleifen mit mindestens einer weiteren Schleife verbunden ist, die aus der Gitterebene herausragt.

13. Absorber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen in der Gitterebene zusammen mit der jeweils direkt mit ihnen in Verbindung stehenden und aus der Gitterebene herausragenden Schleifen dreidimensionale geometrische Körper bilden.

14. Absorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper pyramidenförmig sind.

15. Absorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper kubusförmig sind.

16. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schleifen aus jeweils einem Widerstandsdraht gebildet ist.

17. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schleifen aus mehreren Widerstandsdrähten gebildet ist.

18. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsdrähte aus handels üblichen Legierungen gefertigt sind.

19. Absorber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsdrähte aus einer Chrom-Nickel- Legierung gefertigt sind.

20. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter im Fotodruck- oder einem einfachen Metalldruckverfahren auf Glas oder Plastik scheiben oder auf Holzplatten als Trägermaterial auf geprägt ist.

21. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d 1) des Gitters von den Metallwänden des die elektromagnetischen Wellen reflek tierenden Gegenstands so gewählt ist, daß die Dämpfung der durch die Schleifen hindurchgreifenden und von den Metallwänden reflektierten elektromagnetischen Wellen maximal ist.

22. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossenes Gitter in einen isolierenden Rahmen gespannt ist.

23. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Bedämpfung von reflektierenden Hochfrequenzfeldern an die Innenwände einer geschirmten Kammer angebracht ist.

24. Absorber nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß er in Moduln gefertigt ist, die den Größen der Wand moduln geschirmter Kammern entsprechen.