DE3876981T2

DE3876981T2 - Absorber fuer elektromagnetische wellen.

Info

Publication number: DE3876981T2
Application number: DE8888303746T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Naito; Michiharu Takahashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-04-27
Also published as: DE3876981D1; JPS63128794A; EP0339146B1; EP0339146A1; JPH0650799B2; KR880006726A; US4862174A; KR900006195B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Absorber für elektromagnetische Wellen, d.h. ein Material, welches elektromagnetische Energie aufnimmt und dissipiert, die von einem Objekt abstrahlt.
Es sind verschiedene Arten von Absorbern für elektromagnetische Wellen zum Verhindern der Reflexion von elektromagnetischer Energie von einem Objekt entwickelt worden.
Ein Absorber für elektromagnetische Wellen, der eine Mischung aus einem Ferritmaterial und einein Kohlenstoffmaterial, beide in Pulverform in einem bindenden Medium, enthält, ist z.B. aus der US-A-4 602 141 bekannt.
Es ist jedoch herausgefunden worden, daß diese herkömmlichen Materialien keinesfalls zufriedenstellend sind, um die Notwendigkeit zur Gewichts- und Dickenreduktion zu erfüllen, insbesondere, wenn sie als externe Wände an Gebäuden oder Flugzeugen angebracht sind.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Absorber für elektromagnetische Wellen anzugeben, die hinreichend dünn und leichtgewichtig gemacht werden können und dennoch zufriedenstellende elektromagnetische Wellenabsorbierungseigenschaften haben. Um die oben erwähnten Aufgaben zu lösen, ist es die Absicht der vorliegenden Erfindung, einen Absorber für elektromagnetische Wellen anzugeben, der sowohl Kohlenstoff als auch Ferrit zu etwa gleichen Anteilen enthält.
Es hat sich gezeigt, daß diese nach dem Prinzip der Erfindung hergestellten Absorber die elektromagnetischen Absorbierungseigenschaften zeigen, die äquivalent oder besser sind als jene irgendwelcher anderer ähnlicher herkömmlicher Absorber, und zwar trotz der Dickenreduktion.
Ein weiterer Vorteil dieser Materialien ist die Eigenschaft zur weiteren Gesamtgewichtsreduktion, und zwar aufgrund des hinreichenden Kohlenstoffanteiles bzw. -inhaltes in den gemischten Bestandteilen.
Ein weiterer Vorteil dieser Materialien liegt in der Fähigkeit zum Erzielen der erforderlichen elektromagnetischen Wellenabsorbierungseigenschaften trotz der Veränderung im Mischungsverhältnis der Bestandteile oder in der Dicke der Materialien.
Ein weiterer Vorteil dieser Materialien ist, daß sie nicht teuer sind, da Kohlenstoff selbst relativ billig ist.
Damit diese wesentlichen Vorteile der neuen Verbindungen der elektromagnetischen Wellenabsorber gemäß dieser Erfindung vollständig erkannt werden, wird Bezug auf die beigefügte Zeichnung genommen, wobei:
Figur 1 ein charakteristisches Diagramm darstellt, um die geeigneten Mischverhältnisse der zwei Materialien zu zeigen, die in den elektromagnetischen Wellenabsorbern gemäß dieser Erfindung enthalten sind;
Figur 2 die Charakteristiken von Frequenz im Verhältnis zum Reflexionsverlust für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Figuren 3 und 4 jeweils die Zusammensetzungen von herkömmlichen elektromagnetischen Wellenabsorbern darstellen.

Verwandter Stand der Technik

Von den herkömmlicherweise vorgeschlagenen elektromagnetischen Wellenabsorbern jeder Art kann man sagen, daß sie jede der drei folgenden Verlustkonstanten angenommen haben:
(i) Leitungsverlust
(ii) magnetischer Verlust µr"
(iii) dielektrischer Verlust &epsi;r"
Typische Materialien, die diese Verluste repräsentieren, sind die folgenden:
(a) Kohlenstoff, Kohlenstoffpulver
(b) Ferrit, Ferritpulver
(c) hochdielektrisches konstantes Material oder dasselbe in Pulverform
Es gibt zwei alternative Fälle, bei denen diese Materialien praktisch angewendet werden: Der eine besteht darin, jene Materialien selbst als elektromagnetische Wellenabsorber zu verwenden, und die andere besteht darin, diese Materialien in Mischung mit einem gewissen geeigneten Bindungsmedium zu verwenden, wie Harze, Gummis oder Farben, um diese, wie es war, im Raum zu suspendieren.
Es ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung hinsichtlich der Herstellungskosten allein mit den letzteren Fällen betroffen ist und daß Materialien, die zu (c) gehören, außer Betracht gelassen werden, da wir der Tatsache völlig bewußt waren, daß sie in den Charakteristiken geringwertiger sind gegenüber jenen, die zu (a) gehören.
Typische Beispiele von Materialien, die den Leitungsverlust verwenden, sind (a) Kohlenstoff etc., während jene, die den magnetischen Verlust verwenden, (b) Ferrit, etc. sind.
Im folgenden wird als erforderlich angenommen, einen elektromagnetischen Wellenabsorber in Betracht zu ziehen, dessen Gewichtsproportionen an Kohlenstoff- und Ferritbestandteilen relativ zu dem Gewicht des Bindungsmediums, genommen als eine Einheit, durch C bzw. durch F gegeben sind.
Die herkömmlichen Ansätze zur Entwicklung solcher elektromagnetischer Wellenabsorber waren auf Materialien gerichtet, die entweder zu (b) gehören - d.h. C = 0 und F ≠ 0, oder zu (a) gehören - d.h. F = 0 und C ≠ 0, und zwar relativ zu dem Gewicht des Bindungsmediums, genommen als Einheit. Herkömmliche elektromagnetische Wellenabsorber, die für 9,4 GHz-Band (X-Band) Anwendungen entwickelt worden sind, sind nachstehend näher ausgeführt.
Absorber, die F = 0 und C ≠ 0 entsprechen - d.h., jene, die den Leitungsverlust (i) verwenden, zeigen die Leistungsdaten, wie sie in Tab. 1 gezeigt sind.
Die 20 DB-Abfall-Bandbreite (Leistungsreflexionsfaktor von weniger als 1%) nimmt mit ansteigender Dicke zu, ist jedoch ein wenig enger als angenommen. Tabelle 1 Dicke d (mm) Bandbreite (MHz) Normierte Bandbreite (%)
Nun werden herkömmliche Absorber diskutiert, die den magnetischen Verlust (ii) verwenden, und zwar unter Entsprechung zu F ≠ 0 und C = 0. Ausführliche Experimente haben verifiziert, daß, unabhängig von der Art des verwendeten Ferritpulvers, die von diesen Materialien erhaltenen Leistungsdaten mit den Dicken in der Größenordnung von 2,5 bis 3,0 mm wie folgt verbleiben: Die 20 dB-Abfall-Bandbreite deckt 300 bis 500 MHz ab und die normierte Bandbreite deckt 3,2 bis 5,3% ab.
In den letzten Jahren ist Forschung betrieben worden hinsichtlich der Machbarkeit von Verbesserungen in der elektrischen Leistungsfähigkeit von elektromagnetischen Wellenabsorbern mit einer Mischung aus Ferrit als dem Hauptbestandteil und geringen Mengen an Kohlenstoff, oder aus Kohlenstoff als dem Hauptbestandteil und geringen Mengen an Ferrit.
Es ist experimentell verifiziert worden, daß in dem ersteren Fall die Dicke um etwa 30% reduziert werden kann, wobei die Bandbreite unverändert belassen wird, während in dem letzteren Fall die Bandbreite mehr als doppelt so breit wird, wenn die Dicke unverändert belassen wird.
Trotz dieser Vorteile wurden alle dieser herkömmlichen Absorber als immer noch unzufriedenstellend für einige praktische Anwendungen herausgefunden und zwar hinsichtlich ihres schweren Gewichtes, z.B., wenn sie als externe Wände von Gebäuden oder Luftfahrzeugen verwendet werden.
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, enthält jeder elektromagnetische Absorber, der gemäß dem Prinzip dieser Erfindung hergestellt ist, sowohl Kohlenstoff als auch Ferrit in etwa gleichen Anteilen.
Figur 1 stellt die (schraffierte) Ebene dar, in der die Misch- Verhältnisse dieser Materialien für neue elektromagnetische Wellenabsorber gemäß dieser Erfindung vorliegen können.
Ein Vergleich der Figur 1 mit den Figuren 3 und 4 deckt leicht auf, daß der Kern der vorliegenden Erfindung in der Verwendung von etwa gleichen Gewichten von Kohlenstoff- und Ferritmaterialien liegt. Genauer gesagt, wird die vorliegende Erfindung nur in dem schraffierten hexagonalen Bereich in Figur 1 eingerichtet, dessen Achse (Strichelung) mit der Linie ausgerichtet ist, die den durch die F- und die C-Koordinatenachse gebildeten rechten Winkel halbiert. Im Gegensatz hierzu waren entwicklungsmäßige Anstrengungen für die herkömmlichen elektromagnetischen Wellenabsorber auf Kompositionen gerichtet, die auf oder in der Nachbarschaft der F- und der C-Koordinatenachse gezeichnet sind, wie es in Figur 3 gezeigt ist.
Die verwendeten Materialien waren ein MnZn-Ferrit, dessen spezifische Permeabilität 2,7 in Pulverform ist und Graphit als Kohlenstoff.
5 Die Proportionen bzw. Anteile dieser Materialien F und C sind für einige Ausführungsformen dieser Erfindung (A) bis (D) wie folgt aufgelistet:
(A) 0.45 ≤ F ≤ 0.75
0.45 ≤ C ≤ 0.75
(B) 0.55 ≤ F ≤ 0.85
0.55 ≤ C ≤ 0.85
(C) 0.65 ≤ F ≤ 0.95
0.65 ≤ C ≤ 0.95
(d) 0.75 ≤ F ≤ 1.05
0.75 ≤ C ≤ 1.05
Die folgende Tabelle 2 gibt Leistungsdaten für diese Ausführungsformen unserer Erfindung an. Tabelle 2 Dicke d (mm) Mitten-Frequenz (MHz) Bandbreite (MHz)
Es ist anzumerken, daß diese Leistungsdaten die besten aller Charakteristiken von elektromagnetischen Wellenabsorbern darstellen, die bislang untersucht worden sind.
Insbesondere, in Anbetracht dessen, daß die Dicken in der Größenordnung von 2,5 mm erforderlich waren für die herkömmlichen Absorber für die X-Band-Anwendung, können die exzellenten Charakteristiken - eher breitere Bandbreiten trotz dünnerer Dicken in der Größenordnung von 1,5 mm - durch diese Erfindung erhalten werden.
Figur 2 zeigt die Charakteristiken von der Frequenz als Funktion des Reflexionsverlustes für einige Ausführungsformen dieser Erfindung. Eine Betrachtung dieser Figur zeigt auf einen Blick, daß ein elektromagnetischer Wellenabsorber, dessen Reflexionsverlust zu mehr als 20 dB von 8,75 bis 9,62 GHz genommen bzw. angenommen werden kann - d.h., über die 870 MHz Bandbreite, mit d= 1,5 mm für C = F = 0,8 erhalten werden kann.
Offensichtlich stellt dies eine bemerkenswerte Verbesserung in der Dicke und in der Bandbreite gegenüber den herkömmlichen Absorbern dar, deren Bandbreiten im Bereich von 300 bis 500 MHz liegen bei Dicken in der Größenordnung von 2,5 bis 3,0 mm.

Claims

1. Elektromagnetischer Wellenabsorber mit einer Mischung aus einem Ferritmaterial und einem Kohlenstoffmaterial, beide in Pulverform, in einem Bindungsmedium, wobei die Gewichtsanteile des Bindungsmediums als Einheit genommen sind, wobei das Ferritmaterial F in Pulverform und das Kohlenstoffmaterial C in Pulverform 1:F:C in die folgenden Grenzbereiche fallen:

F-C ≤ 0,3

0,45 ≤ F ≤ 1,05

0,45 ≤ C ≤ 1,05

2. Elektromagnetischer Wellenabsorber gemäß Anspruch 1, wobei das Ferritmaterial in Pulverform aus einem MnZn- Ferrit besteht, dessen Spezifische magnetische Permeabilität 2,7 ist.

3. Elektromagnetischer Wellenabsorber gemäß Anspruch 1, wobei das Kohlenstoffmaterial in Pulverform aus Graphit besteht.