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HINTERGRUND
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(a) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Steckverbinder und ein Kabel zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Steckverbinder und ein Kabel, die niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbieren können, wenn ein Hochspannungs-Steckverbinder und/oder ein Hochspannungs-Kabel durch Mischen eines leitfähigen Nanomaterials und eines magnetischen Metallmaterials hergestellt werden.
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(b) Beschreibung der verwandten Technik
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Die Verwendung elektrischer/elektronischer Teile in der Fahrzeugproduktion nimmt zu und ebenso die Notwendigkeit einer hohen Integration der elektrischen/elektronischen Teile. Daraus ergibt sich das Problem, dass Interferenzen durch elektromagnetische Wellen zwischen den elektrischen/elektronischen Teilen verhindert werden müssen und das Gewicht der elektrischen/elektronischen Teile verringert werden sollte.
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In einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug sind elektrische/elektronische Teile vorgesehen. Die elektrischen/elektronischen Teile enthalten eine Steuereinrichtung wie eine MCU (Motorsteuereinheit) und eine PCU (Leistungssteuereinheit). Ein Kabel und ein Steckverbinder sind mit der Steuereinrichtung und den elektrischen/elektronischen Teilen verbunden, um diese mit Hochspannung zu versorgen. Allerdings entstehen durch die innerhalb und außerhalb der verschiedenen Steuereinrichtungen und der elektrischen/elektronischen Teile erzeugten elektromagnetischen Wellen elektrische Interferenzen zwischen den elektrischen/elektronischen Teilen, und das Problem, dass eine Störung der elektrischen/elektronischen Teile auftritt.
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Gemäß dem Stand der Technik erfolgt eine Abschirmung elektromagnetischer Wellen sowohl innerhalb als auch außerhalb elektrischer/elektronischer Teile wie der MCU oder PCU durch Metallplatten oder Aluminiumfolie so, dass die innerhalb und außerhalb der verschiedenen Steuereinrichtungen erzeugten elektromagnetischen Wellen nicht nach außen dringen können.
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Wenn wie oben beschrieben die innerhalb und außerhalb der verschiedenen Steuereinrichtungen erzeugten elektromagnetischen Wellen einfach abgeschirmt werden, wird die Intensität der elektromagnetischen Wellen nicht gedämpft und die Gefahr einer Interferenz zwischen den elektrischen/elektronischen Teilen besteht nach wie vor. Es ist deshalb erforderlich, die Intensität der elektromagnetischen Wellen zu dämpfen.
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Da ferner verschiedene Steuereinrichtungen durch Metallplatten oder Aluminiumfolie abgeschirmt werden, sinkt die Montageeffizienz, das Gewicht verschiedener Teile nimmt zu und die Herstellungskosten steigen.
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Insbesondere sind gewerbliche Produkte zur Absorption hochfrequenter elektromagnetischer Wellen über 1 GHz entwickelt worden, aber ein Material zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen ist nicht entwickelt worden. Da es sich bei den von einem Hochspannungs-Steckverbinder erzeugten elektromagnetischen Wellen um niederfrequente elektromagnetische Wellen handelt, die an Hochspannungsinverter angelegt werden, steigt die Nachfrage nach einem Material zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen.
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Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Steckverbinder und ein Kabel bereit, die niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbieren können.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung einen Steckverbinder und ein Kabel bereit, um Störungen verschiedener elektrischer/elektronischer Teile durch niederfrequente elektromagnetische Wellen zu verhindern.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung einen Steckverbinder und ein Kabel bereit, die niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbieren, den Herstellungsprozess vereinfachen und das Gewicht er Einzelteile verringern können.
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Ein niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbierender Steckverbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein leitfähiges Nanomaterial und ein magnetisches Metall.
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Das leitfähige Nanomaterial kann Ruß, Kohlenstofffaser, Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphit-Nanoplättchen oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das magnetische Metall kann Fe, Co, Ni, FeSi, eine Eisenlegierung, eine Kobaltlegierung, eine Nickellegierung oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Der niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbierende Steckverbinder enthält ferner ein Metallmaterial oder ein Geflechtmaterial.
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Das Metallmaterial kann Al, Cu oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das Geflechtmaterial kann ein Kunststofffasermaterial oder Glasfaser sein.
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Der Steckverbinder kann einen Körperabschnitt mit einem Anschluss enthalten und aus einem Polymerverbundmaterial sowie einem Beschichtungsmaterial bestehen, das entweder im Innern oder außerhalb des Körperabschnitts angebracht ist, wobei das Beschichtungsmaterial ein Geflechtmaterial ist, das mit einem leitfähigen Nanomaterial, einem magnetischen Metall oder einem Metallmaterial beschichtet ist.
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Ein niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbierendes Kabel gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein leitfähiges Nanomaterial und ein magnetisches Metall.
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Das leitfähige Nanomaterial kann Ruß, Kohlenstofffaser, Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphit-Nanoplättchen oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das magnetische Metall kann Fe, Co, Ni, FeSi, eine Eisenlegierung, eine Kobaltlegierung, eine Nickellegierung oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das die niederfrequenten elektromagnetischen Wellen absorbierende Kabel enthält ferner ein Metallmaterial oder ein Geflechtmaterial.
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Das Metallmaterial kann Al, Cu oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das Geflechtmaterial kann ein Kunbstofffasermaterial oder Glasfaser sein.
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Das Kabel kann aus einem Beschichtungsmaterial bestehen, und das Beschichtungsmaterial kann das Geflechtmaterial sein, das mit dem leitfähigen Nanomaterial, dem magnetischen Metall oder dem Metallmaterial beschichtet ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Zeichnungen dienen zur Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, und der Geist der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Zeichnungen nicht eingeschränkt.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer MCU mit einem Steckverbinder zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Steckverbinders zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kabels zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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4 ist ein Graph der Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen bei verschiedenen Materialien eines Steckverbinders und eines Kabels.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Wie dem Fachmann klar ist, können die beschriebenen Ausführungsformen alle auf unterschiedliche Weise modifiziert werden, ohne von Geist oder Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden Teile, die nicht mit der Beschreibung in Zusammenhang stehen, nicht behandelt. Identische Bezugszeichen kennzeichnen in der gesamten Beschreibung gleiche Elemente.
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Außerdem sind Größe und Dicker jeder in den Zeichnungen dargestellten Konfiguration zum besseren Verständnis und für eine deutlichere Beschreibung nicht maßstäblich dargestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Filmen, Platten, Zonen usw. der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt.
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Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugtechnisch” oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
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Die hierin verwendete Terminologie hat den Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Außerdem versteht es sich, dass die Begriffe ”aufweisen” und/oder ”aufweisend” bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet enthält die Formulierung ”und/oder” sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der aufgeführten Positionen.
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Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium mit ausführbaren Programmanweisungen, die von einem Prozessor, einer Steuerung und dgl. verwirklicht sein. Beispiele für computerlesbare Medien sind u. a. ROMs, RAMs, Compact Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, USB-Sticks, Smart Cards und optische Datenspeichergeräte. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann auch in netzgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. von einem Telematik-Server oder einem Controller Area Network (CAN).
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Ein Steckverbinder und ein Hochspannungs-Kabel zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer MCU mit einem Steckverbinder zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Steckverbinders 20 zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Kabels 30 zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Wie in den 1 bis 3 dargestellt bestehen der Steckverbinder 20 und das Kabel 30 zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus einem Material, das ein leitfähiges Nanomaterial und ein magnetisches Metall enthält.
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Ein elektrischer Leiter ist im Kabel 30 zur Spannungsversorgung vorgesehen.
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Das leitfähige Nanomaterial kann Ruß (CB), Kohlenstofffaser (CF), Kohlenstoff-Nanorohre (CNT), Graphit-Nanoplättchen (GNP) oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das magnetische Metall kann Eisen (Fe), Nickel (Ni), Eisensilizium (FeSi), eine Eisenlegierung, eine Kobaltlegierung, eine Nickellegierung oder ein Gemisch aus diesen sein.
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Das leitfähige Nanomaterial und das magnetische Metall haben die Eigenschaft, die von verschiedenen elektrischen/elektronischen Geräten in einem Fahrzeug erzeugten elektromagnetische Wellen zu absorbieren.
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Der Steckverbinder 20 und das Kabel 30 zur Absorption niederfrequenter elektromagnetischer Wellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können aus einem Material bestehen, das ferner ein Metallmaterial oder ein Geflechtmaterial enthält.
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Das Metallmaterial kann Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder ein Gemisch aus diesen sein. Das Metallmaterial hat die Eigenschaft, elektromagnetische Wellen abzuschirmen, wobei ein Teil der elektromagnetischen Wellen absorbiert und ein Teil der elektromagnetischen Wellen durch die Verwendung des Metallmaterials zusammen mit dem leitfähigen Material oder dem magnetischen Metall abgeschirmt werden.
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Das Geflechtmaterial kann ein übliches Fasermaterial oder Glasfaser (GF) sein. Unter üblichem Fasermaterial ist ein Fasertyp zu verstehen, der mit Kette und Schuss gewoben wird, wobei es sich um tierische oder pflanzliche Fasern handeln kann. Alternativ kann das übliche Fasermaterial eine Polymerverbundfaser wie eine Polyester- oder Nylonfaser sein.
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Das niederfrequente elektromagnetische Weilen absorbierende Kabel 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann durch Spritzgießen hergestellt werden. Dazu werden das leitfähige Nanomaterial und das magnetische Metall als Formmaterial zum Spritzgießen gemischt. Ein Polymerverbundmaterial wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) oder Polyurethan und das leitfähige Nanomaterial sowie das magnetische Metall können wie erforderlich gemischt werden, um das Formmaterial bereitzustellen.
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Da das Kabel wie oben beschrieben durch Spritzgießen des Formmaterialgemischs aus dem Polymerverbundmaterial sowie dem leitfähigen Nanomaterial und dem magnetischen Metall hergestellt wird, können Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Flammhemmung und elektrische Isolierung des Steckverbinders 20 und gleichzeitig die Eigenschaft, elektromagnetische Wellen zu absorbieren, erzielt werden.
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Bei der Herstellung des Hochspannungs-Kabels 30 schmilzt möglicherweise das Metallmaterial zusammen mit dem leitfähigen Nanomaterial und dem magnetischen Metall. Wenn das Hochspannungs-Kabel 30 durch Mischen des leitfähigen Nanomaterials und des magnetischen Metalls sowie des Metallmaterials hergestellt wird, können die von den verschiedenen elektrischen/elektronischen Geräten im Fahrzeug erzeugten elektromagnetische Weilen absorbiert und abgeschirmt werden.
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Alternativ kann das Geflechtmaterial mit dem leitfähigen Nanomaterial oder dem magnetischen Metall oder Metallmaterial beschichtet werden, und der aus einem Polymerverbundmaterial gebildete Steckverbinder 20 kann mit dem beschichteten Geflechtmaterial umhüllt werden.
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Da das Geflechtmaterial wie oben beschrieben mit Kette und Schuss gewebt wird, können elektromagnetische Wellen einer vorgegebenen Frequenz je nach Größe der von Kette und Schuss ausgebildeten Poren abgeschirmt werden.
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Wenn das leitfähige Nanomaterial oder das magnetische Metall oder das Metallmaterial mit dem Geflechtmaterial beschichtet ist, können die von den verschiedenen elektrischen/elektronischen Geräten im Fahrzeug erzeugten elektromagnetischen Wellen gleichzeitig absorbiert und abgeschirmt werden.
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Wie in 2 dargestellt kann der niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbierende Steckverbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Körperabschnitt 21 aus einem Polymerverbundmaterial und einem Beschichtungsmaterial 22 enthalten, das den Körperabschnitt 21 entweder innen oder außen umhüllt. Das Beschichtungsmaterial kann das Geflechtmaterial sein, das mit dem leitfähigen Nanomaterial, dem magnetischen Metall oder dem Metallmaterial beschichtet ist. Ein Anschluss zur Spannungsversorgung ist im Körperabschnitt 21 angeordnet.
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Da der Körperabschnitt 21 aus dem Polymerverbundmaterial besteht und das Beschichtungsmaterial 22 den Körperabschnitt 21 entweder innerhalb oder außerhalb zum Absorbieren der niederfrequenten elektromagnetischen Wellen umhüllt, kann der Steckverbinder geformt und in der Nähe des Steckverbinders erzeugte niederfrequente elektromagnetische Wellen können absorbiert werden.
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4 ist ein Graph der Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen bei verschiedenen Materialien eines Steckverbinders und eines Kabels. Im Graphen von 4 ist die Frequenz der elektromagnetischen Wellen im logarithmischen Maßstab auf der waagrechten Achse und die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen durch das Material auf der senkrechten Achse aufgetragen. Es gibt verschiedene Indizes für die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen, aber die vorliegende Erfindung misst die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen anhand des elektrischen Leistungsverlustes. Der elektrische Leistungsverlust ist ein gemessener Wert eines elektrischen Ausgangsleistungsverhältnisses gemäß einer elektrischen Eingangsleistung. Wenn der elektrische Leistungsverlust hoch ist, bedeutet das, dass die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen hoch ist.
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Die Kurve (a) in 4 zeigt den elektrischen Leistungsverlust eines Polyestermaterials, die Kurve (b) zeigt den elektrischen Leistungsverlust eines metallbeschichteten Polyestermaterials, die Kurve (c) zeigt den elektrischen Leistungsverlust eines Mischmaterials aus einem leitfähigen Nanomaterial und einem magnetischen Metall, und die Kurve (d) zeigt den elektrischen Leistungsverlust eines Mischmaterials aus einem üblichen Kunststoffmaterial und einem magnetischen Metall.
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Wie die Kurve (a) in 4 zeigt, ist entsprechend dem elektrischen Leistungsverlust eines üblichen Polymerverbundmaterials der elektrische Leistungsverlust sehr gering, und deshalb werden die elektromagnetischen Wellen in nahezu allen Frequenzbändern kaum absorbiert.
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Wie die Kurve (d) in 4 zeigt, ist entsprechend dem elektrischen Leistungsverlust des Mischmaterials aus dem üblichen Kunststoffmaterial und dem magnetischen Metall die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen über dem 1 GHz-Frequenzband sehr hoch, aber die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen unter dem 1 GHz-Frequenzband ist sehr niedrig.
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Wie die Kurve (b) in 4 zeigt, werden entsprechend dem elektrischen Leistungsverlust des metallbeschichteten Polyestermaterials elektromagnetische Wellen eines relativ niederfrequenten Bandes im Vergleich zum Mischmaterial aus einem üblichen Kunststoffmaterial und einem magnetischen Metall absorbiert, aber der elektrische Leistungsverlust ist gering. Die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen ist deshalb relativ gering.
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Wie die Kurve (c) in 4 zeigt, werden entsprechend dem elektrischen Leistungsverlust des Mischmaterial aus dem leitfähigen Nanomaterial und dem magnetischen Metall elektromagnetische Wellen eines niederfrequenten Bandes unter 1 GHz im Vergleich zum Mischmaterial aus einem üblichen Kunststoffmaterial und einem magnetischen Metall absorbiert. Da ferner die Differenz des elektrischen Leistungsverlustes im Vergleich zum Mischmaterial aus einem üblichen Kunststoffmaterial und dem magnetischen Metall nicht hoch ist, ist die Absorptionsleistung der elektromagnetischen Wellen hoch.
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Wenn der Steckverbinder 20 oder das Kabel 30 wie oben beschrieben aus dem Mischmaterial aus dem leitfähigen Nanomaterial und dem magnetischen Metall hergestellt werden, werden elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz unter 1 GHz effektiv absorbiert.
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Da gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbierendes Material durch Mischen eines leitfähigen Nanomaterials und eines magnetisches Metall-Nanodrahtes oder magnetischer Nanopartikel mit hoher Permeabilität im Vergleich zum leitfähigen Nanomaterial hergestellt wird, können niederfrequente elektromagnetische Wellen absorbiert und elektrische Interferenzen zwischen verschiedenen elektrischen/elektronischen Teilen auf ein Minimum begrenzt werden.
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Da außerdem kein schweres Material wie eine Metallplatte oder eine Aluminiumfolie zur Abschirmung der elektromagnetischen Wellen verwendet wird, kann das Gewicht der Teile zum Absorbieren und Abschirmen der elektromagnetischen Wellen verringert werden.
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Obwohl diese Erfindung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.
