DE102018221366A1 - Absorptionsvorrichtung, geeignet zum Absorbieren elektromagnetischer Wellen vorbestimmter Frequenz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absorptionsvorrichtung, geeignet zum Absorbieren elektromagnetischer Wellen vorbestimmter Frequenz. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ohne einen großen baulichen Aufwand elektromagnetische Wellen, insbesondere Radarwellen, beim Auftreffen auf Gebäudewände zuverlässig absorbierbar sind. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als doppelschichtiges, flächiges Element (1, 2, 5, 6) aus einem nicht leitenden Trägermaterial (1) mit auf dem Trägermaterial (1) in vorbestimmter Geometrie, Anzahl und Ausrichtung aufgebrachten Split-Ring-Resonatoren (2, 5, 6) ausgebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Absorptionsvorrichtung, geeignet zum Absorbieren elektromagnetischer Wellen vorbestimmter Frequenz.
• Für die Absorption elektromagnetischer Wellen zur Entspiegelung von Oberflächen, wie z. B. die Wände von reflexionsfreien Räumen für Hochfrequenzanwendungen sind technische Lösungen bekannt. Nichtleitende Materialien werden mit leitfähigen und hochpermittiven Partikeln versetzt, um die Energie elektromagnetischer Wellen in einem möglichst breiten Frequenzband durch Verschiebungsströme zu dissipieren. Verarbeitet werden die dissipativen Materialien zu Matten oder pyramidalen Körpern, deren Geometrie die dämpfende Wirkung durch Brechungs- und Beugungseffekte an den Kanten und in den Zwischenräumen verstärkt.
• Die Forderung nach einer derartigen Wirkung (Absorption) lässt sich nur mit großen geometrischen Abmessung der Dämpfungskörper erzielen (Schichtdicken, Länge der Pyramiden).
• Die DE 44 04 071 A1 zeigt eine derartige Anordnung.
• Es sind auch Versuche unternommen worden, die magnetischen Wellen durch elektrisch leitfähige Zusätze in Baustoffen zu absorbieren. Die EP 321 83 22 A1 zeigt einen Baustoff, der mit metallurgischen erzeugten Zusatzstoffen versehen ist. Die Herstellung derartiger Zuschlagstoffe ist jedoch ein relativ aufwendiger Prozess.
• Bei den geschilderten Lösungen ist es darüber hinaus schwierig, gezielt Quellen mit bestimmten Frequenzen zu absorbieren, wie sie beispielsweise in der Radartechnik zum Einsatz kommen.
• Damit Radar-Anlagen zuverlässig überprüft werden können, ist es wichtig, unerwünschte Reflexionen der Radarwellen zu verhindern. Zur Prüfung von Radaranlagen ist daher auf Feldversuche angewiesen oder muss auf aufwendig ausgestattete Labore zurückgreifen. Um Radaranlagen in geschlossenen Gebäuden prüfen zu können, ist es also notwendig, die Radarfrequenzen zuverlässig so zu dämpfen, dass unerwünschte Reflexionen möglichst ausgeschlossen sind.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ohne einen großen baulichen Aufwand elektromagnetische Wellen, insbesondere Radarwellen, beim Auftreffen auf Gebäudewände zuverlässig absorbierbar sind.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als mindestens zweischichtiges, flächiges Element aus einem nicht leitenden Trägermaterial mit auf dem Trägermaterial in vorbestimmter Geometrie, Anzahl und Ausrichtung aufgebrachten Split-Ring-Resonatoren ausgebildet ist.
• Derartige Split-Ring-Resonatoren sind aus dem Gebiet der Meta-Materialien an sich bekannt. Sie sind in ihrer Resonanzfrequenz über die Geometrie der Split-Ring-Resonatoren gut vor einstellbar, sodass eine gute frequenzselektive Absorption von elektromagnetischen Wellen, insbesondere Radarwellen möglich ist.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Trägermaterial der Vorrichtung als Materialbahn ausgebildet, wobei die Längen- und Breitenausdehnung der Materialbahn um ein Vielfaches größer ist, als die Materialbahndicke.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Materialbahn im wesentlichen aus elastomerem Material ausgebildet.
• Derartige Materialbahnen lassen sich beispielsweise mittels an sich bekannter Kalander relativ einfach und preiswert herstellen. Der Auswahl an Materialien, die dazu einsetzbar sind, ist derart groß, dass die Materialbahn besonders gut an die jeweiligen Einsatzbedingungen, insbesondere zur Einstellung bestimmter frequenzabhängiger dielektrischer Eigenschaften anpassbar ist.
• In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Materialbahn in die elastomere Matrix eingebetteten Festigkeitsträger auf.
• Die Festigkeitsträger, beispielsweise textile Gewebe, Gestricke o.ä. können die Stabilität der Materialbahn verbessern.
• In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Split-Ring-Resonatoren aus leitfähigen Pasten ausgebildet und auf die elastomerer Materialbahn aufgedruckt.
• In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Split-Ring-Resonatoren mittels Siebdruck auf die elastomere Materialbahn aufgedruckt.
• Das Aufdrucken der Split-Ring-Resonatoren, insbesondere im Siebdruckverfahren, ist ein besonders einfaches und preiswertes Herstellverfahren.
• In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Split-Ring-Resonatoren mindestens teilweise statistisch verteilte Normalenvektoren auf.
• Dadurch, dass die Split-Ring-Resonatoren in einer solchen Anordnung nicht mehr alle in der gleichen Ausrichtung auf der Materialbahn angeordnet sind, ist es möglich, die Dämpfung auch für größere Einfallswinkel und beliebiger Einfallsrichtung zu erzielen.
• Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
• 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit quadratischen Split-Ring- Resonatoren
• 2 einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit kreisförmigen Split-Ring-Resonatoren und
• 3 einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit statistisch verteilten Split-Ring-Resonatoren.
• Die 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auf ein Trägermaterial 1 aus einem nicht leitenden Elastomer ist eine Vielzahl von Split-Ring-Resonatoren 2 aufgedruckt. Die Split-Ring-Resonatoren 2 sind aus einer leitfähigen Paste ausgebildet und mittels Siebdruckverfahren auf die Materialbahn 1 aufgedruckt. Die Materialbahn 1 ist nur wenige Millimeter dick.
• Die Split-Ring-Resonatoren 2 sind im vorliegenden Beispiel in etwa 64-facher Vergrößerung dargestellt.
• Jeder Split-Ring-Resonator 2 weist eine Polygonform mit vordefinierte Strichbreite 3 auf. Die Split-Ring-Resonatoren 2 weisen auch eine vorbestimmte Dicke auf, die jedoch in der Draufsicht nicht dargestellt ist. Jeder Split-Ring-Resonator 2 weist außerdem eine Lücke 4 mit ebenfalls vordefinierte Lückenbreite 4A auf. Die Form, Größe, Dicke, Strichbreite 3 und Lücke 4 mit Lückenbreite 4A sowie die Art der Paste bestimmen die Resonanzfrequenz der Split-Ring-Resonatoren 2. Durch entsprechende Vorbestimmung dieser Parameter ist also die Resonanzfrequenz der erfindungsgemäßen Vorrichtung einstellbar.
• Da im vorliegenden Beispiel die Split-Ring-Resonatoren 2 alle gleich ausgerichtet sind, ist die Vorrichtung hier für bestimmte Einfallswinkel von elektromagnetischen Strahlen optimiert, wobei die Strahlung hier nicht dargestellt ist.
• In der 2 sind auf der Materialbahn 1 Split-Ring-Resonatoren 5 aufgedruckt, die eine Kreisringsform aufweisen. Auch hier wird die Resonanzfrequenz der Vorrichtung durch die hier nicht näher bezeichneten Parameterform, Größe, Dicke, Strichbreite und Lückenbreite sowie der Art der Paste bestimmt.
• In der 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit statistisch verteilten Split-Ring-Resonatoren 6 gezeigt, wobei die Split-Ring-Resonatoren 6 ebenfalls aufgedruckt sind und die nicht näher bezeichneten Parameter Form, Größe, Dicke, Strichbreite und Lückenbreite sowie Art der Paste aufweisen.
• Im Gegensatz zu den Anordnungen der Split-Ring-Resonatoren 2 in 1 und Split-Ring-Resonatoren 5 in 2 ist jedoch die Ausrichtung der Split-Ring-Resonatoren 6 bezüglich der Lage ihrer Lücken nicht regelmäßig, sondern statistisch verteilt, so dass hier die Dämpfung von elektromagnetischen Wellen aus beliebiger Einfallsrichtung und größeren Einfallswinkeln noch zuverlässig realisierbar ist.
• Da in allen gezeigten Beispielen die Materialbahn 1 dünner gegenüber ihrer Breite und Länge ist, kann sie quasi wie eine Tapete verarbeitet werden, was es auch für geschlossene Räume sehr einfach macht, spezifische Frequenzen elektromagnetischer Wellen zuverlässig zu dämpfen oder ganz zu absorbieren.
• Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

1

Materialbahn

2

Split-Ring-Resonatoren mit rechteckiger/quadratischer Form

3

Strichbreiten der Split-Ring-Resonatoren

4

Lücken in den Split-Ring-Resonatoren

4A

Breite der Lücken 4

5

Split-Ring-Resonatoren mit Kreisringform

6

Split-Ring-Resonatoren mit statisch verteilter Ausrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 4404071 A1 [0004]
• EP 3218322 A1 [0005]

Claims (7)

1. Absorptionsvorrichtung, geeignet zum Absorbieren elektromagnetischer Wellen vorbestimmter Frequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als doppelschichtiges, flächiges Element (1, 2, 5, 6) aus einem nicht leitenden Trägermaterial (1) mit auf dem Trägermaterial (1) in vorbestimmter Geometrie, Anzahl und Ausrichtung aufgebrachten Split-Ring-Resonatoren (2, 5, 6) ausgebildet ist.
2. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (1) der Vorrichtung als Materialbahn(1) ausgebildet ist, wobei die Längen- und Breitenausdehnung der Materialbahn (1) um ein Vielfaches größer ist, als der Materialbahndicke.
3. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialbahn (1) im wesentlichen aus elastomerem Material ausgebildet ist.
4. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in das elastomere Material der Materialbahn (1) Festigkeitsträger eingebettet sind.
5. Absorptionsvorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Split-Ring-Resonatoren (2, 5, 6) aus leitfähigen Pasten ausgebildet und auf die elastomerer Materialbahn (1) aufgedruckt sind.
6. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Split-Ring-Resonatoren (2, 5, 6) mittels Siebdruckverfahren auf die elastomere Materialbahn (1) aufgedruckt sind.
7. Absorptionsvorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Split-Ring-Resonatoren (6) mindestens teilweise statistisch verteilte Normalenvektoren aufweisen.

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