DE1021439B

DE1021439B - Arrangement for reducing or preventing the reflection of electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1021439B
Application number: DES39562A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Martin Bier; Dr Otto Zinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-06-11
Filing date: 1954-06-11
Publication date: 1957-12-27

Description

Anordnung zur Verminderung oder Verhinderung der Reflexion elektromagnetischer Wellen Um einen Raum dem Einfluß hochfrequenter Fremdfelder zu entziehen, pflegt man diesen mit einer metallischen, gut leitenden Hülle zu umgeben. Werden in einem solchen Raum außer den, störempfindlichen Meßeinrichtungen noch Geräte betrieben, die selbst Hochfrequenzenergie erzeugen und abstrahlen, dann wird diese Hochfrequenzenergie an. der Schirmhülle reflektiert. Dadurch ergibt sich gegenüber den, Verhältnissen eines nicht geschirmten, Raumes ein erhöhter Feldstärkepegel. Die Feldverhältnisse im geschirmten Raum werden, insbesondere bei höheren Frequenzen, für welche die Wellenlängen, in. der Größenordnung der Raumabmessungen liegen. und wobei auch stehende Wellen auftreten können, geändert. Hierdurch werden störende Einflüsse bei der Durchführung von Messungen im geschirmten Raum hervorgerufen.Arrangement to reduce or prevent the reflection of electromagnetic Waves In order to remove a room from the influence of high-frequency external fields, cultivates to surround it with a metallic, highly conductive sheath. Be in one such a room, apart from the measuring devices that are sensitive to interference, also operate devices, which themselves generate and radiate high frequency energy, then this becomes high frequency energy at. the shield cover reflects. This results in relation to the, conditions an unshielded room an increased field strength level. The field conditions in the shielded room, especially at higher frequencies, for which the Wavelengths in. The order of magnitude of the room dimensions. and also standing Waves can occur changed. This will have disruptive influences during the implementation caused by measurements in the shielded room.

Man hat bekanntlich Vorschläge gemacht, um die Reflexion elektromagnetischer Wellen zu vermindern oder zu verhindern. So hat man beispielsweise die Abschirmung mit einer Materialauflage versehen, in welche die elektromagnetische Welle wie in den freien Raum eindringen kann, dort jedoch stark absorbiert, d.. h. in Wärme umgesetzt wird. Man hat weiterhin den geschirmten Raum mit die Hochfrequenzenergie absorbierenden Keilen oder Platten entsprechend der Auskleidung von schalltoten (akustisch reflexionsfreien) Räumen. mit Schallschluckkeilen bzw. in den Raum eingehängten Schallschluckmatten versehen. Die Tiefe der Keile bzw. Matten muß mindestens die Größenordnung der Wellenlänge besitzen, um als absorbierendes Teil wirksam zu sein. Außerdem müssen die Keile bzw. Matten aus die Hochfre@quenzenergie absorbierenden Stoffen bestehen bzw. derartige Stoffe enthalten. Man hat auch schon vor der reflektierenden Fläche eine homogene Widerstandsschicht bestimmter Stärke mit bestimmtem Flächenwiderstand angebracht. Auch. hat man. versucht, durch Anbringung mehrerer Gitternetze in, bestimmten Abständen, von. der reflektierenden Fläche: die Reflexion zu vermindern, wobei die Zweige der Gitternetze mit bestimmten Widerständen beschaltet sein müssen. Bei einer anderen bekanntgewordenen Ausführung besteht der Absorber aus Pyramiden, die entweder aus einem Material mit hohen Hochfre;quenzverlusten hergestellt sind oder deren. Oberfläche: mit einer dünnen Schicht aus derartigem Material überzogen ist. Die Spitzen der pyramidenartige:n Körper sind dabei in einer im wesentlichen parallel zur reflektierenden Fläche verlaufenden Ebene angeordnet, und die Höhen der Pyramiden entsprechen etwa der einfachen bis zur eineinhalbfachen. Wellenlänge der längsten zu absorbierenden Wellen. Ein Absorber mit derartigen Trägerkörpern für die; absorbierenden Schichten ist schwer herzustellen, da die Trägerflächen, für die absorbierenden Schichten, entsprechend der Ausbildung der Trägerkörper als Pyramiden sich in den Seitenlinien entsprechender Dreiecke kreuzen, und daher genau dreieckförmig verarbeitet werden müssen.As is well known, proposals have been made to make the reflection electromagnetic To reduce or prevent waves. So you have the shielding, for example provided with a material layer in which the electromagnetic wave as in can penetrate the free space, but is strongly absorbed there, d .. h. converted into heat will. You still have the shielded room with the high frequency energy absorbing Wedges or plates according to the lining of anechoic (acoustically non-reflective) Clearing. with sound-absorbing wedges or sound-absorbing mats hung in the room Mistake. The depth of the wedges or mats must be at least the order of magnitude of the wavelength possess to be effective as an absorbent member. Also need the wedges or mats made of the high frequency energy absorbing substances or such Contain substances. You already have a homogeneous surface in front of the reflective surface Resistance layer of a certain thickness with a certain surface resistance attached. Even. one has. tries, by attaching several grids at, certain intervals, from. the reflective surface: to lessen the reflection, the branches of the Grids must be wired with certain resistances. With another known execution consists of the absorber of pyramids, which either from a material with high high frequency losses or their. Surface: is covered with a thin layer of such material. The tips of the pyramid-like: n bodies are essentially parallel to the reflective Surface arranged running plane, and the heights of the pyramids correspond approximately the simple to one and a half times. Wavelength of the longest to be absorbed Waves. An absorber with such support bodies for the; absorbent layers is difficult to manufacture because the support surfaces, for the absorbent layers, according to the design of the support body as pyramids in the side lines cross corresponding triangles, and are therefore processed in an exactly triangular shape have to.

Die vorgenanntem. Anordnungen weisen sämtlich eine Reihe von Nachteilen a,uf, die ihre allgemeine Verwendung erschweren. Beispielsweise ist ein hoher Bedarf an teueren Werkstoffen, beispielsweise Ferritplatten, erforderlich, oder aber es tritt ein großer Raumbedarf, insbesondere bei tiefen Frequenzen, auf und damit eine, Beschneidung des für die Messungen zur Verfügung stehenden Raumes. Schließlich. aber wirken die angegebenen Möglichkeiten mehr oder weniger nur innerhalb eines relativ schmalen Frequenzbandes oder sogar nur bei einer ganz bestimmten Frequenz.The aforementioned. Arrangements all have a number of disadvantages a, uf that make their general use difficult. For example, there is a high need on expensive materials, such as ferrite plates, required, or it there is a large space requirement, especially at low frequencies, and thus a, Cutting the space available for measurements. In the end. but the possibilities given work more or less only within one relatively narrow frequency band or even only at a very specific frequency.

Es ist weiterhin ein. reflexionsarmer Absorber für elektromagnetische Wellen mit auf einem Trägermaterial aufgebrachten dünnen verlustbehafteten Schichten, die zu einer Grundfläche winkelig verlaufen, vorgeschlagen worden, bei dem die verlustbehafteten Schichten als mit Abstand parallel zueinander verlaufende, zur Grundfläche, winkelig angeordnete ebene Schichten oder Röhren ausgebildet sind, deren effektiver Verlustwiderstand nach der Grundfläche hin abnimmt und deren Tiefe und Abstand so zu bemessen sind, daß die zu absorbierenden Wellen in. die Zwischenräume eindringen und durch die Wände, in dem gewünschten Maße gedämpft werden. Insbesondere können die dünnen; verlustbehafteten Schichten einen Abstand in der Größenordnung einer Wellenlänge voneinander haben. Weiterhin können diese Schichten senkrecht zur Grundfläche verlaufen. Sie können auch einen konstanten Verlustwiderstand haben, wenn nur ihre vorderen Berandungen sägezahnartig ausgeschnitten sind. Durch Verwendung variabler Schichtdicken bzw. verschiedener verlustbehafteter Materialien kann der Verlustwiderstand zur Grundfläche hin stetig oder in Stufen zunehmen. Die- Schichten können in sich kreuzenden Reihen angeordnet- sein und im Sinne einer Zunahme der Absorption oder Erweiterung des Frequenzbereiches verschiedene Tiefe haben. Zur gleichzeitigen Absorption akustischer Wellen können die. Schichten perforiert sein, und es können dabei die Zwischenräume zwischen zwei benachbarten Schichten mit einem porösen Schallschluckstoff ausgefüllt sein. Die Schichten sind insbesondere. auf einer verlustlosen Trägerschicht: wie- Papier, Polvstvrolfolie od. dgl., aufgebracht und bestehen aus einem elektrisch und/oder magnetisch wirksamen verlustbehafteten Material, wie Graphit oder Eisenpulver.It is still a. anechoic absorber for electromagnetic Waves with thin, lossy layers applied to a carrier material, which run at an angle to a base have been proposed in which the lossy Layers as parallel to each other at a distance, to the base, angled arranged flat layers or tubes are formed, their effective loss resistance decreases towards the base area and their depth and distance are to be dimensioned in such a way that that the waves to be absorbed penetrate into. The spaces and through the Walls, to be dampened to the desired extent. In particular, the thin; lossy layers have a spacing of the order of magnitude one Have wavelength from each other. Furthermore, these layers can be perpendicular to the base get lost. You can also have constant loss resistance, if only theirs front borders are cut out like a sawtooth. By using variable Layer thicknesses or various lossy materials can affect the loss resistance increase steadily or in steps towards the base area. The layers can be in themselves crossing rows be arranged and in the sense of an increase in absorption or Extension of the frequency range have different depths. For simultaneous absorption acoustic waves can die. Layers be perforated, and it can be the Gaps between two adjacent layers with a porous sound-absorbing material be filled out. The layers are particular. on a lossless carrier layer: such as paper, Polvstvrolfolie od. Like., Applied and consist of an electrical and / or magnetically effective lossy material such as graphite or iron powder.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine herstellungstechnisch vereinfachte reflexionsarme: Raumabschirmung dieser bereits vorgeschlagenen Art zu schaffen, deren Wirksamkeit ebenfalls bei tiefen Frequenzen einsetzt und deren ollere - Grenze des Wirkungsbereiches durch die konstruktive Gestaltung des im Prinzip gleichbleibenden. Schirmungselementes bestimmbar ist. Es wurde dabei davon ausgegangen, daß eine Widerstandsanpassung an das umgebende Medium bei solchen absorbierenden Schichten und damit weder eine veränderliche Schichtdicke noch eine sägezahnartige Berandung erforderlich ist.The object of the invention is to provide a manufacturing technology that is simplified anechoic: to create room shielding of this already proposed type, whose effectiveness also starts at low frequencies and their ollere - limit the area of action through the structural design of the, in principle, constant. Shielding element can be determined. It was assumed that a resistance adjustment to the surrounding medium with such absorbent layers and thus neither one variable layer thickness nor a sawtooth-like border is required.

Die diese Eigenschäften aufweisende erfindungsgemäße Anordnung zur Verminderung oder Verhinderung der Reflexion elektromagnetischer Wellen ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Anbringung wabenförmig zusammengestellter, mit die Hochfrequenzenergie absorbierenden Wänden versehener hohlleiterähnlicher Gebilde auf oder im Abstand von reflektierendem Gegenständen die den auftreffenden Wellen zugewandte Seite der Gebilde eben begrenzt ist und zugleich die absorbierenden. Schichten konstante Dicke aufweisen.The arrangement according to the invention having these properties for Reduction or prevention of the reflection of electromagnetic waves is thereby characterized in that when attached honeycomb assembled with the high-frequency energy absorbent walls provided waveguide-like structures on or in the distance of reflective objects, the side of the facing the incident waves Structure is limited and at the same time absorbing. Layers of constant thickness exhibit.

Die Abschirmung besteht daher aus einer ersten Hülle, die einer üblichen Raumabschirmung, z. B. einer Metallfolienabschirmung, entspricht und der Schirmung gegen starke Fremdfelder dient, und aus einer zweiten Hülle aus einer Anordnung von Elementen, in welchen die Absorption und Dämpfung elektromagnetischer Wellen in Hohlleitern ausgenutzt wird.The shield therefore consists of a first shell, which is a conventional one Room shielding, e.g. B. a metal foil shield corresponds to and the shield is used against strong external fields, and from a second shell from an arrangement of elements in which the absorption and attenuation of electromagnetic waves is exploited in waveguides.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, da.ß die elektromagnetische Welle beim Eindringen in die absorbierenden Hohlleiter infolge der Absorption nach Maßgabe- der Länge der Kamine und deren spezifischen Absorptionseigenschaften gedämpft wird. Sie gelangt somit nur noch mit geringerem Energieinhalt an die reflektierende Hülle oder andere Bauteile., an welcher sie unter erneuten Verlusten reflektiert wird. Die in. dieser Weise bereits zweimal bedämpfte Welle durchsetzt nunmehr nochmals die Hohlleiter und erfährt hierbei eine dritte Bedämpfung. Die Höhe der Bedämpfung bzw. der Absorptionsverluste wird durch die Ausführung der beschriebenen Anordnung bestimmt und kann so gewählt werden, daß das verbleibende und erneut in das Innere des geschirmten Raumes gelangende Restfeld vernachlässigbar klein ist. Durch das zweimalige Ausnutzen der absorbierenden Hohlleiter zur Reduzierung der Reflexion kann das in die Absorption eingehende Verhältnis von Schachttiefe zu Schachtbreite klein gehalten werden. Hierdurch wird die technische Ausführung wirtschaftlicher, und der gesamte Raumverlust bleibt erträglich klein. Es ist daher möglich, einfachere Gebilde mit entsprechender Wirkungsweise, deren Teile entweder selbst aus stark absorbierenden Stoffen bestehen oder mit solchen konstanter Schichtdicke überzogen sind. zu verwenden. Solche einfacheren Gebilde sind beispielsweise Spiraldraht.niatten oder Gewebematten.The effect of the arrangement according to the invention is that the electromagnetic wave when penetrating the absorbing waveguide as a result the absorption according to the length of the chimneys and their specific absorption properties is dampened. It therefore only reaches the reflective one with a lower energy content Shell or other components., On which it reflects with renewed losses will. The wave, which has already been damped twice in this way, now penetrates again the waveguide and experiences a third attenuation. The amount of damping or the absorption losses are determined by the implementation of the described arrangement determined and can be chosen so that the remaining and again in the interior the remaining field reaching the shielded room is negligibly small. By the double use of the absorbing waveguide to reduce the reflection can be the ratio of shaft depth to shaft width that goes into absorption can be kept small. This makes the technical execution more economical, and the entire loss of space remains tolerably small. It is therefore possible to simpler Structures with a corresponding mode of action, the parts of which either make themselves strong absorbent materials or coated with such constant layer thickness are. to use. Such simpler structures are, for example, spiral wire rivets or fabric mats.

Im Prinzip kann die dämpfende Holilleiteranordnung aus beliebigen Stoffen bestehen. die die Eigenschaft besitzen, in ihnen auftretende Hochfrequenzströme durch Absorption zu bedämpfen. Es ist möglich, nichtleitende Stoffe zum Aufbau zu verwenden und diese dann mit einem Überzug konstanter Schichtdicke aus dünnsten absorbierenden Metallschichten oder noch besser aus Hochfrequenzenergie absorbierenden Stoffen, wie Graphit, Kohle oder Halbleiter, zu überziehen. Man kann auch aus Metall bestehende oder wenigstens an der Oberfläche Metall aufweisende Anordnungen zusätzlich mit absorbierenden Überzügen konstanter Schichtdicke aus Graphit, Kohle oder Halbleiter versehen, wie man auch die Gesamtanordnung an sich aus solchen Hochfrequenzenergie absorbierenden Stoffen überhaupt herstellen kann. Die konstante Schichtstärke wir(i hier vorzugsweise größer als die Eindringtiefe sein.In principle, the damping hollow conductor arrangement can consist of any Substances exist. which have the property of high-frequency currents occurring in them to attenuate by absorption. It is possible to use non-conductive materials to build up use and then with a coating of constant layer thickness of the thinnest absorbent metal layers or, even better, made of high-frequency energy absorbing layers Coating materials such as graphite, carbon or semiconductors. You can also use metal existing arrangements or at least arrangements having metal on the surface with absorbent coatings of constant thickness made of graphite, carbon or semiconductors provided, as well as the overall arrangement per se from such high frequency energy absorbing substances at all. The constant layer thickness we (i here preferably be greater than the penetration depth.

Um die Wirkungsweise der Anordnung zu erhöhen und auch die Absorptionsverluste an der reflektierenden Wand zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, auch die reflektierende Fläche mit absorbierenden Überzügen auszustatten.To increase the effectiveness of the arrangement and also the absorption losses To increase the reflective wall, it may be useful to also use the reflective To equip the surface with absorbent coatings.

Ordnet man die: dämpfende Holilleiterhülle unmittelbar auf der reflektierenden Fläche an, dann kann man beide miteinander zu einer baulichen Einheit ausgestalten, was für die Erstellung von Ahschirmräumen u. dgl. durchaus von Vorteil sein kann.If you arrange the: damping hollow conductor cover directly on the reflective Surface, then both can be designed together to form a structural unit, which can be an advantage for the creation of umbrella rooms and the like.

Bei Meßräumen, die in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet werden, treten verständlicherweise Schwierigkeiten an der Fußbodenfläche ein. Es wird daher weiterhin der Vorschlag gemacht, die Hohlräume der Hohlleiteranordnung bzw. auch den Raum zwischen. Hohlleiteranordnung und reflektierender Fläche mit Füllstoffen anzufüllen, beispielsweise auszugießen, die neben, den gewünschten mechanischen Eigenschaften eine gute Haftfestigkeit an der Hohlleiteranordnung zeigen und deren Permeabilität und Dielektrizitätskonstante wenigstens angenähert dar der Luft entspricht. In dieser Weise ausgestaltet, würde also die reflektionsfreie Abschirmung äußerlich einer glatten Fläche entsprechen und lediglich abhängig von der Hohlleitorlänge eine entsprechende Wandstärke aufweisen.In the case of measuring rooms that are designed in the manner according to the invention, understandably difficulties arise with the floor surface. It will therefore continued to make the suggestion, the cavities of the waveguide arrangement and also the space between. Waveguide arrangement and reflective surface with fillers to fill, for example, pour out the next, the desired mechanical Properties show good adhesion to the waveguide arrangement and their Permeability and dielectric constant at least approximately correspond to that of air. If designed in this way, the reflection-free shielding would be external correspond to a smooth surface and only depend on the length of the hollow conductor have a corresponding wall thickness.

Für die Herstellung der Hohlleiteranordnung lassen sich Gewebe, wie beispielsweise Kunststoffgewebe, verwenden, bei denen die Fadenoberfläche leitfähig gemacht und/oder mit absorbierenden Stoffen überzogen ist, und zwar mit Schichten konstanter Dicke. Es können auch Spiraldrahtrnatten mit hohem Widerstand oder aus halbleitendem Stoff herangezogen werden.For the production of the waveguide arrangement, tissues such as for example plastic fabric, where the thread surface is conductive made and / or covered with absorbent materials, namely with layers constant thickness. It can also be made of high resistance or spiral wire semiconducting material are used.

Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Ausführungsformen haben sehr große Bedeutung nicht nur für die Abschirmung von Räumen, wie z. B. Meßkäfigen, Meßzellen u. dgl., sondern auch zur Tarnung irgendwelcher Räume oder Gegenstände gegen Funk-Rückstrahlortung. Es ist in letzterem Falle nur nötig, den betreffenden Gegenstand auf der Außenoberfläche mit der Hohlleiteranordnung vollkommen zu umgeben.The arrangement according to the invention and its embodiments have very great importance not only for the shielding of rooms, such as z. B. measuring cages, Measuring cells and the like, but also to camouflage any rooms or objects against radio reflection detection. In the latter case it is only necessary to use the relevant one Subject on the Outer surface with the waveguide arrangement completely to surround.

Erwähnt sei noch, daß bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem geschirmten Raum die Feldstärke von Hochfrequenzenergie abstrahlenden Geräten so gemessen werden kann wie im Freien, da die eine Reflexion verhindernde Anordnung die Aufstellung des Energie abgebenden Gerätes im freien Raum vortäuscht.It should also be mentioned that when using the arrangement according to the invention the field strength of devices emitting high frequency energy in a shielded room can be measured as in the open air, since the anti-reflection arrangement simulates the installation of the energy-emitting device in free space.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement to reduce or prevent the Reflection of electromagnetic waves, characterized in that when attached honeycomb, with absorbing high frequency energy. Walls provided waveguide-like structures on or at a distance from reflective objects the side of the structure facing the incident waves is flat, limited and at the same time, the absorbent layers have a constant thickness.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the damping waveguide arrangement consists of non-conductive Fabrics with a thin coating of metal layers, with high sheet resistance or Materials that absorb high frequency energy, such as graphite, carbon or semiconductors, consists.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the waveguide arrangement itself consists of substances that absorb high frequency energy.

4. Arrangement according to Claim 3, characterized in that the waveguide arrangement is additionally supplied with high-frequency energy absorbing materials such as graphite, carbon, semiconductors, etc., constant layer thickness is covered.

5. Arrangement according to claim 2, characterized in that the Hohllei.teranordnung made of spiral wire or fabric mats, for example made of plastic, with bad conductive or absorbent coating of constant layer thickness, the Spiral wires have high resistance or are made of semiconducting material.

6th Arrangement according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that d.aß the reflective surface and the reflection-damping waveguide arrangement consist of a structural unit.

7. Arrangement according to claim 1 or one of the the following claims, characterized in that the cavities of the damping waveguide arrangement and optionally the space between this and the reflective surface filled with a filler, e.g. B. are poured, in addition to the desired mechanical Properties shows good adhesion to the assembly and its. Permeability and dielectric constant at least approximately corresponds to that of air. B. Application the in, one of claims 1 to 7 characterized arrangement for the production of shielded and anechoic or anechoic rooms, measuring cages, measuring lines 9. Application of the arrangement characterized in one of claims 1 to 7 for camouflaging objects against radio reflection detection. Countered, older Rights: German Patent No. 955 612.