DE1254719B

DE1254719B - Low-reflection, broadband damping arrangement for electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1254719B
Application number: DE1965S0098303
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans-Werner Schulz; Dr Wilhelm Armbruester
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-07-19
Filing date: 1965-07-19
Publication date: 1967-11-23

Description

Reflexionsarme, breitbandige Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen Die Erfindung betrifft eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen, insbesondere für Meter- oder Dezimeterwellen, die sich durch eine hohe Breitbandigkeit auszeichnet.Low-reflection, broadband damping arrangement for electromagnetic Waves The invention relates to an anechoic damping arrangement for electromagnetic waves Waves, especially for meter or decimeter waves, which are characterized by a high bandwidth excels.

Eine derartige Dämpfungsanordnung kann z. B. als reflexionsarme Verkleidung reflektierender Gegenstände oder Wände dienen. So sind abgeschirmte Meßräume, in denen die Störstrahlungsmessungen bzw. die Messungen von Strahlungsdiagrammen von Antennen vorgenommen werden, dadurch weitgehend reflexionsfrei gestaltet, daß die Wände und gegebenenfalls die Oberflächen größerer reflektierender Gegenstände mit reflexionsarmen Verkleidungen versehen sind.Such a damping arrangement can, for. B. as an anechoic cladding reflective objects or walls are used. Shielded measuring rooms are in which the radiation measurements or the measurements of radiation diagrams of Antennas are made, thereby designed largely reflection-free that the Walls and possibly the surfaces of larger reflective objects anechoic panels are provided.

Es ist bereits bekannt, derartige Verkleidungen aus einer Vielzahl von kegel- oder pyramidenförmigen, elektromagnetische Wellen dämpfenden Körpern zusammenzusetzen (französische Patentschrift 1091571). Darüber hinaus ist es bekannt, derartige reflexionsarme Absorber aus wabenartig zusammengesetzten, wellenleiterähnlichen Elementen aufzubauen (deutsche Auslegeschrift 1165 697). Die Wabenwände bestehen dabei aus einem Widerstandsmaterial oder sie sind mit Widerstandsmaterial bedeckt. Schließlich ist es auch bereits bekannt, derartige reflexionsarme Absorber aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit und/oder unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante aufzubauen (deutsches Gebrauchsmuster 1760 260). Dabei nimmt die elektrische Leitfähigkeit von der den auftreffenden Wellen zugewandten Schicht in Wellenfortpflanzungsrichtung zu. Ebenso ist es bereits bekannt, die Dielektrizitätskonstante der einzelnen Schichten in Wellenfortpflanzungsrichtung zunehmen zu lassen.It is already known to assemble such coverings from a large number of conical or pyramid-shaped bodies which dampen electromagnetic waves (French patent 1091571). In addition, it is known to build such an anechoic absorber from honeycomb-like composite, waveguide-like elements (German Auslegeschrift 1165 697). The honeycomb walls consist of a resistance material or they are covered with resistance material. Finally, it is also already known to build such an anechoic absorber from several layers with different electrical conductivity and / or different dielectric constants (German utility model 1760 260). The electrical conductivity of the layer facing the incident waves increases in the direction of wave propagation. It is also already known to increase the dielectric constant of the individual layers in the direction of wave propagation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau derartiger Absorberkörper weitgehend zu vereinfachen sowie deren Reflexionsvermögen in einem relativ großen Frequenzbereich zu vermindern, insbesondere bei Wellen, die nicht im wesentlichen senkrecht auf derartige Absorberkörper einfallen, sondern deren Einfallsrichtung in einem Winkel von weniger als 90° auf die Ebene des Absorberkörpers verläuft.The invention is based on the structure of such absorber bodies largely to simplify as well as their reflectivity in a relatively large Frequency range to decrease, especially with waves that are not substantial fall perpendicular to such absorber bodies, but their direction of incidence runs at an angle of less than 90 ° to the plane of the absorber body.

Die Erfindung geht von reflexionsarmen Dämpfungsanordnungen aus, die aus einer Vielzahl von mit ihren Grundflächen in einer Ebene dicht aneinandergefügten und mit ihren Spitzen im wesentlichen entgegen der Wellenfortschreitungsrichtung weisenden, mit elektrisch leitfähigen Stoffen versehenen , oder abgedeckten Pyramiden bestehen.The invention is based on anechoic damping arrangements that from a large number of closely joined with their bases in one plane and with their tips essentially opposite to the direction of wave propagation pointing pyramids provided with electrically conductive materials or covered exist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Pyramiden eine gleichseitige, dreieckige Basis aufweisen und zu einem Absorberelement derart zusammengefügt sind, daß die Pyramidenspitzen, mindestens in der Richtung einer Pyramidenreihe gesehen, versetzt sind.The invention consists in that the pyramids have an equilateral, have a triangular base and are joined together to form an absorber element in such a way that the pyramid tips, seen at least in the direction of a row of pyramids, are offset.

Es hat sich gezeigt, daß ein derartiger erfindungsgemäßer Aufbau zu einer außerordentlich günstigen Dämpfung der normal und schräg einfallenden elektromagnetischen Wellen führt. Durch die Verwendung dreiseitiger Pyramiden treten nur drei ungestörte, linienförmige Fortpflanzungsrichtungen parallel zur Absorberwand auf. Ferner wird den im ungünstigsten Fall auftreffenden elektromagnetischen Wellen die kleinsten Flächen dargeboten, bei denen die Einfallswinkel 90° betragen.It has been shown that such a structure according to the invention to an extremely favorable attenuation of the normal and oblique incident electromagnetic Waves leads. By using three-sided pyramids, only three undisturbed, linear directions of propagation parallel to the absorber wall. Furthermore, the smallest of the electromagnetic waves that strike in the worst case Areas presented in which the angles of incidence are 90 °.

Es ist vorteilhaft, die Pyramiden etwa halb so hoch wie deren Basisseitenlänge zu gestalten, sofern auf eine möglichst einheitliche Abstufung des Absorbers Wert gelegt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Höhen benachbarter Pyramiden unterschiedlich groß zu wählen. So werden in weiterer Ausbildung der Erfindung Pyramiden einer Höhe von einem Viertel der Basisseitenlänge wechselseitig mit Pyramiden einer Höhe von drei Vierteln der Seitenlänge zusammengefügt.It is advantageous to have the pyramids about half as high as their base side length to be designed, provided that the absorber is graded as uniformly as possible is placed. It is particularly advantageous if the heights of neighboring pyramids are different great to choose. Thus, in a further embodiment of the invention, pyramids are of one height of a quarter of the base side length alternately with pyramids a height of three quarters of the side joined together.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Aufgabe der Erfindung noch günstiger gelöst. Gemäß dieser weiteren Ausbildung sind die Pyramiden des Absorberelements mit verlustbehafteten Schichten, insbesondere mit elektrisch leitfähigem Material versehenen Schaumstoffmatten, bedeckt. Vorteilhafterweise werden mehrere verlustbehaftete Schichten derart übereinander auf dem Absorberelement befestigt, daß die unterste, direkt auf den Pyramiden aufgespannte Schicht den geringsten und die oberste, dem Welleneinfall zugewandte Schicht den höchsten elektrischen Flächenwiderstand aufweist. Durch diese an sich bekannte Abstufung des Dämpfungsvermögens der Schichten wird eine bessere Anpassung des Wellenwiderstandes erreicht, und die Dämpfung weist weniger starke Sprungstellen auf.According to a further embodiment of the invention, the object is Invention solved even cheaper. According to this further training are the pyramids of the absorber element with lossy layers, in particular with electrical conductive material provided with foam mats. Advantageously be several lossy layers are attached to the absorber element on top of one another in such a way that that the lowest layer, stretched directly on the pyramids, is the least and the top layer facing the wave incidence has the highest electrical sheet resistance having. Through this well-known gradation the damping capacity the layers a better adaptation of the wave resistance is achieved, and the The cushioning has less pronounced cracks.

Die Höhe der Pyramiden wird in bezug zur Gesamtdicke aller darauf angeordneten, verlustbehafteten Schichten vorteilhafterweise etwa doppelt so groß wie die Gesamtdicke gewählt. Auch die Dielektrizitätskonstanten und eventuellen Permeabilitäten der verlustbehafteten Schichten können in an sich bereits bekannter Weise verschieden abgestuft gewählt sein.The height of the pyramids is relative to the total thickness of all on it arranged, lossy layers advantageously about twice as large how the total thickness chosen. Also the dielectric constants and possible Permeabilities of the lossy layers can be known per se Way to be chosen differently graded.

Durch diesen besonders vorteilhaften Gegenstand der Erfindung werden die Matten beim Andrücken an die pyramidalen Erhebungen der Absorbergrundkörper gestreckt, in den Vertiefungen dagegen gestaucht und verdickt. Dadurch ergeben sich je nach der Lage der Schicht in bezug zu dem Grundelement verschiedene effektive Schichtdicken, die ebenfalls von Ort zu Ort verschieden die Reflexionsmaxima und -minima verschiedenen Frequenzen zuordnen. Da die gesamte Absorberfläche zur Dämpfung bzw. Reflexion beiträgt, wird die Reflexionsfaktorkurve im Dämpfungsbereich weitgehend linearisiert; die Extremstellen sind kaum mehr meßbar.Through this particularly advantageous subject matter of the invention the mats when pressed against the pyramidal elevations of the absorber base body stretched, but compressed and thickened in the depressions. This results in different effective ones depending on the position of the layer in relation to the basic element Layer thicknesses, which also differ from place to place, the reflection maxima and -Allocate minima to different frequencies. As the entire absorber surface for damping or reflection contributes, the reflection factor curve in the attenuation area is largely linearized; the extreme points are hardly measurable.

Aus optischen Gründen kann es zweckmäßig sein, die gesamte Dämpfungsanordnung mit einem aufhellenden Lack abzudecken. Für den Fall, daß sich die Absorber -der erfindungsgemäßen Art, die vorteilhafterweise ihres leichten Gewichtes halber aus leicht entflammbaren Schaumstoffen hergestellt sind, weniger feuergefährlich verhalten sollen, wird die Anordnung mit einem schwer entflammbaren Lack überzogen.For optical reasons, it can be useful to use the entire damping arrangement cover with a lightening varnish. In the event that the absorber -der type according to the invention, which is advantageously made of its light weight easily flammable foams are made, behave less flammable the arrangement is covered with a flame-retardant paint.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind über die Pyramidenspitzen Isolierstoffolien gespannt, die eine ebene Fläche bilden. Die Dämpfungsanordnung wirkt dadurch für den Betrachter wie eine ebene Wand, obwohl sie infolge ihrer erfindungsgemäßen Struktur der pyramidalen Aufteilung eine besonders günstige reflexionsarme Absorption auch schräg einfallender, elektromagnetischer Wellen gestattet. Die Zwischenräume zwischen der Isolierstoffolie und den Pyramiden bzw. verlustbehafteten Schichten auf den Pyramiden sind in weiterer Ausbildung der Erfindung mit einem leichten Material niedriger Dielektrizitätskonstante, insbesondere mit Hochfrequenzwellen absorbierenden Partikeln, ausgefüllt.According to a further embodiment of the invention are over the pyramid tips Isolierstoffolien stretched, which form a flat surface. The damping arrangement thus acts for the viewer like a flat wall, although it is due to its inventive Structure of the pyramidal division a particularly favorable anechoic absorption Electromagnetic waves incident at an angle are also permitted. The spaces in between between the insulating film and the pyramids or lossy layers on the pyramids are in a further embodiment of the invention with a light material low dielectric constant, especially with absorbing high frequency waves Particles, filled in.

Besonders vorteilhaft wird die Rückseite der Dämpfungsanordnung mit metallischen Belägen abgedeckt, so daß bereits beim Aufbau eines reflexionsfreien Raumes für eine Abschirmung unerwünschter, außerhalb des reflexionsfreien Raumes auftretender Hochfrequenzwellen Sorge getragen werden kann.The rear side of the damping arrangement is particularly advantageous metallic coverings covered, so that already when building a reflection-free Space for shielding undesired, outside the anechoic space occurring high frequency waves can be taken care of.

An Hand der F i g. 1 bis 5, die Beispiele für die Erfindung darstellen, ist die Erfindung noch näher erläutert.On the basis of FIG. 1 to 5, which illustrate examples of the invention, the invention is explained in more detail.

In der F i g. 1 ist die Aufsicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung dargestellt. Die Pyramiden 1 a und 1 b weisen eine dreieckige Basis mit gleicher Länge der Basisseiten 2 auf. Sie bilden eine Pyramidenreihe mit parallelen Rändern sowohl in zwei diagonalen Richtungen als auch in der in der F i g. 1 dargestellten Richtung von links nach rechts. Sie sind derart zu einem Absorberelement zusammengefügt, daß die Spitzen der benachbarten Elemente la und l b, beispielsweise in der Reihe der Richtung von rechts nach links gesehen, versetzt angeordnet sind.In FIG. 1 is a plan view of a section of an inventive Shown damping arrangement. The pyramids 1 a and 1 b have a triangular shape Base with the same length of the base sides 2. They form a row of pyramids parallel edges both in two diagonal directions and in the one in the F i g. 1 shown direction from left to right. They are such an absorber element put together that the tips of the adjacent elements la and l b, for example are staggered in the row in the right-to-left direction.

In der F i g. 2 ist ein Teilausschnitt 1-I der in F i g. 1 gezeigten Dämpfungsanordnung -dargestellt. Dabei sind einzelne Pyramiden 1 a sowie 1 b in ihrer gesamten Höhe H geschnitten. Die Pyramidenstr:zktur ist auf einer Wand 3 befestigt, die mit einer Aluminiumschicht 4 abgedeckt ist, damit elektromagnetische Wellen nicht von außerhalb des Raumes R in diesen einzudringen vermögen. Der Raum R stellt beispielsweise einen Meßraum dar, in dem die Strahlungsdiagramme von Antennen gemessen werden. Dazu ist es bekanntlich erforderlich, daß an den Wandungen praktisch keine Reflexionen erfolgen, damit das Meßergebnis nicht verfälscht wird. Dabei fallen auf die Pyramidenstruktur nicht nur in der Richtung y1 elektromagnetische Wellen ein, sondern es erfolgt auch ein Schrägeinfall elektromagnetischer Wellen, beispielsweise in den Pfeilrichtungen y2, y3. Die erfindungsgemäße Pyramidenanordnung mit versetzten Spitzen gestattet eine breitbandige Absorption der einfallenden Wellen ohne großen Reflexionsfaktor. Die Pyramiden bestehen entweder aus einem Material, das mit elektrisch leitfähigen Partikelchen, z. B. Graphit, Ruß, versehen ist, oder sie sind mit einem derartigen Material imprägniert.In FIG. FIG. 2 is a partial section 1-I of the FIG. 1 shown Damping arrangement -shown. Individual pyramids 1 a and 1 b are in their entire height H cut. The pyramid structure is attached to a wall 3, which is covered with an aluminum layer 4, so that electromagnetic waves are not able to penetrate from outside the room R. The room R represents for example a measuring room in which the radiation patterns of antennas are measured will. For this, it is known that it is necessary that practically none on the walls Reflections take place so that the measurement result is not falsified. Fall in the process on the pyramid structure not only electromagnetic waves in the direction y1 a, but there is also an oblique incidence of electromagnetic waves, for example in the directions of the arrows y2, y3. The pyramid arrangement according to the invention with offset Spikes allow broadband absorption of the incident waves without large amounts Reflection factor. The pyramids are either made of a material that is electrically connected to it conductive particles, e.g. B. graphite, carbon black, is provided, or they are with a impregnated such material.

In F i g. 3 ist ein Teilschnitt durch eine Absorberanordnung gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung dargestellt. Danach sind auf dem Grundelement 5, das in der oben angegebenen Weise aus versetzt angeordneten, mit abgerundeten Spitzen und Senken versehenen Pyramiden zusammengefügt ist, mit sechs absorbierenden Schichten 6a bis 6 f bedeckt. An den Erhebungsstellen 5 a sind die insbesondere aus Schaumstoff bestehenden Schichten gespannt, im Bereich der Senken 5 b sind diese Schaumstoffschichten entspannt. Sie weisen daher dort eine größere Dicke auf als an den Erhebungen. Diese inhomogene Verteilung der Absorbermassen führt zu einer Verminderung der Reflexionsmaxima und -minima zu einer praktisch linearen Reflexionsfaktorkurve im Absorptionsbereich. Das Grundelement 5 ist mit einer elektrisch leitfähigen Belegung 7 aus Kupfer auf der Unterseite versehen.In Fig. 3 shows a partial section through an absorber arrangement according to the further embodiment of the invention. Thereafter, six absorbent layers 6a to 6f are covered on the base element 5, which is assembled in the above-mentioned manner from staggered pyramids provided with rounded peaks and valleys. At the elevation points 5 a , the layers consisting in particular of foam are stretched, in the area of the depressions 5 b these foam layers are relaxed. They therefore have a greater thickness there than at the elevations. This inhomogeneous distribution of the absorber masses leads to a reduction in the reflection maxima and minima to a practically linear reflection factor curve in the absorption range. The base element 5 is provided with an electrically conductive coating 7 made of copper on the underside.

Gemäß F i g. 4 ist die Absorberanordnung 8 relativ stark gewellt ausgebildet und die Erhebungen durch eine Isolierstoffolie 9 abgedeckt, so daß in Richtung zum Meßraum R der Absorberkörper eine ebene Fläche aufweist. Die Zwischenräume 10 zwischen Isolierstoffolie 9 und Absorberanordnung 8, die in der oben beschriebenen Weise insbesondere verlustbehaftete Schichten aufweist, sind gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung mit Füllmaterial ausgefüllt.According to FIG. 4, the absorber arrangement 8 is designed to be relatively strongly corrugated and the elevations are covered by an insulating film 9, so that in the direction of the measuring space R the absorber body has a flat surface. The interstices 10 between the insulating film 9 and the absorber arrangement 8, which in the manner described above has in particular lossy layers, are filled with filler material according to the further embodiment of the invention.

In der F i g. 5 sind die Reflexionsfaktorkurven a und ß in Abhängigkeit von der Frequenz f dargestellt. Die Kurve a charakterisierteinen an sich bereits bekannten, aus einer Vielzahl von Hohlkegel-bzw. Hohlpyramidenkörpern zusammengefügten Absorber, die Kurve ß entspricht dem erfindungsgemäßen Aufbau. Beim Vergleich dieser beiden Kurven ist der technische Fortschritt der Erfindung bezüglich des Reflexionsverhaltens unmittelbar erkennbar. Der Reflexionsfaktor ist nicht nur vermindert, er weist darüber hinaus im Bereich der kleinen Reflexionsfaktorwerte ein praktisch lineares Verhalten ohne besonders starke Maxima und Minima auf.In FIG. 5 are the reflection factor curves a and ß as a function represented by the frequency f. Curve a already characterizes one in itself known, from a variety of hollow cone or. Hollow pyramid bodies joined together Absorber, the curve β corresponds to the structure according to the invention. When comparing these both curves is the technical progress of the invention with regard to the reflection behavior immediately recognizable. The reflection factor is not only reduced, it shows about it In addition, there is a practically linear behavior in the area of the small reflection factor values without particularly strong maxima and minima.

Claims

Claims: 1. Low-reflection, broadband damping arrangement for electromagnetic waves, which consists of a large number of pyramids which are closely connected with one another with their bases in one plane and with their tips pointing essentially against the direction of wave propagation, provided with or covered with electrically conductive substances, characterized in that the pyramids (1 a, 1 b) have an equilateral triangular base and are joined together to form an absorber element in such a way that the pyramid tips are offset at least in the direction of a row of pyramids.

2. Damping arrangement according to claim 1, characterized in that the height (H) of the pyramids (la, 1b) corresponds to about half the length of the base sides (2).

3. Damping arrangement according to Claim 1, characterized in that the heights of adjacent pyramids are different are great.

4. damping arrangement according to claim 3, characterized in that the Pyramids a quarter of the base length alternating with pyramids three quarters of the base side length are joined together.

5. Damping arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pyramids (la, 1 b) of the absorber element with additional lossy Layers (6a to 6j) are covered.

6. damping arrangement according to claim 5, characterized characterized in that the lossy layers (6a to 6f) from with electrical conductive material provided with foam mats.

7. Damping arrangement according to claim 6, characterized in that the lossy layers one have such different, electrical sheet resistance that the lowest, Layer (6 a) arranged directly on the pyramids has the lowest, the top layer (6f) the. has the highest resistance. B.

Damping arrangement according to one of the claims 5 to 7, characterized in that the height (H) of the pyramids is about twice as high as large as the total thickness of all lossy layers arranged on it (6 a to 6 f).

9. Damping arrangement according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the damping arrangement with a lightening Paint is covered.

10. Damping arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the damping arrangement is covered with a flame-retardant paint. Documents considered: German Patent No. 1165 697; German utility model No. 1760 260; French patent specification No. 1091571.