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Reflexionsarme, breitbandige Dämpfungsanordnung für elektromagnetische
Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine reflexionsarme Dämpfungsanordnung für
elektromagnetische Wellen, insbesondere für Meter- und Dezimeterwellen, die sich
durch eine hohe Breitbandigkeit auszeichnet.
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Eine derartige Dämpfungsanordnung wird beispielsweise als reflexionsarme
Verkleidung reflektierender Gegenstände oder Wände verwendet. So sind beispielsweise
abgeschirmte Meßräume, in denen die Störstrahlungen von Motoren oder die Strahlungsdiagramme
von Antennen gemessen werden, dadurch weitgehend reflexionsfrei gestaltet und an
den sogenannten »freien Raum« angepaßt, daß die Wände und gegebenenfalls die Oberflächen
größerer reflektierender Gegenstände mit reflexionsarmen Verkleidungen versehen
sind.
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Es ist bereits bekannt, derartige Verkleidungen aus einer Vielzahl
von kegel- oder pyramidenförmigen, elektromagnetische Wellen dämpfenden Körpern
zusammenzusetzen (USA: Patentschrift 2 977 591). Es ist auch bereits bekannt, derartige
Absorber hohlkegel- bzw. hohlpyramidenförmig auszubilden (französische Patentschrift
1091571). Zur Dämpfung der einfallenden elektromagnetischen Wellen sind die hohlkegeligen
oder hohlpyramidalen Körper mit elektrisch leitfähigen Partikelchen versehen, so
daß sie die einfallenden Wellen zu dämpfen vermögen. Der spezifische elektrische
Flächenwiderstand, den der Absorber den einfallenden Wellen bietet, nimmt infolge
der kegeligen bzw. der pyramidalen Struktur der Absorber von der Seite der Spitzen
bis zu der Seite der Basisflächen dieser Einzelkörper allmählich zu. Infolge dieser
stetigen Zunahme der Absorptionswirkung treten praktisch keine Sprungstellen auf,
die zu unerwünschten zusätzlichen Reflexionen Anlaß geben würden. Es ist besonders
praktisch, wenn die beispielsweise aus einer Kunststoffolie bestehenden Hohlkegel
oder Hohlpyramiden mit einem halbleitenden Material, z. B. einem Widerstandslack,
bedeckt sind. Diese Hohlkegel oder Hohlpyramiden dienen praktisch lediglich als
Stützorgan für die eigentliche, die Absorption bewirkende Widerstandsschicht. Damit
eine hinreichend kleine Reflexion der Welle erreichbar ist, muß der Absorber, ohne
selbst zu reflektieren, eine genügend große Dämpfung aufweisen. So wird beispielsweise
für einen Reflexionsfaktor von r=10% eine Dämpfung von mindestens 10 db, für einen
Reflexionsfaktor von r=30/a von mindestens 15 db und für einen Reflexionsfaktor
von r=1% von mindestens 20 db notwendig sein. Werden daher Absorber für kleine Reflexionen
und verhältnismäßig lange Wellen im Dezimeter- und Meterwellenbereich verlangt,
dann werden die Pyramiden bzw. Kegel verhältnismäßig lang mit einer Höhe von größenordnungsmäßig
1/z bis 1 m. Bei einem Öffnungswinkel von beispielsweise 20° wird die Grundfläche
des Kegels bzw. der Pyramide sehr groß, und daher müßte die auf diesen Körpern aufgetragene
Widerstandsschicht verhältnismäßig niederohmig in der Größenordnung von etwa 50
bis 100 Ohm Flächenwiderstand ausgebildet sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
Absorber mit derart geringem Flächenwiderstand, insbesondere im GHz-Bereich, verhältnismäßig
hohe Reflexionen aufweisen, die nur dann vermindert werden können, wenn die untere
Grenzfrequenz, zu höheren Frequenzen verschoben wird. Das bedeutet, daß die Bandbreite
derartiger Absorber sehr begrenzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.
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Die Erfindung geht von einer reflexionsarmen, breitbandigen Dämpfungsanordnung
für elektromagnetische Wellen, die aus einer Vielzahl von hohlkegeligen oder hohlpyramidalen,
mit ihren Grundflächen an der reflektierenden Wand aneinandergefügten tütchenartigen
Einzelelementen bestellt, die mit einem elektrisch leitfähigen Lack überzogen und
deren Spitzen im wesentlichen entgegen der Wellenfortschreitungsrichtung angeordnet
sind, aus.
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Die Erfindung besteht darin, daß der leitfähige Lack auf den Außen-
und Innenflächen der Einzelelemente aufgetragen ist.
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Umfangreiche Untersuchungen haben ergeben, daß die bisher bekannten,
nur einseitig mit Widerstandslack beschichteten Absorbereinzelelemente zu Eigenreflexionen
infolge des relativ niederohmigen Flächenwiderstandes führen. Durch die Erfindung
werden
diese Nachteile in außerordentlich einfacher Weise beseitigt. So sind nach einer
Ausbildung der Erfindung zu beiden Seiten der Einzelelemente Widerstandsschichten
mit dem gegenüber den bisher bemessenen Flächenwiderständen doppelten Flächenwiderstand
versehen. Die beiden Schichten wirken dann wie zwei parallelgeschaltete Widerstände.
überraschenderweise bewirken sie jedoch nicht etwa nur einen gleichen Effekt wie
bisher bekannte Einzelschichten mit halb so großem Widerstand; der Reflexionsfaktor
eines erfindungsgemäßen Absorbers mit doppelseitiger Beschichtung ist sogar wesentlich
kleiner. Die erfindungsgemäße Widerstandsaufspaltung führt daher überraschenderweise
zu einem Kombinationseffekt, der der Summe der Einzelwirkungen der beiden einzelnen
Widerstandsschichten weitaus überlegen ist.
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Es ist besonders vorteilhaft, die Einzelelemente aus einem Kunststoff
herzustellen. Dabei hat sich Polyvinylchlorid besonders vorteilhaft ausgezeichnet.
Auch aufgeschäumtes Reinpolystyrol läßt sich gut anwenden, da es nicht nur eine
außerordentlich beachtliche Steifigkeit besitzt, sondern sich auch durch ein sehr
leichtes Gewicht auszeichnet. Der Flächenwiderstand der zu beiden Seiten der Einzelelemente
aufgetragenen Widerstandsschichten beträgt etwa 100 bis 200 Ohm. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf die obenerwähnten Kunststoffe beschränkt.
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An Hand der F i g. 1 bis 3 ist die Erfindung noch näher erläutert.
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In der F i g. 1 ist als Beispiel im Teilausschnitt eine erfindungsgemäße
reflexionsarme und breitbandige Dämpfungsanordnung für elektromagnetische Wellen
dargestellt. Vor der reflektierenden Wand, die aus Mauerwerk 1 sowie einer
Kupferabdeckung 2
besteht, sind eine Vielzahl von hohlkegelartig ausgebildeten
Einzelelementen 3 derart angeordnet, daß ihre Grundflächen 3 a mit der Kupferabschirmung
2 verbunden sind und ihre Spitzen 3 b in den Meßraum R weisen, aus dem die
elektromagnetischen Wellen etwa in Pfeilrichtung y auf den Absorber einfallen.
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Wie in der F i g. 2 im Teilausschnitt A dargestellt, sind die hohlkegeligen
Einzelelemente 3 erfindungsgemäß auf der Innen- und Außenfläche mit Widerstandsmaterial
4 a und 4 b versehen. Infolge dieser Widerstandsaufteilung wird der
Reflexionsfaktor der erfindungsgemäßen Anordnung überraschenderweise bedeutend gegenüber
einem einfach beschichteten Absorber vermindert, dessen Einzelwiderstandsschicht
einen halb so großen Flächenwiderstand aufweist wie der Flächenwiderstand der Summe
der beiden Widerstandsschichten 4a und 4b. In der F i g. 3 sind die Reflexionsfaktorkurven
eines bisher bekannten derartigen Hohlkegelabsorbers mit einem erfindungsgemäßen
Hohlkegelabsorber verglichen. Für den bisher bekannten, einseitig mit Widerstandslack
versehenen Hohlkegelabsorber wurde die Reflexionsfaktorkurve a gemessen, die, wie
dargestellt, im Frequenzbereich von mehr als 5 GHz mehrfach die Reflexionsfaktorgrenze
von 10% überschreitet. Der Reflexionsfaktor gemäß der Kurve ß, der bei einem erfindungsgemäß
beidseitig beschichteten Absorber der gleichen Art gemessen wurde, übersteigt bei
Frequenzen von mehr als 5 GHz praktisch nicht die Reflexionsfaktorgrenze von 3%.
Der geringfügige Mehraufwand durch die doppelte Beschichtung steht in keinem Verhältnis
zu der bedeutenden Verminderung des Reflexionsfaktors bei der erfindungsgemäßen
Anordnung.