DE2151349A1

DE2151349A1 - Funkmess-Tarnung

Info

Publication number: DE2151349A1
Application number: DE19712151349
Authority: DE
Inventors: Bengt-Goeran Johansson
Original assignee: Barracudaverken AB
Current assignee: Barracudaverken AB
Priority date: 1971-04-06
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1972-10-12
Also published as: FR2131929A1; DE2151349B2; GB1314624A; DE2151349C3; SE377964B; FR2131929B1

Description

Zweck einer Funkmesstarnung (Radartarnung) ist es, einen Gegenstand oder "Ziel" so zu tarnen, dass es bei Funkmessbetrachtung mit der Umgebung und dem Hintergrund verschmilzt, wie dies auch bei optischer Tarnung gegen visuelle oder fotografische Betrachtung erstrebt wird. Es ist nicht erwünscht, die Reflektion des getarnten Gegenstandes völlig zu unterdrücken, beispielsweise beim Tarnen von Panzerwagen und sonstigen Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen am Boden usw. Es ist erwünscht, das Funkmessecho (Radarreflektion) so zu beeinflussen, dass es dem Beobachter oder Suchgerät unmöglich ist zu erkennen, dass es sich um ein aufzufindendes Ziel handelt.

Es müsste an sich möglich sein, die Reflektionseigenschaften des Zieles durch Änderung der äquivalenten Zielfläche zu ändern, jedenfalls bei kleineren Zielen, wenn man die eigentliche Zielfläche als unveränderlich annimmt. Metallflächen spiegeln jede Funkstrahlung, und die Reflektjoη ist vom Einfallwinkel der Strahlung stark abhängig. Theoretisch kann Radarreflektion vermieden werden, wenn die Dielektrizitätskonstante im Tarnmittel in Richtung von der einen zur anderen Seite desselben zunimmt, wobei das Tarnmittel beispielsweise aus einer Kunststoffbahn oder einem Gewebe besteht. Diese räumliche Zunahme lässt sich durch geeignete Zusätze zum Tarnmittelmaterial erreichen derart dass die dielektrische Verluste steigen und die Reflektion abnimmt.

Der elektrische Widerstand einer Oberfläche oder eines dünnen grossflächigen Belags ist von der Grosse der Fläche und daher

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auch von der gewählten Flächeneinheit unabhängig, weshalb man vom Flächenwiderstand spricht, der also nur die Dimension Ohm hat. Ist daher der Flächenwiderstand R gleich dem Wellenwiderstand Z des freien Raumes und daher gleich 377 Ohm, so würde die gesamte einfallende Funkstrahlung reflektionslos absorbiert werden. Was bei den verschiedenen Vorschlägen für Radartarnung bisher wenig oder gar nicht beachtet wurde, ist aber, dass eine gewisse Reflektion nicht nur zulässig sondern sogar äusserst erwünscht ist. Der Wert dieser erwünschten Reflektion ist naturgemäss von der näheren und weiteren Umgebung des zu tarnenden Gegenstandes abhängig, sollte aber in jedem Falle allermindestens 10 % und wohl in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle mindestens 25 % betragen. Als Optimalwert für Tarnung in einer normalen Landschaft wurde eine günsUgsteReflektion des getarnten Gegenstandes von etwa h2 t h % festgestellt. Für Meer, Winterlandschaft, Hochgebirge, Wüste usw. ist dieser Wert keineswegs optimal, kann aber oft oder meistens trotzdem annehmbar sein, da ja auch die Umgebung des Ziels, ausser auf dem Meer, nur selten völlig gleichmässig ist. Für Allzwecktarnung dürfte daher ein Wert von etwa 30 bis 35 % mit Abweichungen von rund h % (also z.B. 35 t h fo) am günstigsten sein.

Es sei betont dass die bisher als am günstigsten betrachtete völlige Reflexfreiheit von Radartarnmittein, also 100-prozentige Absorption, im Prinzip dieselbe Wirkung hat wie optische Tarnung durch matten schwarzen Anstrich. Ein völlig funkwellenabsorbierender Gegenstand erzeugt ebenfalls einen schwarzen Fleck im Radarleuchtbild. Abgesehen davon dass eine schwarze Tarnung vielleicht in Ausnahmefällen erwünscht sein kann, ist es äusserst ungünstig, eine Tarnung durch möglichst vollständige Absorption einfallender Radarstrahlung bewirken zu wollen, wie man bisher meistens annahm und versuchte.

Eine einzige dünne leitende Schicht mit einem Flächenwiderstand R (Ohm) hat bekanntlich einen Reflexionsfaktor

. ₌ ^77-R _{d =} R- Ύ77 ^p 377+R ^p R+377

je nachdem ob R grosser oder kleiner als 377 Ohm ist. Der erhaltene Wert ist mit 100 zu multiplizieren, wenn man den Faktor in

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Prozent ausdrucken will. Die Anpassung der Schicht an den Wellenwiderstand 377 des freien Raums ist bekanntlich 377/R oder R/377· Auch bei sehr dünnen Schichten und hohen Frequenzen darf die Eindringtiefe (Hauteffekt) nicht vernachlässigt werden und kann auch bei gut leitenden Metallschichten und einer Wellenlänge von etwa 10 cm von der Grössenordnung 10 nm (10 Millimikron) sein.

Eine nähere Berechnung zeigt, dass man mit dünnen zusammenhängenden Metallbelägen keine Tarnung erzielen kann, da die Schichtdicke geringer als der Atomdurchmesser des Metalls sein müsste, denn dieser Durchmesser beträgt im allgemeinen etwa 10 - 50 nm. Bei Sonderlegierungen mit hohem spezifischen Widerstand könnte man vielleicht mit einer etwa einatomaren Schicht arbeiten, aber aus sowohl fertigungstechnischen wie physikalischen Gründen kommt eine solche Schicht, die zudem mechanisch und chemisch hochempfindlich ist, praktisch nicht in Frage. Die genannte theoretische Begrenzung gilt zwar nicht für Kohle und Graphit, aber ein Belag aus diesen Stoffen ist zwangsläufig körnig und nicht homogen im Sinne der nachstehend beschriebenen Erfindung. Eine Tarnung mithilf e einer einzigen einatomaren oder wenigstens extrem dünnen zusammenhängenden grossflächigen Metallschicht oder sogar einer zusammenhängenden dünnen Kohle- oder Graphitschicht ist also entweder unmöglich oder mit Unzulänglichkeiten verbunden, die bei einer biegsamen und faltbaren Tarnplane für rauhen Betrieb äusserst unerwünscht sind, obwohl man solche Schichten durch Deckschichten gegen mechanische und chemische Einwirkung verhält nismässig gut schützen kann. Ferner bereitet die Herstellung homogener zusammenhängender grossflächiger Schichten mit dem gewünschten Flächenwiderstand praktische Schwierigkeiten und verhältnismässig hohe Kosten.

Diese Probleme werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Tarnplane, also eine sehr biegsame tuch- oder netzähnliche Tarnung, als hauptsächlichstes Radartarnmittel eine dünne inhomogene Schicht aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Metall, enthält derart dass bei Frequenzen über 2 GHz (kürzerer Wellenlänge als 15 cm) der für die Tarnwirkung massgebende Flächenwiderstand entweder geringer als 310 oder grosser als ^60 0hm ist, d.h. dass der Reflexionsfaktor auf alle Fälle grosser ist als

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10 % und vorzugsweise grosser als 25 %, d.h. in letzterem Falle ist der Flächenwiderstand kleiner als 230 oder grosser als etwa 6¹HD Ohm, soll aber nicht geringer als 130 Ohm oder höher als 1100 0hm sein.

Es ist besonders zu beachten, dass eine im Sinne der Erfindung inhomogene Schicht auch eine völlig gleichdicke ununterbrochene Schicht sein kann, die aus einzelnen kleinen oder sogar kolloidalen Teilchen z.B. aus Kohle oder Graphit besteht, also aus Teilchen, die sich nur nahezu punktförmig berühren und weder ineinander verfliessen noch zum Ineinanderverfliessen gebracht werden können und mit Rücksicht auf ihre Unterlage oder Einbettung (Kunststoff, Naturfaser, Glasfasern usw.) auch nicht miteinander versintert werden können. Dagegen ist hier eine zusammenhängende, im wesentlichen loch- und porenfreie Metallschicht, auch wenn sie eine keineswegs gleichbleibende Stärke aufweist, als "homogen" zu betrachten und wird von der Erfindung nicht erfasst.

Bei allen Zahlenwerten des Flächenwiderstands und sonstiger Eigenschaft der Radartarnung ist die eventuelle Wirkung dielektrischer Verluste des elektrisch nicht-leitenden Materials der Tarnplane inbegriffen.

Die erfindungsgemässe Tarnung ist in flach ausgebreitetem Zustand im wesentlichen zweidimensional und eben. Da die Tarnung normalerweise gleichzeitig auch optisch einschliesslich infrarot tarnen soll, ist es jedoch erwünscht, dass sie ohne nennenswerten Verlust ihrer Biegsamkeit und Geschmeidigkeit eine dreidimensionale Form und Aussehen haben soll. Es gibt viele Vorschläge zur Erzielung dieser Form und Wirkung, die auch bei nichtvisueller optischer Betrachtung z.B. mittels Laser, Infrarotsuchgerät oder sog. Licttradar eine Rolle spielt, da der Einfallswinkel des sichtbaren oder unsichtbaren Lichtes auch bei grösseren ebenen Oberflächenbereichen der Tarnung in einem solchen Bereich nicht überall derselbe sein soll. Bei Radarbetrachtung des getarnten Gegenstandes spielt dies allerdings meist eine nur geringe Rolle, da das Auflösungsvermögen hierbei wesentlich geringer ist als bei optischer Betrachtung. Bei dynamischer

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Betrachtung z.B. von Flugzeugen, Panzerwagen, Schiffen usw. aus ist das genannte Problern besonders wichtig, insbesondere wenn die Betrachtung stereoskopisch erfolgt.

Tiefe und gegenseitiger Abstand der dreidimensionalen Oberflächenänderung bei bekannten optisch tarnenden Mitteln ist stets ein extrem hohes Vielfaches der Lichtwellenlänge. Vermutlich aus diesem Grunde wurde bisher nicht beachtet, dass derartige Oberflächenänderungen bei Radartarnung auch dann eine erhebliche Rolle spielen können, wenn sie, wie üblich, unterhalb des Auflösungsvermögens jeder Radarausrüstung liegen, also jeweils eine geringere Ausdehnung haben als etwa 10 bis 20 Wellenlängen. Ist jedoch die Tiefe und/oder der gegenseitige Abstand zwar geringer als soeben genannt aber grosser als beispielsweise e^wa ein Zehntel oder gar etwa ein Viertel der Wellenlänge, kann man tatsächlich eine für Radartarnung günstige Wirkung erzielen, denn es tritt wiederholte Reflektion zwischen den Oberflächenänderungen sowie örtlich sehr verschiedene Einfallswinkel und Reflektionswinkel auf. Ferner kann man in dieser Weise die für radarbestrahlte Schichtdicke um viele Grössenor-dnungen grosser machen als die Dicke der eigentlichen Schicht, und alle diese Falttoren kann man durch geeignete Ausführung leicht in Zusammenhang mit oder Abhängigkeit von dem betreffenden Radarwellenlängenbereich, vorzugsweise dem cm-Wellenbereich oder dem Bereich zwischen 1 und 3 cm, bringen. Dies ist ohne weiteres einleuchtend, wenn man sich vorstellt dass das Tarntuch zahlreiche markante Einzelerhöhungen aufweist, die jeweils eine grösste Dimension von mindestens etwa einer halben oder einer viertel Wellenlänge der einfallenden Strahlung besitzen.

Erfindungsgemäss erhält man eine besonders wirksame Kombination von Radartarnung und optischer Tarnung, wenn man eine erfindungsgemässe Tarnplane in an sich bekannter Weise mit ungeradlinigen, vorzugsweise bogen- oder halbkreisförmigen Einschnitten derart versieht, dass diese Einschnitte ineinandergreifen und ihre Enden jeweils in das Innere der benachbarten Einschnitte hineinragen, insbesondere so wie es in der deutschen Patentschrift 1 088 8^3 und noch besser in den entsprechenden nordamerikanischen und englischen. Patentschriften 3 O69 796 bzw. 902 767 näher geschildert ist.

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Besteht die Radartarnschicht aus einem dünnen Belag aus Metall, oder aus Kohle oder Graphit, dessen Körner·im wesentlichen nicht völlig voneinander isoliert sind, oder aus einem leitenden Netz, so kann der für die Tarnung wirksame Flächenwiderstand auf den gewünschten Wert und die die erfindungsgemässo Inhomogenität durch die oben beschriebene Massnahme erzielt werden, denn durch die genannten Einschnitte werden sowohl Strombahnen zertrennt wie auch resonante und reaktive Impedanzen geschaffen, wodurch bei durchaus genügender Bandbreite eine Erhöhung des gesamtwirksamen Flächenwiderstandes, indirekt auch durch erhöhte dielektrische Verluste, erzielt wird. Das Ausgangsmaterial, also das beschichtete Tarntuch o.a. vor dem Stanzen der Einschnitte, darf daher einen an sich viel zu geringen Flächenwiderstand haben, wodurch die Herstellung erleichtert und die Verwendung gleichmässiger Metallbeläge ermöglicht wird.

Die obige Wirkung lässt sich jedoch auch dadurch erzielen, dass die Tarnschicht im wesentlichen ,aus einem leitenden Gitter besteht oder viele leitende Flocken, Fasern, Schlingen, Fibrillen o.a. enthält, welche vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus rostfreiem Stahl oder Aluminium bestehen oder aus metallisierten oder mit z.B. eingebranntem Kohle- oder Graphitbelag versehenen Isolierstoffasern bestehen, wobei die Gittermaschen, Flocken, Fasern o.a. vorzugsweise so bemessen sind, dass wenigstens ein Teil derselben im betreffenden Wellenlängenbereich resonant oder teilres'onant sind, also nicht rein resistiv. Der Resonanzfaktor oder Gütewert der einzelnen Fasern, Gittermaschen oder Flocken soll ziemlich gering sein, was sich aus Werkstoff- und. Herstellungsgründen sowieso kaum vermeiden lässt und erwünscht ist. Die Resonanzfrequenzen der einzelnen Fasern usw. sollen im betreffenden Wellenlängonbereich streuen, was sich ebenfalls praktisch zwangsläufig ergibt. All dies lässt sich jedoch besonders gut durch die genannten Einschnitte erzielen, wodurch viele Fasern oder Netzmaschen in verschieden grosse Teile zerschnitten werden und hierdurch hochfrequenzmässig verschiedene Eigenschaften erhalten.

Eine inhomogene Schicht mit Metallplättchen oder -flocken kann man durch sehr stark poröse und/oder zerlöcherte oder zerrissen^

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Metallisierung erzielen, d.h. durch eine absichtlich sehr "mangelhafto" Metallisierung, was zudem viel einfacher und billiger zu sein pflegt als homogene Metallisierung. Die ungefähre Bemessung der Blättchen bzw. Löcher kann nach denselben Richtlinien gewählt werden wie oben hinsichtlich Fasern und Netzmaschen erwähnt wurde, wobei eine zusätzliche Verbesserung mittels der genannton Einschnitte ebenfalls möglich ist.

Erwähnt sei auch, dass eine inhomogene Metallisierung von Geweben rdciriiich einfach und wirksam ist, indem man so metallisiert, dass die Rillen zwischen den freiliegenden Oberflächen der Gewebefäden nicht oder nur stellenweise leitend überbrückt werden, sodass die Metallisierung (ggf. Graphitierung oder Karbonisierung) eine Art Linien- odor Gi ti err act er bildet. Dies wäre an sich auch auf. glatter Unterlage wie z.B. Kunststoff möglich, eignet sich aber in allen diesen Fällen aus verschiedenen Gründen praktisch nur dann, wenn das Tarntuch in oben erwähnter Weise mit Einschnitten odor sonstigen Unterbrechungen wenigstens in der leitenden Streifonsehicht versehen ist.

Es sei nocli erwähnt, dass eine Tarnschicht in Form eines leitenden Netzen, zerlöcherter oder fleckenweiser Metallisierung usw. auch in analoger Weise wie cog. gedruckte Kreise der Schwachstromtechnik hergestellt werden kann.

Falls aus irgendeinen· Grunde das Tarntuch keine Einschnitte oder sonstige öffnungen enthalten soll, und wenn leitende Maschen, Flocken, Löcher o.a. wenigstens teilweise eine starke Resonanzwirkung aufweisen, also Dimensionen besitzen die im Vergleich mit oincr Viertel·.;ellenlange nicht vernachlässigbar sind und andererseits ein höheres Vielfaches (z.B. 10) der Wellenlängen nicht überschreiten, müssen Fasern verschiedener Länge oder Flocken, Löcher oder Maschen verschiedener Grosse benutzt werden. Dies kann aber auch dadurch erreicht werden, dass die Faserlänge bzw. die genannte Grosse ursprünglich durchweg gleich ist, aber durch die genannten Einschnitte oder ggf. durch nachträgliches Zerbrechen durch entsprechende mechanische Nachbehandlung des fertigen Tarntuches unregelmässig geändert wird.

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Falls eine netz- oder gittsrförmige leitende Tarnschicht benutzt wird, sollten also die Maschen unregelmässig sein, vorzugsweise so wie es aus anderen Gründen in der nordamerikanischen Patentschrift 2 825 l68 geschildert wird, wenngleich in anderem Massstab. Wahlweise kann die Netz- oder Gitterstruktur durch feine Drähte oder Metallfolienstreifen oder entsprechende leitende (metallisierte) Streifenbeläge gebildet werden, die sich in unregelmässig gekrümmten Bahnen unregelmässig einander nähern und sich von einander entfernen, so dass die Grosse und Form der Maschen schwankt und die verschiedenen Maschen daher auf die einfallenden Strahlen als Rieht- oder Saugelemente (Reflektoren bzw. Direktoren), allderdrings mit merklicher Dämpfung, oder auch als rein dämpfende Elemente wirken, wobei diese drei Funktionen natürlich von der Wellenlänge abhängig sind aber im ganzen Wellenlängenbereich auftreten, wenn auch bei jeweils verschiedenen Maschen.

Die eigentliche Tarnschicht kann also m.a.W., entweder aperiodisch sein und daher angenähert gleichartig auf verschiedene Wellenlängen ansprechen, oder kann resonante, ggf. verstimmte Elemente enthalten.

Beim direkten Vorgleich von mechanischen Abmessungen mit Wellenlängen in Luft ist zu beachten, dass Abweichungen durch grössere Dielektrizitätskonstante, als 1 von umgebenden Material und durch nicht zu vernachlässigendes Verhältnis zwischen Dicke und Länge von leitenden Fasern usw. auftreten, bei Resonanzwerten manchmal auch durch einen geringe Resonanzfaktor (Gütewert Q). Daher sind die tatsächlichen mechanischen Längenwerte stets etwas kleiner als die entsprechenden elektrischen Längen.

Besonders gute Ergebnisse wurden mit einer Tärnschieht aus leitenden Fasern erzielt. Bei Verwendung von Metallfasern, sog» Fibrillen, aus rostfreiem Stahl oder Aluminium oder gut metallisierten Kunststoffasern sollte der Faserdurchmesser nicht mehr als 15 Mikron und vorzugsweise nicht mehr als 12 Mikron betragen. Besonders bei rostfreiem Stahl erwies sich eine Stärke von 8 Mikron als günstig, wobei allerdings kein ausgeprägter Optimal-wert feststellbar war. Bei Kunstfasern mit leitendem Belag kann der

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günstigste Wert höher liegen als oben genannt. Als gut geeignet erwiesen sich ferner Glasfasern mit einem eingebrannten Oberflächenbelag aus Kohle oder Graphit.

Bei Benutzung einer Tarnschicht, die ausgesprochen resonante Elemente wie Fasern oder Maschen mit verhältnismässig hohen Gütewert Q enthält, ist zu beachten, dass die Mehrzahl dieser Elemente mehr oder weniger verstimmt ist, was meistens nahezu unvermeidlich aber vorteilhaft ist. Eine derartige Schicht hat jedoch durch diese Verstimmung bei Bestrahlung mit Dauerwellen und mit impulsierten Wellen verschiedene Eigenschaften, ebenso bei gleichzeitiger Bestrahlung mit zwei etwas verschiedenen Wellenlängen, wie in einem Aufsatz "Detuned Resonant Circuits" von H. Elger in Wireless Engineer vom November 19^9 näher erläutert wird. Dieser Unterschied ist das Ergebnis von den in jedem Resonanzkreis auftretenden Einschwingvorgängen, die bei etwas verstimmten Kreisen ausgesprochene Spitzen aufweisen und ganz anders verlaufen als bei voller Resonanz. Sowohl aus obigem Grunde wie mit Rücksicht auf die erwünschte grosse Bandbreite ist ein niedriger Gütewert (Q) von beispielsweise weniger als 10 erwünscht, aber gewisse Resonanzerscheinungen sind entgegen den bisherigen Ansichten vorteilhaft. Ohne hierauf näher einzugehen sei erwähnt, dass u.a. aus diesen Gründen der leitende Werkstoff der Tarnschicht sehr wohl aus gutleitendem Metall wie rostfreier Stahl, völlig reines Eisen (sog. Armco-Eisen), Aluminium oder Kupfer bestehen kann, während Silber aus Kostengründen ohne Interesse ist. Dies gilt besonders bei Benutzung feiner Metallfasern oder metallisierter Isolierstoffasern.

Bei Benutzung einer nicht-homogenen, z.B. zerlöcherten Metallschicht kann diese sehr dünn gemacht werden, z.B. zwischen 1 und 20 Mikron. Bei Benutzung von Flocken, Metallflecken, Metallnetz_;belägen usw. kann die Schichtdicke meist grosser gewählt werden, je nach Porosität und Metall etwa zwischen 10 und 100 Mikron.

Obige und andere Betrachtungen und Versuche haben gezeigt, dass man mit einer einzigen, sehr dünnen erfindungsgemässen Tarnschicht eine hervorragende Radartarnung erzielen kann.

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Enthält eine Tarnschicht resonantg oder in gewissen Ausmass resonanto Elemente der bereits geschilderten Art derart dass sio verschiedene Resonanzeigenschaften haben, erfolgt in der Tarnschicht selbst, nämlich zwischen diesen Elementen, eine kettonähnliche Beeinflussung durch gegenseitige Anregung, Strahlungskopplüng, widerholte Refloktion usw. auch wenn - oder obwohl - die Schichtdicke im Vergleich mit der Wellenlänge vernachlässigbar gering ist. Es ist daher möglich, eine einzige dünne Schicht mit sowohl absorbierenden wie reflektierenden Eigenschaften zu schaffen, so dass sio im ganzen praktisch infragekommonden Radarfrequenzberoich von z.B. 1 - 15 cm entsprechend 2 bis 30 GHz die gewünschte Tarnwirkung hat ganz besonders wenn die Tarnplane entsprechend dem bereits genannten deutschen Patent oder dem genannten amerikanischen Patent 3 O69 796 mit Einschnitten versehen und streckbar ist um dreidimensional zu werden. Die genannte gegenseitige Beeinflussung tritt dann nämlich nicht nur in der Schicht selbst sondern zwischen den zahlreichen, nicht in gemeinsamer Ebene liegenden Bereichen der Schicht auf, und besonders bei dynamischer Radarabtastung des getarnten Gegenstandes durch sich bewegende Suchgeräte wird die Tarnwirkung besser.

Die genannte gegenseitige Beeinflussung und schwankende Reflektion ist vom sog. Düppelstörverfahren (Abwurf zahlreicher abgestimmter Metallfoliestreifen) bekannt, indem sich die Düppel wirr verteilen und viele sich rollen oder knicken. Ähnlich verhalten sich die oben beschriebenen leitenden Fasern, wenngleich sie viel enger liegen und eine sehr dünne Schicht bilden, schlechter leiten und in einem mehr oder weniger verlustbehafteten dielektrischem Material eingebettet sind. Der Vergleich ist trotzdem zulässig, denn Düppel tarnen durch reflektierte Störstrahlung, also eine das Suchgerät störende Strahlung, was man negative Tarnung nennen könnte, während die orfindungsgemässe Tarnschicht das Ziel als Bestandteil seiner Umgebung vortäuschen soll. In beiden Fällen wird das qualitative- Verständnis erleichert, wenn man sich vorstellt, dass ein Teil der Fasern (oder Düppel) wie Saugdipole (Direktoren), ein Teil wie Richtdipole (Reflektoren) oder und einige wie abgestimmte Resonanzdipole einer aus zahlreichen Dipolen zusammengesetzten Antenne z.B. nach Yagi verhalten, und dass diese Dipole einen wesentlich höheren ohmschen Widerstand

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haben als normal.

Die Erfindung ermöglicht os also, in recht vorschiedonartiger W:iso eine verhältnismässig dünne und daher für gut biegsame Tarnpianen (Tarntücher, -netze usw.) geeignete Tarnschicht zu schaffen, deren Flächen-Wider st and im Vergleich mit dem Wellenwiderstand des freien Raums (377 Ohm) den für die erfindungsgemäss gewünschte Roflektion geeigneten Wert hat und deren räumliche Rückstrahlcharakteristik zwecks guter Tarnung auch bei Beobachtung aus verschiedenen Richtungen einen günstigen Verlauf hat. Erfindungsgomässe Tarnplanen (mit oder ohne Naturtextilanteil) mit voll zufriedenstellenden Tarneigonschafton gegen optische Späh- und Suchgerätυ (einschl. Infrarotgeräte) und gegen Radargeräte wurden in oinor Stärke von nur O,¹+ mm hergestellt mit der gleichen Biegsamkeit und nahezu gleichen mechanischen Eigenschaften wie gleichstarke Kunststoffolien oder Gewebe. Auch 0,6 mm starke Tarnplanen wurden hergestellt.

Anhand anliegender Zeichnung worden nachstehend einige-Beispiele von erfindungsgemässen Tarntüchern und deren durch Versuche gemessenen Tarneigenschaften beschrieben.

Fig. 1 zeigt rein schematisch die drei Schichten einer dreischichtigen Tarnplane, während Fig. 2A- 2C je ein Beispiel der als Radartarnschicht dienenden Mittelschicht zeigt. J¹Ig. 3~5 sind den oben genannten Patentschriften entnommen und zeigen je einen dreidimensionale Form streckbares, mit Einschnitten versehene Ternpls.no.

Fig. 1 zeigt die drei Schichten einer dreischichtigen Tarnplane getrennt voneinander. Die aus den drei Schichten zusammengesetzte Plane ist im wesentlichen zweidimensional. Die beiden äusseren Schichten sind optisch tarnend und dienen auch als mechanische Schutzschicht für die Mittelschicht, welche eine Radartarnschicht (Funktarnschicht) ist. Eine weitere^ nicht dargestellte Schicht kann als Infrarot-Tarnschicht vorgesehen sein.

Die Fig. 2A, 2B und 2C zeigen je ein Beispiel der Zwischenschicht in Fig. 1. Die in Fig. 2A dargestellte Zwischenschicht enthält

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Metallfasern, besonder? In Form sog. Filorillcn. Die Fasorn könnon auch Glas- odor Kunststoffasorn mit einem leitenden Belag sein. Die Fasern sind in oinom massiven Feststoff oder in einem Vlies, z.B. in sog. Nadelfilz, wirr verteilt„ Die Fasern bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Staiii, Kupfer oder Aluminium. Bei luftdichter Einbettung können die Fasern aus gewöhnlichem Stahl oder aus Eisen bestehen.

Diese leitenden Fasern oder Fibrillcn haben beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 8 Mikron oder mehr und haben verschiedene Längen von ungefähr einer halben Wellenlänge im gewünschten RadarwollGnlängenbereich zwischen beispielsweise 1 und 15 cm, entsprechend einer elektrischen Länge der verschiedenen Fasern zwischen 5 und 75 mm. Im hier beschriebenen Beispiel beträgt die Gesamtlänge dor Fasorn etwa 300 bis 500 β je Quadratmeter Tarnplane, und der durchschnittliche Abstand der Fasern voneinander beträgt etwa 5 mm. (Selbstverständlich kreuzen sich fast alle Fasern.) Im hier betrachteten Wellonlängonbcreich, wobei in erster Linie der Bereich 1 - 3 cm infragekommt, beträgt der Wirkwiderstand dor Fasern je nach Material ein Violfaches von 10 kohm per Motor Faserlänge und etwa zwischen 30 und höchstens 80 kohm/m bei Fasern aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von etwa 8 Mikron. Die diesen Werten zugrundeliegenden Widerstandsmessung on bei Hochfrequenz waren jedoch recht ungenau und unzuverlässig.

Abgesehen von gegenseitiger hochfroquenzmässigor Beeinflussung innerhalb der Radartarnschicht, wie schon weiter oben erwähnt, ist anzunehmen, dass die Zwischenschicht nach Fig. 2A, und. übrigens auch die nach Fig. 2B und 2C, ausserdem oder nur dadurch wirksam sind, dass dor Flächenwiderstand der Zwischenschicht mit dom Wellenwiderstand Z = 377 0hm des freien Raumes einen solchen Zusammenhang hat, dass die gewünschte Radartarnwirkung erzielt wird, und dass dieser Flächenwidorstand einen hochfrequenzmässig wirksamen Wert innerhalb der Grenzen 139 und höchstens 309 Ohm oder zwischen mindestens ^6l und 1020 0hm hat, sodass mit anderen Worten die Reflektion mehr als 10 % aber nicht mehr als ungefähr k6 % beträgt, woboi der untere Grenzwert von 10 % entsprechend 309 oder i+61 0hm wohl nur ausnahmsweise infrage-

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kommt. Vorausgesetzt dass die Länge und der gegenseitige Abstand der leitenden Fasern im Verhältnis zu einer halben Wellenlänge nicht vernachlässigbar klein ist, ist es mehr oder weniger eine Definitionsfrage, ob man die eine oder andere Erklärung zugrundelegt, was auch auf die -weiter unten beschriebenen Beispiele zutrifft .

Fig. 2B zeigt ein anderes Beispiel einer Zwischenschicht. Diese besteht ebenfalls aus massivem Kunststoff, einem Gewebe oder einem Vlies mit sehr dünnen Drähten, aufgedruckten Metallbelag·- streifen oder leitenden Kunststoffäden, z.B. Fäden mit leitendem Belag. Diese Drähte, Streifen oder Fäden bilden ein unregelmässiges Gitter. Wenigstens die Mehrzahl der Kreuzungspunktο sind elektrische Verbindungen zwischen den sie., kreuzenden Drähten, Fäden oder Streifen. Die Kreuzungspunkte können aber auch isolierend sein, wenn der Widerstand pro Längeneinheit Draht, Streifen oder Fäden genügend hoch ist. Nachstehend wird angenommen, dass die Kreuzungspunkte elektrische Brücken zwischen den Drähten bilden, wobei eine äusserst dünne eventuelle Isolierung zwischen den sich kreuzenden Drähten o.a. bei den hier infragekommenden hohen Frequenzen ziemlich vernachlässigt, werden kann. Die Gittermaschen haben verschiedene Formen und Grossen, so dass sie im ganzen betreffenden Wellenlängenbereich von beispielsweise 1 bis 15 oder 1 bis 20 cm bei verschiedenen Frequenzen resonant sind. Der Zusammenhang zwischen direkten dielektrischen Verlusten und gegenseitiger Beeinflussung in der Schicht ist anders als in einer Schicht nach Fig. 2A, aber ein ähnliches Endergebnis kann erreicht werden.

Fig. 2C zeigt ein weiteres Beispiel einer radartarnenden Zwischenschicht, deren Wirkung im Prinzip die gleiche Ursache hat wie beim Beispiel nach Fig. 2A. Der leitende Teil der Schicht besteht aus einer unregelmässigen oder "schlechten" Metallisierung auf einer Unterlage, die beispielsweise aus massivem Polyvinylchlorid besteht (PVC-Kunststoff), so dass der Metallbelag Poren und Löcher verschiedener Grosse aufweist. Die Metallisierung braucht nur einige Mikron dick zu sein, unter Umständen sogar weniger als ein Mikron, je nach spezifischem Widerstand des Metalls, der Porosität und Art der Unterlage. Wenn eine genügend

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grosso Anzahl dor Löcher die oben erwähnten Dimensionen der Gittermaschen nach Fig. 2B erfüllt, arbeiten die Schichten nach Fig. 2B und 2C im Prinzip in gleicher Weise. Die Schicht nach Fig. 2C kann auch so ausgeführt sein, dass die weissen Stellen leitend und die gestrichelten Zwischenräume isolierend sind. Die metallisierten Flächen der Schicht können ferner derart hergestellt worden, dass alle oder fast alle Löcher der Metallisierung so kloin sind, dass der Randumfang der Löcher merklich kleiner ist als die Hälfte der kürzesten Wellenlänge, beispielsweise dass dor Durchmesser der weitaus meisten Löcher kleiner ist als etwa 1,2 mm. Die Grosse, Form und Verteilung dieser Löcher odor Poren sollte dann so sein, dass der Flächenwiderstand des Belags von der für Radartarnzwecko erwünschten Grossonordnung ist, wie schon weiter oben erläutert.

Bezüglich aller geschilderten Beispiele und Fälle ist stets zu bedenken, dass die allgemeinen Ansprüche an Radartarnung vom zu tarnenden Gegenstand, besonders von seiner Grosse, und von der Umgebung sowie bis zu einem gewissen Grade auch von der Art der zu erwartenden feindlichen Radaraufklärung abhängig sind. Eine Radarbetrachtung mit einer Wellenlänge von 1 cm aus geringer Entfernung ergibt ein anderes Bild als Betrachtung mit IO cm Wellenlänge aus grosser Entfernung.

Ferner ist zu beachten, dass Ursache und Wirkung einer erfindungsgomässen Tarnung, je nach Ausführung derselben im Rahmen der Erfindung, verwickelter und mannigfaltiger sind als es hier in ziemlich groben Zügen geschildert wird.

Praktische Versuche haben gezeigt, dass eine Tarnplane mit einer Radartarnschicht nach Fig. 2A äusserst wirksam ist, wenn sie ungefähr nach Fig. 3 oder k mit Einschnitten vorsehen und boi Gebrauch gestreckt wird, sodass sie etwa die in Fig. 5 dargestellte dreidinensionale Form annimmt, also ähnlich wie ein mit abstehenden Laubblättern bestücktes Netz. Die versuchsweise benutzte Plane enthielt rostfreie Stahlfasern mit einem Durchmesser von ungefähr 8 Mikron in einem nicht gewebten dünnem Vlies aus Polyamidfasern. Die beiden äusseron Schichten (nach Fig. 1) der Plane bestanden aus je einer dünnen massiven PVC-Schicht auf

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beiden Seiten dos filzähnlichon Vliosso und waren so gefärbt und behandelt, das;: sie eine gutu optische Tarnung und, vermutlich in Vorbindung mit der Radartarnschicht, auch eine gute Infrarottarnung bewirkt ·λ. Die gesamte Dicke der sehr biegsamen Plane betrug angenähert 0/f- nn und war aber etwas ungleichmassig und von äussercm mechanischen Druck abhängig. Die Steifigkeit der Plane erwies sich als ideal zum Erzielen einer gestreckten Laubnetzform der in Fig. 5 gezeigten Art.

Jode erfiiidungcgoa'sso Tarnplane kojin, und sollte im allgemeinen, so geschnitten sein, dass sic beim Strecken praktisch dreidimensional wird, also in Richtung dor Dicke der Plane einen vielfach grössupoii Raun: beansprucht wie die eigentliche Material dicke (von z.B. 0,'f nn). Rs gibt jedoch Fälle, wo eine pralitisch zweidimensional-j Plan.; genügt oder sogar bevorzugt wird, beispielsweise um scark reflektierende kleine Gegenstände zu tarnen oder um auch als Schutz gegen niederschlage und Staub zu dienen.

Di-3 Fig. 3-'^ brauchen nicht näher erläutert zu werden, da sie, wie schon geeag⁴;, der obigen deutschen Patentschrift 1 088 8*+3 und d-.-r entsprechenden afrikanischen Patentschrift 3 069 796 entnommen viurdui und dort näher erklärt sind, Die Kombination der vorliegenden Erfindung nit derjenigen der soeben genannten Patentschriften ergibt besondere Vorteile, indem diese Kombination nicht nur eine bessere optische sondern auch eine bessere Radartarnung ermöglilit.

Nachstehend folg:-n einige Ergebnisse von Versuchen mit mehreren Arten vo;. Tarnplarun. Die angegebenen Reflektionswerte wurden mit Dauerwellen im Frequenzbereich 8,5 - 9,6 GHz gemessen. Die Absorption und die Durchlässigkeit (Radartrar.sparenz) wurden mit einer Dauerwol_e von 9 GHz entsprechend einer Wellenlänge von 3?33 cm genossen. Die Messungen wurde an nicht mit Einschnitten versehenen Stücken der Grosse DIN A¹+, also 21,0 χ 29,7 cm, gemessen, die ein Dämpfmaterial bedeckten. Lediglich die Leistungsreflektion durch die Tarnpiane hindurch wurde mit Tarnnetzen nach Fig. 5 vorgenommen, wobei dieses Netz oder Plane in unregelmässiger Weise einen oilipsoidalen versilberton Metallkörper bedeckte, dessen drei Achsen eine Länge von l50, 225 und 3OO mm hatten. Die angc-

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gebenen Reflektionswerto sind ausgedrückt in Bruchteilen dor einfallenden Energie, von dor ein Tc-il bis zum Ziel hindurchdringt, dort reflektiert und. durch die Piano zurück teilweise wieder nach aussen gelangt.

OO
KJ
O

Tarnpiano	Polarisation	Durchiass- dänpfung	Leistungs- absorption
Nr.		dB	%
1	1 2 MV	l'8 2,1	33 29 31
2	1 2 MV	5,3 7,0 6 1	35 62 h9

3
k

7
8

1 2

MV

MV Lcistungsrofloktion der Tarnplanü

&

1 1 2

MV

&

8,6

I¹+'5

16,9 19,7 ,

0,75

0,^5 10,7

7',7

31 39

21+

15 20

15

38 ?3 9
5,2

3*+, 5 17,6

38

⁶J

,5

	,5
78	₅7
0	»8
53
22
37	,5

Leistungsrofloktion des Ziüls durch die

dB

0,05

0,07

0,08

0,15

26

23

22

17

0,17	15	IV>
0,03	30	CJl
0,10	20	λ CO
		CD

Die Tarnplanen Nr. I₃ 2 und. 3 enthielten eine Zwischenschicht aus Polyester-Nadelfils mit einem Gesamtgewicht von 80 g/m~ einschl. eingefilzter Stahlfasern mit einem Durchmesser von 8 Mikron und einer Länge,von 30 mm. Der Gewichtsanteil der Stahlfasern betrug 0,7 g/m² = knapp 1 % in Plane Nr. 1, 1,6 g/m² = 2 £ in Plane Mr. und 3,2 g/m²= k .% in Plane Kr. 3.

Die Planen Nr. k- und 5 bestanden im wesentlichen aus zweibindigem Baumwollgewebe, welches 2 bzw. 5 Gewichtsprozent Stahlfasern mit einem Durchmesser von etwa. 8 Mikron und einer Länge von 30 ^m·^ · enthielt.

Die Plane Nr. 6 hatte eine Zwischenschicht aus massiver Kunst- "-stoffolie mit einem aufgedruckten Metallgitternetz, dessen Maschen gleich gros's waren und eine Öffnung von 3 x 3 mn· hatten,' wobei das Gitternetz selbst aus aufgedruckten Metallstreifen mit: einer Breite von '2 mm bestand. -~" _" - ■ - ■;" ' ...".'

Die Plane Nr. 7 war ähnlich wie Nr. 5_? jedoch war die Maschenweite h χ k- mm und die Metallstreifenbreite nur 1 mm.

Die Plane Nr. 8 bestand aus gewebtem Baumwollstoff, der auf der einen Seite mit Nickel metallisiert und mit einer dünnen PVC-Schutzschicht versehen war, wobei die Metallisierung infolge der Gewebestruktur zwar gleichmässig verteilt aber inhomogen (porig und streifig) war.

Die Tabelle vermittelt jedoch nur eine sehr grobe Auskunft über die Tarnwirkung, denn die Wirkung verschiedener Einfallwinkel, Abtastwinkel, Wiedergabe im Radarbild und Einfluss der Umgebung auf den Kontrast kann nicht durch objektive Versuchswerte so gut wiedergegeben werden, dass eine einwandfreie Beurteilung der Tarnwirkung anhand technischer Zahlenwerte möglich wäre.

In Bezug auf die Tabelle ist su beachten, dass die Planen Nr. 1-5 zahlreiche stark und schwach resonante und nichtresonante Metallfasern oder Maschen enthalten, während die Planen Nr. 6-8 keine resonanten Teile enthalten, da sie nicht mit Einschnitten versehen sind. Allgemeine Versuche ergaben, dass die Tarnwirkung im ganzen Wellenlängenbereich zwischen etwa 1 und. 11. cm ungefähr

BAD ORIGINAL

gleich gut war.

Es xrardon u.a. auch Versuche mit einer Radarboje gemacht, die in üblicher Woiso aus einer metallischen konkav on Würfol-ecke bestand und nit einer Tarnplan ο Nr. 3 (siehe Tabelle) bedeckt war, -wobei die Plane aber nit F.insehnifcton nach Fig. k und 5 versehen war. Di ο Boje hat ι·-· laut Messung eine äquivalente radarreflektiorendc Fläche von 3OC n" und war in einer lichten Hohe von 1 m über cinoi· ebenen l/iese angebracht. Die getarnte Boje wurde aus einer Entfernung von 3250 π nit einen herkömmlichen Radargerät aus verschieden on Richtungen betracht.?.t, dessen Frequenz etwa 9200 MHz ontsprechend 3 cn betrug, also das sog. X-Band. Die Inpulsleistung betrug 22 kl;, Impulsdauer 0,3 MikroSekunden, Arttennonricht-wirkung (Antoraaonvcrstärkung) 37 dB = kl all. Die Dämpfung betrug 6,? dB, so dass etwa 20 % der einfallenden Leistung reflektiert wurden. Obige Werte waren ziemlich unabhängig von der ivLtterimg.

BAD

Claims

P at ent ansprücho

( Iy Biegsame wickelbare Radartarnplane, gekennzeichnet durch ein dünnes, inhomogenes, elektrisch leitendes Material enthaltende Radaibarnschieht, deren Stärke im Vergleich mit der kürzesten infrägokommendon Wellenlänge gering ist und im Wollenlängenbereich 1 bis höchstens 15 cm einen wirksamen Flächenwiderstand entweder zwischen I30 und BIO oder zwischen ^60 und 1100 Ohm beträgt so dass die Leistungsreflektion der Tarnplane mehr als 10 % beträgt.
2. Tarnplane nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radartarnschicht aus einem sehr dünnen Metallfilm mit Löchern solcher Art und Verteilung besteht, dass der genannte wirksame Plächonwiderstand eine oder mehrere Grösscnordnungen höher ist als der Flächenwiderstand einer homogenen Schicht gleicher Dicke aus gleichem Metall.
3. Tarnplane nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Löcher Abmessungen haben, die in Vergleich mit einer Viertolwellenlange einer einfallenden Strahlung höherer Frequenz als 2 GHz elektrisch vernachlässigbar ist.
h. Tarnplane nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radartarnschicht aus einem metallischen Netz oder Gitterwerk besteht.
5. Tarnplane nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschen des Netzes oder Gitters verschiedene Form und Grosse besitzen, und dass einige der Löcher Abmessungen haben, die bei kürzeren Wellenlängen als 15 cm eine im Vergleich mit einer Viertelwollenlänge nicht vernachlässigbare Abmessung haben.
6. Tarnplane nach Anspruch ^f, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz oder Gitter im wesentlichen regelmässig ist.

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7· Tarnpiano nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tarnschicht au's fein verteilten kolloidalähnlichen einzelnen leitenden Teilchen "besteht, deren spezifischer Widerstand von der Grössenordnung desjenigen von Graphit ist.
8. Tarnplane nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tarnschicht ungesponnene ungewebte Fasern aus Metall oder nit leitender Oberfläche enthält, und dass die meisten dieser Fasern eine Länge besitzen, die im Vergleich mit einsr Viertelwellenlänge bei nedrigerer Wellenlänge als 15 cm nicht vernachlässigbar ist.
9. Tarnplano nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Metallfasern geringerer Stärke als 15 Mikron sind.
10. Tarnplane nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einfädige Glas-, Mineral- oder Kunststofffasorn mit leitendem Belag sind.
11. Tarnplane nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern einfädige Minoral- oder Glasfasern mit einem in ihre Oberfläche eingebrannten Belag aus Kohle oder Graphit sind.
12. Tarnplane nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im -wesentlichen zrweidimensionale ebene Plane in an sich bekannter Weise mit Einschnitten derartiger Form, Länge, Anzahl und Verteilung versehen ist, dass sie in gestrecktem Zustand dreidimensional und uneben ist, und dass die Länge jedes Einschnittes grosser ist als eine Viertelwellenlänge bei einer kürzeren Wellenlänge als 15 cm.

13· Tarnplane nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnitte in an sich bekannter Weise ungeradlinig, vorzugsweise bogenförmig verlaufen und derart ineinander- greifen, dass ihre Enden in das Innere je eines benachbarten Einschnittes hineinragen.

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