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Mikrowellenabsorber mit sehr geringer Reflexion
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Metallisierte textile Flächengebilde zeigen die Eigenschaft, je nach
textiler Konstruktion bereits bei sehr geringen Metallschichten, die z.B. naß-chemisch
gemäß DE-AS 2 743 768 (& US-PS 4 201 825) auf die Oberfläche aufgebracht werden,
eine hohe Schirmdämpfung, verbunden mit einer hohen Reflexion, d.h. mit sehr geringem
Reflexionsverlust.
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Insbesondere vernickelte Filamentgarngewebe heben sich gegenüber vernickelten
Fasergarngewebe bei gleicher Metalldicke, Metallqualität und Menge pro Flächeneinheit
hinsichtlich ihres sehr geringen Reflexionsverlustes, gepaart mit hoher Schirmdämpfung,
hervor.
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Die Werte eines vernickelten Filamentgarngewebes zeigt z.B. folgendes
Bild:
Tabelle 1
| GHz 1 - 1,5 2 - 2,4 9 - 10 35 - 36 70 |
| T R T R T R T R T R |
| dB 58 0,02 53 0,02 59 0,02 62 0,02 45 0,5 |
T = Schirmdämpfung in db R = Reflexionsverlust in db (dezibel) GHz = Frequenz in
Gigahertz
Aus der Tabelle erkennt man eindeutig neben einer sehr
hohen Schirmdämpfung eine äußerst hohe Reflexion, die z.B. für auf zuspürende Gegenstände,
z.B. Schwimmwesten, Seenotrettungsinseln, sehr wichtig ist.
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Für gewisse Objekte ist jedoch gerade das Gegenteil wünschenswert,
d.h. neben einer hohen Schirmdämpfung soll eine möglichst geringe Reflexion vorhanden
sein.
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Überraschenderweise wurde gefunden, daß metallisierte textile Polwaren
mit Metallschichtdicken von 0,02 bis 2 am neben einer hohen Schirmdämpfung eine
verminderte Reflexion von Mikrowellen besitzen.
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Als Polwaren sind insbesondere textile Waren zu verstehen, bei denen
Einzelfasern von der Gewebeoberfläche abstehen, insbesondere senkrecht angeordnet
sind. Dabei beträgt der Abstand zwischen den Polfasern höchstens 10 %, vorzugsweise
1 bis 5 % der Polhöhe.
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Geeignete Polwaren sind z.B. aufgerauhte Gewebe, Plüsch, Velours,
Samt, elektrostatische beflockte Gewebe, Nadelfilze, Papiere und Vliese.
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Als Metalle, die gemäß DE-OS 2 743 768 auf die Polwaren aufgebracht
werden können, kommen z.B. Kupfer, Nickel, Cobalt, Eisen und Gold einzeln oder in
Kombination (z.B. Co/Ni oder Ni/Fe) in Frage. Nickel und Cobalt sind bevorzugt.
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Die Schichtdicke wird als Durchschnittsschichtdicke aus Faseroberfläche,
Warengewicht vor und nach der Metallisierung und der spezifischen Dichte des Metalls
bestimmt. Es gilt allgemein, daß bei kleinerer Polhöhe eine dünnere Metallschicht
und bei größerer Polhöhe eine dickere Metallschicht den gewünschten Erfolg gibt.
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Wichtig ist, daß diejenige Seite, die den Pol besitzt, in Richtung
zur einfallenden Mikrowelle zu liegen kommt. Besonders augenfällig ist, daß ein
aufgerauhtes Spinnfasergewebe nur dann einen hohen Reflexionsverlust besitzt, wenn
die aufgerauhte Seite des Gewebes zum Mikrowellensender sieht. Die glatte Rückseite
besitzt die bekannte hohe Reflexion.
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Der Effekt wird verstärkt, besonders bei längeren Wellen, wenn das
Grundgewebe der Polware mit einem leitfähigen Polymeren beschichtet wird, das zusätzlich
dielektrisch und/oder magnetisch verlustbehaftete Füllstoffe enthält. Derartige
Füllstoffe, wie Titandioxid, Titanate oder magnetische Ferrite können auch als Pigmente
in die Fasern des Polmaterials eingearbeitet sein.
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Als elektrisch leitfähige Füllstoffe kommen besonders bestimmte Arten
von Leitruss oder Graphit in Frage, als magnetisch verlustbehaftete Materialien
sind magnetische Ferrite, insbesondere Ni-, Mn-, Zn- und Ba-Ferrite geeignet.
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Die elektrische Leitfähigkeit der Polymeren die zur Imprägnierung
des Grundgewebes dient, liegt vorzugsweise im Bereich 10 3 bis 10 1 (Ohm.cm) -1
Das erfindungsgemäße Polmaterial erfüllt auf Grund seiner Struktur und durch die
Art der Metallisierung die beiden Teilaufgaben reflexionsarme Absorption und hohe
Schirmdämpfung. Die reflexionsarme Absorption wird vorwiegend durch die Eigenschaften
des Pols, die Schirmdämpfung im wesentlichen durch das Grundgewebe, vorzugsweise
in Verbindung mit einer Imprägnierung mit einem leitfähigen Polymer, geleistet.
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Zum Einsatz als Fernfeldabsorber sind Metallisierungen im Bereich
um 0,05 bis etwa 0,15 ßm für die Polfasern und von etwa 0,2 bis 0,4 am für das Grundgewebe
optimal, vorzgusweise für den Frequenzbereich von 1 bis über 100 GHz. Die Höhe des
Pols beeinflußt im wesentlichen die Lage der unteren Grenzfrequenz für reflexionsarme
Absorption. Große Polhöhe gibt eine gute Absorption bei niedrigen Frequenzen. Die
Polhöhe sollte etwa 5 bis 10 % der Wellenlänge nicht unterschreiten.
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Damit bei Anwendungen auf Metallunterlage eine Verringerung der Absorption
(Reflexionsverluste) vermieden wird, muß eine hinreichend hohe Schirmdämpfung durch
das Grundgewebe erzielt werden. Bei 20 db Reflexionsverlust (99 % Absorption) sollte
daher die Schirmdämpfung ebenfalls mindestens 20 db betragen, damit die von der
dahinter liegenden Metalloberfläche reflektierte Teilkomponente vernachlässigbar
bleibt.
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Anwendungen dieser textilen Materialien liegen im Bereich des Strahlenschutzes
(Schutzkleidung, Schirmvorhänge), der Auskleidung reflexionsarmer Messräume, von
Behandlungsräumen der medizinischen Diathermie und allgemein von Räumen die Hochfrequenzgeneratoren
beinhalten (z.B. Anwendung dieser Materialien in Form selbstklebender Flächen etwa
bei der Abdeckung komplizierter geometrischer Gebilde) und zur Unterdrückung unerwünschter
Radar-Reflexionen durch metallische Objekte, z.B. Schiffsaufbauten oder andere ortsfeste
oder bewegliche Installationen in der Nähe von Radarstationen.
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Gegenüber reinen Schirm-Materialien aus metallischen Werkstoffen (Bleche,
Geflechte, Gitter usw.) deren Schirmwirkung auf der beschränkten Eindringtiefe der
Hochfrequenzströme in hoch leitfähiges Material beruht und die deshalb eine starke
Reflexion der Strahlung ergeben, bieten die absorbierend wirkenden
Schirm-Materialien
den Vorzug der vollständigen Umwandlung der auffallenden Strahlung in Wärme.
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Durch die Unterdrückung der Reflexion werden sogenannte hot spots
infolge möglicher Fokussierung der reflektierten Strahlung oder durch stehende Wellen
vermieden. Weiterhin entfallen durch die extrem starke Dämpfung von Oberflächenströmen
auf der Außenseite des Schirms die Probleme der Kontaktierung und der Erdung.
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Beispiel 1 Ein einseitig aufgerauhtes Gewebe aus textilen Spinnfasern
wurde gemäß DE-OS 2 743 768 mit ca.
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7,4 g Ni/m2 vernickelt. Der prozentuale Nickelgehalt betrug v 5 %
Ni. Das vernickelte Gewebe wurde einmal mit der aufgerauhten Seite zum Mikrowellensender
in 900 in Position gebracht. Dabei wurden folgende Reflexionsverluste gemessen:
| GHz | 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexions- |
| verlust in 0,5 3 10 |
| db |
Nach drehen des Gewebes um 1800, d.h. bei Position der glatten Seite des Gewebes
in 900 zur Position des Mikrowellensenders:
| GHZ 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexions- |
| verlust in 0,02 0,5 1,5 |
| db |
Wenn das aufgerauhte Gewebe mit einem Einfallswinkel von 300 gemessen wurde, konnte
folgender Reflexionsverlust gemessen werden:
Streifender Mikrowelleneinfall
von 300
| GHz 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexions- |
| verlust in >20 > 20 > 20 |
| db |
Beispiel 2 Ein Samtgewebe aus kurzpoliger Baumwolle (Polhöhe ca. 3 mm) wurde vernickelt.
Die Nickelmenge betrugt 50 g/m³. Der so vernickelte Samt wurde 900 zum Mikrowellensender
in Position gebracht. Dabei wurden folgende Reflexionsverluste in db gemessen:
| GHz 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexions- |
| verlust in 0,7 3-4 9-10 |
| db |
Die glatte Rückseite des vernickelten Samtgewebes zeigte folgende Werte:
| GHz 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexions- |
| verlust in 0,2 0,8 1,5 |
| db |
Beispiel 3 Ein Hochflor-Material mit einer Polhöhe von ca. 20
mm wurde vernickelt.
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Grund- und Polfäden des eingesetzten Hochflor-Materials bestanden
aus Poly-(1,4-bis-hydroxymethylcyclohexan)-terephthalat mit einem Titer von 6,7
dtex.
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Die Nickelmenge betrug 168 g/m3. Die Nickelschicht wurde im Bereich
des Pols auf etwa die halbe Schichtdicke des Nickels im Grundgewebe beschränkt (ca.
0,2 m). Die Reflexionsverluste bei Einstrahlung auf die Polseite betrugen:
| GHz 1 - 1,5 2 - 2,4 9 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexionsver- |
| lust in db 3,5 7 17 >30 >30 |
Die Schirmdämpfung lag im Bereich zwischen 1 und 70 GHz zwischen 9 und 50 db.
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Beispiel 4 Ein Webpelzmaterial, bestehend aus einem Baumwollgrundgewebe
und aus Polyacrylnitril-Grundfäden mit einem Titer von 7 dtex wurde gemäß dem im
folgenden Absatz beschriebenen Verfahren vernickelt. Die abgeschiedene Nickelmenge
betrug 80 g/m2.
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Die Reflexionsverluste bei senkrechtem Strahlungseinfall betrugen:
| GHZ |1 1 - 1,5 | 2 - 2,4 | 9 - 10 | 35 - 36 | 70 |
| Reflexionsver- |
| lust in db 3 3,5 8 7 8 |
Die Schirmdämpfung lag im gesamten Frequenzbereich über 10 db.
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Das Webpelzmaterial wird gleichmäßig mit einer Lösung von 0,1 g Butadienpalladiumdichlorid
pro 1 Chloroform besprüht (Treibmittel Frigen).
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Anschließend wird es bei Raumtemperatur getrocknet und dann in ein
alkalisches Vernickelungsbad getaucht, das 30 g/l Nickelchlorid, 3 g/l Dimethylaminboran
und 10 g/l Citronensäure enthält und mit Ammoniak auf pH 8,1 eingestellt wurde.
Nach etwa 30 Sekunden beginnt sich die Oberfläche dunkel zu färben und nach 10 Minuten
war eine gut haftende, metallisch glänzende Nickelschicht abgeschieden worden.
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Beispiel 5 Ein Polyester Kettwirkveluors mit einer Polhöhe von ca.
1 mm wurde vernickelt nach dem in DE-OS 27 43 768 beschriebenen Verfahren. Die abgeschiedene
Menge
Nickel betrug 21 g/m2. Der Velour mit einem Flächengewicht von 273 g/m2 besteht
im Grundgewebe aus Polyesterfilamentgarnen (167 dtex) mit 34 Einzelfilamenten (4,9
dtex). Das Garn der Polfäden besteht aus Polyesterspinnfasern Poly-(1,4-bis-hydroxymethylcyclohexan)-terephthalat,
250 dtex, matt, Nm 40/1, Einzelfadentiter 3,3 dtex).
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Es ergaben sich folgende Reflexionsverluste:
| GHz 1 - 1,5 2 - 2,4 9 - 10 35 - 36 70 |
| Reflexionsver- |
| lust in db 6,5 5,5 4 7 17 |
Die Schirmdämpfung lag zwischen 7 und 14 db. Nach Imprägnierung des Grundgewebes
mit einem leitfähigen Polymeren (Polyurethan mit 15 % Leitrußzusatz) konnte die
Schirmdämpfung auf über 16 db angehoben werden.