DE3709658A1 - Absorber for electromagnetic waves - Google Patents

Absorber for electromagnetic waves

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  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
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Abstract

Absorber for combating electromagnetic waves, which is fitted onto the walls of an object reflecting the electromagnetic waves such that it is in surface contact and is electrically insulated from metal walls. The absorber is a grid of resistance wires which form closed conductive loops. The resistance wires are produced from commercially available alloys.

Description

Die Erfindung betrifft einen Absorber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an absorber according to the preamble of claim 1.

Zwar wird die Erfindung im folgenden im Zusammenhang mit der Dämpfung von Hochfrequenzfeldern in geschirmten Kammern näher beschrieben, doch ist die Er­ findung nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Viel­ mehr kann die Erfindung ganz allgemein zur Dämpfung elektromagnetischer Wellen verwendet werden und eignet sich u. a. auch zur Herstellung radarabsorbierender Ober­ flächen für bewegliche Objekte zu Lande, Wasser und in der Luft wie z. B. Kraftfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge. Although the invention is in the following context the attenuation of high frequency fields in shielded chambers described in more detail, but is the Er not limited to this application. A lot more generally the invention can be used for damping electromagnetic waves are used and suitable yourself u. a. also for the production of radar absorbing waiters areas for moving objects on land, water and in the Air such as B. Motor vehicles, ships and planes.  

In metallisch geschirmten Räumen wird häufig Absorptions­ material an den Wänden installiert, um die Reflexionen von Hochfrequenzfeldern zu vermeiden. Dies ist für EMV-Meßzwecke stets aus Homogenitätsforderungen an die elektromagnetische Feldverteilung erforderlich.Absorption is often used in metallic shielded rooms material installed on the walls to the reflections to avoid high-frequency fields. This is for EMC measurement purposes always from homogeneity requirements to the electromagnetic field distribution required.

Derzeit sind lediglich zwei Arten von Absorbern bekannt. Erstens pyramidenförmige Schaumstoffabsorber, z. B. aus PU-Schaum, der mit leitfähigem Ruß getränkt ist und zweitens plattenförmig gesinterte Absorber, deren Wirkung auf dem Ferrimagnetismus beruht.Only two types of absorbers are currently known. First, pyramid-shaped foam absorbers, e.g. B. from PU foam soaked in conductive carbon black and secondly, plate-shaped sintered absorbers, their effect is based on ferrimagnetism.

Pyramidenförmige PU-Schaumstoff-Absorber haben im unteren Frequenzbereich, d.h. bis ca. 100 MHz keine bzw. ver­ schwindend geringe Wirkung (1-3 dB Dämpfung). Sie sind mechanisch empfindlich, brennbar und teuer in der An­ schaffung.Pyramid-shaped PU foam absorbers have in the bottom Frequency range, i.e. up to approx. 100 MHz no or ver dwindling little effect (1-3 dB attenuation). you are mechanically sensitive, flammable and expensive to build creation.

Die plattenförmigen Ferritabsorber sind besonders teuer in der Herstellung, so daß sie in der EMV-Meßtechnik beispielsweise bis auf Ausnahmefälle bis heute nicht in geschirmten Absorber-Meßkammern eingesetzt werden.The plate-shaped ferrite absorbers are particularly expensive in manufacturing so that they are in EMC measurement technology for example, up to today, not in exceptional cases shielded absorber measuring chambers are used.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen preisgünstig her­ stellbaren HF-Absorber der eingangs genannten Art an­ zugeben, der auch bei niedrigen Frequenzen eine gute Dämpfungswirkung aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen der Erfindung. The object of the invention is an inexpensive ago adjustable RF absorber of the type mentioned admit that a good one even at low frequencies Has damping effect. The solution to this problem is described in claim 1. The other claims contain advantageous embodiments of the invention.  

Im Prioritätszeitraum wurde mit der DE-A1-35 08 888 eine ältere, aber nicht vorveröffentlichte Anmeldung ver­ öffentlicht, in der eine ähnliche Lösung offenbart wird, bei der allerdings der Absorber aus einer Vielzahl von nicht miteinander verbundenen Einzelstrukturen besteht, die mit Fasern z. B. aus Kohlenstoff und/oder Siliziumcarbid gefertigt sind.In the priority period, DE-A1-35 08 888 older, but not pre-published registration ver publicly, in which a similar solution is disclosed, where, however, the absorber consists of a large number of individual structures that are not interconnected, with fibers such. B. made of carbon and / or Silicon carbide are made.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures explained.

Erfindungsgemäß wird ein Gitter, Fig. 1, aus Widerstands­ drähten vorgeschlagen, die in sich geschlossene leitfähige Schleifen bilden. Die Form der Schleife kann z. B. quadratisch, Fig. 1A) oder kreisförmig, Fig. 1B), sein. Auch andere Grundformen wie z. B. Dreiecke, Rauten, Waben usw. sind denkbar. Jede Schleife wird in der Regel aus einem Draht der Dicke d 3, zur Verminderung der Selbst­ induktivität aus zwei oder mehreren Drähten gebildet.According to the invention, a grid, Fig. 1, made of resistance wires is proposed, which form self-contained conductive loops. The shape of the loop can e.g. B. square, Fig. 1A) or circular, Fig. 1B). Other basic forms such as B. triangles, diamonds, honeycombs, etc. are conceivable. Each loop is usually made of a wire of thickness d 3 , to reduce the self-inductance of two or more wires.

Die bedämpfende Wirkung auf eine Hochfrequenzstrahlung, die auf ein Geflecht dieser Widerstandsdrahtschleifen trifft, leitet sich aus den Maxwellschen Gleichungen her, dem Induktionsgesetz und dem Durchflutungsgesetz. Bestünde eine einzelne Schleife aus einem ideal leitfähigen Draht, so würde das induzierte Gegenmagnetfeld gleich groß sein wie das erzeugende, vorausgesetzt, der Schleifendurch­ messer ist kleiner, höchstens gleich groß zum Viertel einer Wellenlänge. Dies wäre der Reflexionsfall. Baut man die Absorptionsschleifen dagegen aus Widerstandsmaterial, so wird der in jeder Einzelschleife induzierte Kreisstrom bedämpft, so daß eine absorbierende Wirkung eintritt. The dampening effect on high-frequency radiation, on a braid of these resistance wire loops meets, is derived from Maxwell's equations, the Induction Law and the Flooding Law. Insist a single loop of an ideally conductive wire, so the induced counter magnetic field would be the same size like the producing one, provided the loop through knife is smaller, at most equal to quarter one wavelength. This would be the case of reflection. You build the absorption loops, on the other hand, are made of resistance material, this is how the circulating current induced in each individual loop dampened so that an absorbing effect occurs.  

Damit die in benachbarten Schleifen induzierten Ströme sich im gemeinsamen Schleifenzweig nicht kompensieren, ist die Dicke d 3 der Widerstandsleiter im Hinblick auf die Eindringtiefe optimal zu wählen.So that the currents induced in adjacent loops are not compensated for in the common loop branch, the thickness d 3 of the resistance conductors must be optimally selected with regard to the depth of penetration.

Grundsätzlich könnte das Widerstandsmaterial auch flächen­ haft aufgebracht werden. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen sind Widerstandsschleifen, ähnlich einem Maschendraht mit durchkontaktierten Kreuzungspunkten vorteilhafter.In principle, the resistance material could also be flat be applied. For reasons of economy are resistance loops, similar to a wire mesh with plated through points more advantageous.

In einer geschirmten Kammer werden die Innenwände - ein Ausschnitt ist in Fig. 2 dargestellt - flächig mit einem Gitter erfindungsgemäßer Widerstandsschleifen bedeckt. Das Gitter wird zweckmäßigerweise in einem bestimmten Mindest­ abstand d 1 vor den schirmenden Metallwänden, ähnlich einer Tapete gespannt. Der Grund dafür ist die Tatsache, daß die HF-Felder durch die Schleifen hindurchgreifen und dann von der Metallwand reflektiert werden. Der Vorteil des Wider­ standsgitters liegt auch darin, daß die an den spiegelnden Metallflächen reflektierten elektromagnetischen Wellen nochmals bedämpft werden, wenn sie die Gitterebene durch­ laufen.In a shielded chamber, the inner walls - a section is shown in FIG. 2 - are covered with a grid of resistance loops according to the invention. The grid is expediently stretched in a certain minimum distance d 1 in front of the shielding metal walls, similar to a wallpaper. The reason for this is the fact that the RF fields pass through the loops and are then reflected by the metal wall. The advantage of the resistance grid also lies in the fact that the electromagnetic waves reflected on the reflecting metal surfaces are dampened again when they pass through the grid plane.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die einzelnen Schleifen des Gitters in Abhängigkeit vom Feld­ verlauf im Gitterbereich räumlich so ausgerichtet, daß die in den Schleifen induzierte Spannung und damit die ab­ sorbierende Wirkung des Gitters maximal ist. Bei einer reflektierenden, ebenen, metallischen Wand z. B. sind die einzelnen Schleifen mit ihren Flächen schräg bzw. senk­ recht zur Metallwand angeordnet.In an advantageous embodiment of the invention, the individual loops of the grid depending on the field in the grid area spatially aligned so that the voltage induced in the loops and thus the ab sorbent effect of the grid is maximum. At a reflective, flat, metallic wall z. B. are the  individual loops with their surfaces diagonally or vertically arranged right to the metal wall.

Vorteilhaft ist auch die Ausbildung einer erhabenen räumlichen Struktur des im wesentlichen flächigen Gitters, indem ein Teil der Schleifen in der Gitterebene angeordnet ist und jede dieser Schleifen mit mindestens einer weiteren Schleife verbunden ist, die aus der Gitterebene herausragt. Vorzugsweise bilden dabei die Schleifen in der Gitterebene zusammen mit den jeweils direkt mit ihnen in Verbindung stehenden und aus der Gitterebene heraus­ ragenden Schleifen dreidimensionale geometrische Körper wie z. B. Pyramide oder - wie in Fig. 3 gezeigt - Kuben. Aber auch andere Körper sind denkbar, die wie z. B. ein Zylinder, der sich aus mehreren flächigen Grundformen der Schleifen zusammensetzt.It is also advantageous to form a raised spatial structure of the essentially flat lattice, in that a part of the loops is arranged in the lattice plane and each of these loops is connected to at least one further loop which protrudes from the lattice plane. The loops in the lattice plane preferably form three-dimensional geometric bodies, such as, for example, together with the loops which are directly connected to them and protrude from the lattice plane. B. pyramid or - as shown in Fig. 3 - cubes. But other bodies are also conceivable, such as. B. a cylinder, which is composed of several flat basic shapes of the loops.

Die bedämpfende Wirkung des Widerstandsgitters ist fre­ quenzabhängig. Je kleiner der Schleifendurchmesser d 2 gewählt ist, umso höher liegen die bedämpften Frequenzen. Große Schleifen können folglich nur tiefe Frequenzen bedämpfen. Der Schleifendurchmesser d 2 ist bezüglich der Dämpfung umgekehrt proportional zur Frequenz.The damping effect of the resistance grid is frequency dependent. The smaller the loop diameter d 2 is chosen, the higher the damped frequencies. As a result, large loops can only attenuate low frequencies. The loop diameter d 2 is inversely proportional to the frequency with regard to damping.

Als Widerstandsmaterial eignen sich handelsübliche Materialien, wie Chrom-Nickel-Legierungen o.ä. Die ab­ sorbierende Wirkung des Widerstandsgitters ist über der Frequenz nicht konstant. Sie hängt ebenfalls von der Größe der Schleifen ab, ihrer Selbstinduktivität L schleife und der parasitären Kapazität jedes einzelnen Schleifendrahtes zum anderen. Commercially available materials such as chrome-nickel alloys or the like are suitable as the resistance material. The sorbing effect of the resistance grid is not constant over the frequency. It also depends on the size of the loops, their self-inductance L loop and the parasitic capacitance of each individual loop wire to the other.

Das Gitter darf nicht durch metallische Kontakte gegen die Kammerwände kurzgeschlossen werden, sondern muß gegen diese isoliert angebracht werden. Vorteilhaft ist es, erfindungsgemäße HF-Absorber als Module, Fig. 4, her­ zustellen, die den Modulgrößen der geschirmten Kammern entsprechen. In oder an jedem Kammermodul wird dann ein HF-Absorber-Modul angebracht. Diese sind vorzugsweise abgeschlossene Gitter, die jeweils in einen isolierenden Rahmen gespannt sind.The grid must not be short-circuited to the chamber walls by metal contacts, but must be attached insulated against them. It is advantageous to produce RF absorbers according to the invention as modules, FIG. 4, which correspond to the module sizes of the shielded chambers. An RF absorber module is then installed in or on each chamber module. These are preferably closed grids, each of which is stretched in an insulating frame.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 5. Auf eine Glas- oder Plastikscheibe oder auf eine Holz­ platte als Trägermaterial wird im an sich bekannten Fotodruckverfahren oder nach einem einfachen Metalldruck­ verfahren das Widerstandsgitter aufgedruckt. Bei der Ausführung nach Fig. 5 ist das Gitter doppelt, auf beiden Seiten der Scheibe aufgebracht mit gegeneinander versetzten Mustern.An advantageous embodiment of the invention is shown in FIG. 5. On a glass or plastic pane or on a wooden plate as a carrier material, the resistance grid is printed using the known photo printing process or by simple metal printing. In the embodiment according to FIG. 5, the grid is double, applied on both sides of the pane with patterns offset from one another.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere:The advantages of the invention are in particular:

  • - HF-Bedämpfung auch bei tiefen Frequenzen unter 100 MHz.- HF attenuation even at low frequencies 100 MHz.
  • - Einfacher, wirtschaftlicher, konstruktiver Aufbau aus handelsüblichen Materialien.- Simple, economical, constructive structure made of commercially available materials.
  • - Wesentliche Verbesserung des Absorptionsverhaltens in metallisch geschirmten EMV-Meßkammern.- Significant improvement in absorption behavior in metallic shielded EMC measuring chambers.
  • - Nicht brennbar.- Non-flammable.
  • - Luftdurchlässig.- Breathable.

Claims (24)

1. Absorber zur Bedämpfung elektromagnetischen Wellen, welcher auf die Wände eines die elektromagnetischer Wellen reflektierenden Gegenstandes flächig und von Metallwänden elektrisch isoliert aufgebracht ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Absorber ein Gitter aus Widerstands­ drähten ist, die in sich geschlossene leitfähige Schleifen bilden.1. absorber for damping electromagnetic waves, which is applied flat to the walls of an object reflecting the electromagnetic waves and electrically insulated from metal walls, characterized in that the absorber is a grid of resistance wires that form self-contained conductive loops. 2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen kreisförmig sind.2. Absorber according to claim 1, characterized in that the loops are circular. 3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen dreieckig sind.3. Absorber according to claim 1, characterized in that the loops are triangular. 4. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen rechteckig sind. 4. Absorber according to claim 1, characterized in that the loops are rectangular.   5. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen rautenförmig sind.5. Absorber according to claim 1, characterized in that the loops are diamond-shaped. 6. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen wabenförmig sind.6. Absorber according to claim 1, characterized in that the loops are honeycomb-shaped. 7. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus Schleifen mit unter­ schiedlicher Geometrie besteht.7. Absorber according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the grid of loops with under different geometry exists. 8. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Abstand (d 2) zwischen zwei Punkten auf einer Schleife kleiner als oder in etwa gleich der Hälfte der kleinsten zu absorbierenden Wellen­ länge ist.8. Absorber according to one of claims 1 to 7, characterized in that the greatest distance ( d 2 ) between two points on a loop is less than or approximately equal to half the smallest wavelength to be absorbed. 9. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d 3) des Widerstandsdraht so gewählt ist, daß die in benachbarten Schleifen durch die elektromagnetischen Wellen induzierten Ströme sich im gemeinsamen Schleifenzweig nicht kompensieren.9. Absorber according to one of claims 1 to 8, characterized in that the thickness ( d 3 ) of the resistance wire is chosen so that the currents induced in adjacent loops by the electromagnetic waves do not compensate in the common loop branch. 10. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Ausrichtung der ein­ zelnen Schleifen so gewählt ist, daß die in den Schleifen induzierte Spannung maximal ist.10. Absorber according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the spatial orientation of a individual loops is chosen so that in the loops induced voltage is maximum. 11. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Schleifen in ihrer räumlichen Ausrichtung verschieden sind und damit dem im wesentlichen flächig ausgebilden Gitter eine erhabene Struktur erteilen. 11. Absorber according to one of claims 1 to 10, characterized characterized that neighboring loops in their spatial orientation are different and thus the im essentially flat grids a raised Give structure.   12. Absorber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schleifen in der Gitterebene angeordnet ist und daß jede dieser Schleifen mit mindestens einer weiteren Schleife verbunden ist, die aus der Gitterebene herausragt.12. Absorber according to claim 11, characterized in that part of the loops are arranged in the grid plane and that each of these loops has at least one another loop connected from the grid plane protrudes. 13. Absorber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen in der Gitterebene zusammen mit der jeweils direkt mit ihnen in Verbindung stehenden und aus der Gitterebene herausragenden Schleifen dreidimensionale geometrische Körper bilden.13. Absorber according to claim 12, characterized in that the loops in the lattice plane together with the each directly related to and from them three-dimensional loops protruding from the lattice plane form geometric bodies. 14. Absorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper pyramidenförmig sind.14. Absorber according to claim 13, characterized in that the bodies are pyramid-shaped. 15. Absorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper kubusförmig sind.15. Absorber according to claim 13, characterized in that the bodies are cubic. 16. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schleifen aus jeweils einem Widerstandsdraht gebildet ist.16. Absorber according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that each of the loops consists of one Resistance wire is formed. 17. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schleifen aus mehreren Widerstandsdrähten gebildet ist.17. Absorber according to one of claims 1 to 15, characterized characterized in that each of the loops consists of several Resistance wires are formed. 18. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsdrähte aus handels­ üblichen Legierungen gefertigt sind.18. Absorber according to one of claims 1 to 17 thereby characterized in that the resistance wires from commercial usual alloys are made. 19. Absorber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsdrähte aus einer Chrom-Nickel- Legierung gefertigt sind. 19. Absorber according to claim 18, characterized in that the resistance wires from a chrome-nickel Alloy are made.   20. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter im Fotodruck- oder einem einfachen Metalldruckverfahren auf Glas oder Plastik­ scheiben oder auf Holzplatten als Trägermaterial auf­ geprägt ist.20. Absorber according to one of claims 1 to 19, characterized characterized in that the grid in photo printing or a simple metal printing process on glass or plastic slices or on wooden plates as a carrier material is shaped. 21. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d 1) des Gitters von den Metallwänden des die elektromagnetischen Wellen reflek­ tierenden Gegenstands so gewählt ist, daß die Dämpfung der durch die Schleifen hindurchgreifenden und von den Metallwänden reflektierten elektromagnetischen Wellen maximal ist.21. Absorber according to one of claims 1 to 20, characterized in that the distance ( d 1 ) of the grating from the metal walls of the object reflecting the electromagnetic waves is selected such that the damping of the penetrating through the loops and reflected by the metal walls electromagnetic waves is maximum. 22. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein in sich geschlossenes Gitter in einen isolierenden Rahmen gespannt ist.22. Absorber according to one of claims 1 to 21, characterized characterized in that a self-contained grid in an insulating frame is stretched. 23. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Bedämpfung von reflektierenden Hochfrequenzfeldern an die Innenwände einer geschirmten Kammer angebracht ist.23. Absorber according to one of claims 1 to 22, characterized characterized in that it is used for the attenuation of reflective High frequency fields on the inner walls of a screened Chamber is attached. 24. Absorber nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß er in Moduln gefertigt ist, die den Größen der Wand­ moduln geschirmter Kammern entsprechen.24. Absorber according to claim 23, characterized in that it is made in modules that match the sizes of the wall Modular shielded chambers correspond.
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