DE3936195A1 - Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Absorption elektro­ magnetischer Wellen, insbesondere im Randbereich der Radar­ wellen zwischen 8 und 12 GHz.
Es ist bekannt, daß gewisse Polymere als Absorber für elektro­ magnetische Wellen verwendet werden können; solche Angaben finden sich beispielsweise bei A. FELDBLUM (1981 - J. POL. SCI. 19, 173).
Untersucht wurden die Absorptionseigenschaften des Polyacetylens, des Polyparaphenylens und des Polythiophens gegenüber Wellen, deren Frequenzen zwischen 100 MHz und 10 GHz liegen.
Im allgemeinen wird das Problem in folgender Weise schematisiert.
Es handelt sich darum, ein bei Umgebungsluft stabiles Material zur Verfügung zu stellen, das auch stabil in einem Temperatur­ bereich zwischen -100°C und +100°C ist und dessen effektive Leitfähigkeit τ, wenn man sich an die Literatur hält, gegen 10-2 (Ohm·cm)-1 tendieren soll; seine Empfindlichkeit gegen Temperaturänderungen soll gering sein und seine relative Per­ mittivität (Dielektrizitätskonstante) gegenüber Luft ε soll so nahe wie möglich dem Wert 1 liegen, um die Absorption der auffallenden Welle maximal und seine Reflexion an der Eintrittsfläche fast null werden zu lassen.
Die genannten Polymere, insbesondere wenn sie dotiert sind, um den Leitfähigkeitsbedingungen zu entsprechen, entsprechen aber selbst nicht diesen Redingungen, insbesondere was einerseits die Stabilität in Luft und andererseits bei Temperaturveränderungen betrifft und andererseits die Absorptionsfähigkeiten, insbesondere wenn sie vermischt sind, um Monoschichten zu bilden, die im Verbund mit Polymeren mit dielektrischen Eigenschaften vorgesehen sind.
Im übrigen existieren metallische Verbundcopolymere, insbe­ sondere mit Eisenfüllung auf dem kommerziellen Gebiet und werden verkauft von der Soci´te Emerson et Cumming. Diese Polymere zeitigen den Nachteil, daß sie sehr dicht sind und daß sie ein magnetisches starkes Moment aufkommen lassen, was zur Folge hat, daß sie einen Peak im Absorptionsspektrum auftreten lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine absorbierende Struktur zu realisieren, die es ermöglicht, diese Nachteile zu vermeiden und die im Frequenzgebiet zwischen 8 und 12 GHz besonders leistungsfähig ist, bei einem Absorptionskoeffizient (flach) im betrachteten Frequenzbereich.
Der Erfindung liegt eine Struktur zur Absorption elektro­ magnetischer Wellen zugrunde, insbesondere im Randbereich von 8 bis 12 GHz, die sich dadurch auszeichnet, daß sie einen Stapel dünner Schichten An umfaßt, der, ausgehend von einer Schicht A, aus einem Material erhalten wird, das gewählt ist aus den halbleitenden Polymeren und den gefüllten Polymeren sowie einer Schicht R aus einem Material, das aus den isolierenden Polymeren, dem Polyethylen, dem Polystyrol, dem Polyvinylchlorid, den fluorierten Verbindungen wie PVDF gewählt ist, wobei die Stapelung An im übrigen eine Sequenz derart aufweist, daß:
Bleiben die Funktionen f und g entlang der gesamten Iteration konstant, so weist diese Stapelung eine Fractalorganisation (frz: organisation fractale) auf.
Man kann beispielsweise die folgenden Stapelungen An erhalten:
An = An-1 Bn-1 An-1 mit
Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABA und B₁ = BBB
oder An = An-1 Bn-1 An-1
mit Bn = An-1 An-1 An-1, A₁ = ABA und B₁ = AAA
oder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1 An-1
mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABABA, B₁ = BBBBB
oder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1 An-1
mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABABA, B₁ = AAAAA
oder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1
mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABAB, B₁ = BBBB
oder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1
mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABAB, B₁ = AAAA
oder An =An-1 An-1 Bn-1 Bn-1
mit Bn = Bnn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = AABB und B₁ = BBBB
oder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1
mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABAB, B₁ = AAAA
oder An = An-1 An-1 Bn-1 Bn-1,
mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = AABB und B₁ = BBBB
oder An = An-1 An-1 Bn-1 Bn-1
mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = AAAA und B₁ = AAAA.
Die Finalität und der Zweck einer solchen Struktur besteht darin, zu einer Inkommensurabilität zwischen der Welle, die gerichtet werden soll und den geometrischen Charakteristiken der Struktur zu führen. Es kann derart gezeigt werden, daß diese zu einer Lokalisierung der Energie sogar im Inneren der Struktur, d. h. zu einer Totalabsorption führen soll.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Material der Schicht A (oder R) eine Verbundstruktur auf, die umfaßt:
  • - ein Material auf der Rasis von Polyethylen und eines isolie­ renden Polymers, wobei der Gewichtsanteil an Polyethylen zwischen 55 und 75% beträgt,
  • - eine Nickelpulvercharge, deren Granulometrie zwischen 1 µm und 20 µm mit einem Volumenfüllungsgrad zwischen 5% und 35% liegt.
Das Material der Schicht B (oder A) wird geformt durch dieses Polymer auf der Basis von Polyethylen und dem isolierenden Polymer, jedoch ohne Füllungen.
Die folgenden Materialien stellen bevorzugte Ausführungsformen dar:
Die Granulometrie liegt zwischen 3 µm und 20 µm und insbesondere in der Größenordnung von 5 µm.
Dieser Füllungsgrad liegt zwischen 15% und 25% und insbe­ sondere im Rereich von 19%.
Der Anteil von Polyethylen im Polymer liegt in der Größen­ ordnung von 65%.
Nach einer anderen Ausführungsform weist das Material der Schicht A (oder B) eine Verbundstruktur auf, die umfaßt:
  • - ein isolierenden Polymer, das Polyethylen umfaßt, wobei der Gewichtsanteil des Polyethylens zwischen 55 und 75% beträgt,
  • - eine Charge aus leitenden Polymeren, deren Granulometrie zwischen 0,5 µm und 100 µm und der Gehalt zwischen 5 und 90% in diesem isolierenden Polymeren beträgt,
  • - und durch die Tatsache, daß die komplementäre Schicht B (oder A) gebildet wird durch dieses isolierenden Polymere.
Dieses isolierende Polymere wird ausgewählt aus: EPDM, Acrylnitril, Butadienstyrol, dem Copolymer-Monomeren von Ethylen-Propylen, Hochdruckpolyethylen, Niederdruck­ polyethylen, linearem Niederdruckpolyethylen, Polyamid (Nylon), Polyacrylnitril, Polybutylenterephthalat, Polycarbonat, Poly- Ethylen, Polyether-etherketon, Polyethylenoxid, Polyethylen­ terephthalat, Polypropylen, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polystyrol und Polyurethan.
Die Erfindung soll nun weiter mit bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, in denen Ausführungsbeispiele, die aber nicht als begrenzend anzusehen sind, gegeben werden:
Fig. 1 zeigt die Veränderungen des Reflextionsfaktor R ver­ schiedener Strukturen nach der Erfindung als Funktion der Frequenz f in GHz;
Fig. 2 ist analog zu Fig. 1 für das Gebiet zwischen 8 und 12 GHz;
Fig. 3 ist analog zu Fig. 2 für andere Strukturen nach der Erfindung.
Man geht aus von einem Material, das es erlaubt, eine Schicht A zu realisieren, deren Verbundstruktur umfaßt:
  • - ein Polymer auf der Basis von Polyethylen und EPDM, wobei der Gewichtsanteil von Polyethylen bei 65% liegt,
  • - eine Nickelpulvercharge, deren Granulometrie in der Größen­ ordnung von 5 µm liegt, mit einem Füllungs- oder Chargengrad in der Größenordnung von 24 Vol-%.
Hergestellt wird auch eine Schicht B, die allein das vorgenannte Polymer umfaßt.
Hergestellt wird eine Stapelung von der Ordnung 1: A₁ = ABA, d. h. mit zwei Schichten A mit einer Zwischenschicht B. Diese Stapelung wird auf einer Metallfläche abgeschieden.
Tafel 1 gibt die elektrischen und mechanischen Charakteristiken dieser Schichten an: ε ist die relative Permittivität bzw. Dielektrizitätskonstante bezogen auf Luft, µ die relative Permeabilität und ρ der spezifische Widerstand.
Tafel
Hergestellt werden die folgenden Stapelungen:
  • - Ordnung 2 A₂ = A₁B₁A₁ mit B₁ = BBB
  • - Ordnung 3 A₃ = A₂B₂A₂ mit B₂ =B₁B₁B₁
  • - Ordnung 4 A₄ = A₃B₃A₃ mit B₃ = B₂B₂B₂
  • - Ordnung 5 A₅ = A₄B₄A₄ mit B₄ = B₃B₃B₃.
Die Gesamtdicke dieser Stapelungen liegt immer bei 2250 µm.
Fig. 1 zeigt die Veränderungen des Reflexionsfaktors R an diesen verschiedenen Stapelungen A₁, A₂, A₃, A₄, A₅ als Funktion der Frequenz f in GHz.
Fig. 2 zeigt die gleichen Kurven wie Fig. 1 jedoch in größerem Maßstab im Rereich von 8 bis 12 GHz.
Man erkennt das Interesse der Stapelung A₃ in diesem Frequenz­ bereich insbesondere für die Ordnung 3. Diese Stapelung, die eine Dicke von 2,25 mm aufweist, läßt eine Absorption zwischen 90 und 99% zu, was wesentlich besser ist als die von A₁. Die Wahl der Iterationsordnung ist somit extrem wichtig.
Man realisiert denselben Typ Stapelungen wie vorher mit A′₁, A′₂, A′₃, A′₄, A′₅ derart, daß die Gesamtdicke der Stapelung gleich 1800 µm wird.
Fig. 3 - analog zu Fig. 2 - zeigt die Wichtigkeit der Stapelung von der Ordnung 3 im Rereich zwischen 8 und 12 GHz.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschrie­ benen Ausführungsformen, was die Materialien und die Dicken der Schichten der Stapelungen betrifft, begrenzt.

Claims (14)

1. Struktur für die Absorption elektromagnetischer Wellen, insbesondere im Randbereich von 8 bis 12 GHz, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Stapelung dünner Schichten An umfaßt, die,ausgehend von einer Schicht A, aus einem Ma­ terial erhalten wurde, das gewählt ist aus den Halbleiter­ polymeren und den gefüllten Polymeren sowie einer Schicht B aus einem Material, das gewählt ist aus den isolierenden Polymeren, dem Polyethylen, dem Polystyrol, dem Polyvinyl­ chlorid, wobei die Stapelung An darüber hinaus eine Sequenz f derart aufweist, daß: wobei die Stapelung eine Fractalorganisation (frz: organisation fractale) in dieser Weise aufweist.
2. Struktur für die Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sequenz f derart ist, daß An = An-1 Bn-1 An-1 mitBn = Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABA und B₁ = BBBoder An = An-1 Bn-1 An-1mit Bn = An-1 An-1 An-1, A₁ = ABA und B₁ = AAA.
3. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sequenz f derart ist, daß An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1 An-1mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABABA, B₁ = BBBBBoder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1 An-1mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABABA, B₁ = AAAAA.
4. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sequenz f derart ist, daß An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = ABAB, B₁ BBBBoder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABAB, B₁ = AAAA.
5. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sequenz f derart ist, daß An = An-1 An-1 Bn-1 Bn-1mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = AABB und B₁ = BBBBoder An = An-1 Bn-1 An-1 Bn-1mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = ABAB, B₁ = AAAA.
6. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sequenz f derart ist, daß A = An-1 An-1 Bn-1 Bn-1mit Bn = Bn-1 Bn-1 Bn-1 Bn-1, A₁ = AABB und B₁ = BBBBoder An = An-1 An-1 Bn-1 Bn-1mit Bn = An-1 An-1 An-1 An-1, A₁ = AABB und B₁ = AAAA.
7. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht A (oder B) eine Verbundstruktur aufweist und umfaßt:
  • - ein Polymer auf der Basis von Polyethylen und isolieren­ dem Polymer, wobei der Gewichtsanteil an Polyethylen zwischen 55 und 75% beträgt;
  • - einer Nickelpulvercharge, deren Granulometrie zwischen 1 µm und 20 µm mit einem Füllungsgrad zwischen 5 und 35 Vol-% beträgt;
  • - und durch die Tatsache, daß die Schicht B (oder A) durch dieses Polymere auf der Rasis von Polyethylen und isolieren­ dem Polymer gebildet ist.
8. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Granulometrie zwischen 3 µm und 20 µm liegt.
9. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Granulometrie in der Größenordnung von 5 µm liegt.
10. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Füllungs­ grad zwischen 15 und 25% beträgt.
11. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Füllungsgrad in der Größenordnung von 19% liegt.
12. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyethylenanteil im Polymer in der Größenordnung von 65% liegt.
13. Struktur zur Absorption elektromagnetischer Wellen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht A (oder B) eine Verbundstruktur aufweist, umfassend:
  • - ein Polyethylen umfassendes isolierendes Polymer, wobei der Gewichtsanteil von Polyethylen zwischen 55 und 75% beträgt,
  • - eine Charge aus leitenden Polymeren, deren Granulometrie zwischen 0,5 µm und 100 µm beträgt und der Anteil zwischen 5 und 90% in isolierenden Polymeren liegt, und
  • - durch die Tatsache, daß die komplementäre Schicht B (oder A) durch dieses isolierende Polymere gebildet wird.
14. Struktur nach einem der Ansprüche 7 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieses isolierende Polymer ein Polymer umfaßt, das gewählt ist aus EPDM, Acrylnitril/Butadien/ Styrol, dem Copolymermonomer von Ethylen/Propylen, Hochdruckpolyethylen, Niederdruckpolyethylen, linearem Niederdruckpolyethylen, Polyamid (Nylon), Polyacrylnitril, Polybutylenterephthalat, Polycarbonat, Polyethylen, Poly­ ether-etherketon, Polyethylenoxid, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Polystyrol und Polyurethan.
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