DE4215954A1 - Absorber fuer elektromagnetische wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Absorber für elektromagne­ tische Wellen, insbesondere zur Reflexionsminderung, in abgeschlossenen, abgeschirmten Räumen, bestehend aus räumlichen, mit feinteiligen, leitfähigen Materialien getränkten Körpern aus Schaumstoff, die dicht nebeneinan­ der an den Wandungen des abzuschirmenden Raumes befestigt sind.

Derartige Absorber dienen zur Absorbtion und Reflexions­ minderung elektromagnetischer Wellen, insbesondere bei Funkstör- und Störfestigkeitsmessungen, Radarquer­ schnittsmessungen und Messungen der elektromagnetischen Verträglichkeit in metallisch abgeschirmten Räumen.

Zur Messung des aktiven und passiven Störverhaltens von elektrischen oder elektronischen Geräten, Einzelkompo­ nenten und komplexen Anlagen sind speziell dafür errich­ tete abgeschirmte Räume erforderlich. Diese schützen ei­ nerseits die Umgebung vor Störungen durch Aussendung elektromagnetischer Wellen und ermöglichen andererseits reproduzierbare Meßergebnisse ohne Störungen durch äu­ ßere Einwirkungen.

Um in einem solchen Raum die erforderlichen, freifeldähn­ lichen Bedingungen zu schaffen, müssen störende Reflexio­ nen der umgebenden Metallschirmung in einem breiten Fre­ quenzbereich wirksam unterdrückt werden. Zu diesem Zweck werden die Innenwand- und Deckenflächen und teilweise auch der Bodenbereich mit geeigneten Absorbern ausge­ kleidet.

Derartige Absorber sind beispielsweise aus der DE 37 03 755.2 A1 bekannt. Diese Absorber bestehen aus pyramiden­ förmigen Körpern aus Schaumstoff, die mit feinteiligen, leitfähigen Materialien getränkt sind und die dicht ne­ beneinander mit ihrer Basis an den Wandungen des abzu­ schirmenden Raumes befestigt sind. Das Tränkmaterial be­ steht dabei aus Graphit und/oder Leitfähigkeitsruß.

Mit derartigen pyramidenförmigen Körpern können Streu­ strahlungen und Reflexionen sicher absorbiert werden.

Die entsprechenden pyramidenförmigen Absorber bestehen dabei aus massivem Schaumstoff und sind aus entsprechen­ den Blöcken herausgeschnitten. Sie werden dabei auch im ganzen mit einer entsprechenden Dispersion getränkt, wo­ bei anschließend durch mechanisches Drücken die über­ schüssige Dispersionsflüssigkeit wieder herausgedrückt und anschließend die Pyramiden in Trockenöfen getrocknet werden.

Dieses Verfahren hat jedoch die Nachteile, daß einmal durch das Herausdrücken der Dispersionsflüssigkeit eine einstellbare und gleichmäßige Beladung mit leitenden Teilchen praktisch nicht erzielt und auch nicht kontrol­ liert werden kann und daß das Trocknen vor allem großvolu­ miger Pyramiden einen hohen Heiz- und Zeitaufwand und eine entsprechend hohe Kapazität an Trockenöfen erfor­ dert, wodurch die Herstell- und Lieferkapazität be­ schränkt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde Absorber zu schaffen, die, bei gleicher Funktion und Wirkungsweise, sehr viel einfacher hergestellt werden können und bei denen insbesondere eine gezielte und genau vorgegebene Beladung mit leitenden Teilchen möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Körper einen dreieckigen Querschnitt aufweisen und aus einzelnen, gleichmäßig getränkten Schaumstoffbah­ nen abschnittsweise ausgeschnitten und zur endgültigen Körperform zusammengefügt sind.

Die Körper können dabei als spitze Kegel oder als Pyra­ mide ausgebildet sein.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn aus einer getränkten Schaumstoffbahn von mindestens 20 mm Dicke ein Zuschnitt entsprechend der Abwicklung des Körpers gefertigt und dieser zu einer endgültigen, hohlen Körperform gefaltet und zusammengefügt ist.

Durch die Herstellung derartiger pyramiden- oder kegel­ förmiger Absorber aus Schaumstoffbahnen können diese Schaumstoffbahnen nach bekannten Verfahren im Durchlauf­ verfahren in genau vorgebbaren Mengen mit leitfähigen, in Dispersionen aufgeschwemmten Partikeln beladen werden, so daß exakte Absorptions- und Reflexionwirkungen einge­ stellt werden können, wobei aber insgesamt der Material­ verbrauch sehr viel geringer als bei massiven Körpern ist.

Zur weiteren Wirkungsverstärkung ist es zweckmäßig, wenn der entsprechende Hohlraum in den Körpern mit kleinteili­ gen, getränkten Schaumstoffabschnitten gefüllt ist, die beispielsweise aus den Schneidabfällen der Schaumstoff­ bahnen hergestellt werden können. So sind z. B. entspre­ chende Schaumstoffabschnitte in Form von Würfeln mit ei­ ner Kantenlänge von etwa 5 bis 10 mm möglich.

Diese Körper können dann auf ihrer Unterseite mit einer Schaumstoffplatte verschlossen sein.

Bei einer Herstellung derartiger Absorbtionskörper aus Schaumstoffbahnen entsprechend der Abwicklung eines Ke­ gels oder einer Pyramide kann es jedoch oftmals schwierig sein, dabei eine exakte Spitze zu erhalten, so daß da­ durch bei Frequenzen größer als 1 GHz störende Reflexio­ nen auftreten können.

Um jedoch eine optimale Dämpfungscharakteristik bis hin­ auf zu 40 GHz zu erzielen, kann es von besonderem Vorteil sein, diese Körper auf eine andere Weise herzustellen.

Dazu können nach einer Weiterbildung der Erfindung meh­ rere, maximal 10 cm dicke, getränkte Schaumstoffplatten aufeinandergelegt, miteinander verklebt und aus dem er­ haltenen Block entsprechende Körper ausgesägt sein.

Wesentlich dabei ist, daß beim fertigen Körper die Schaumstoffplatten und die Klebestellen vertikal von der Spitze zur Basis verlaufen.

Für derartige Schaumstoffplatten wird üblicherweise ein Melaminharzschaum verwendet.

Um großflächige Klebeschichten zwischen den einzelnen Platten, die zu Reflexionen führen können, zu vermeiden, ist es zweckmäßig, den Kleber mittels einer Stachelwalze punktrasterförmig aufzutragen und die Klebestellen paral­ lel zur einfallenden Wellenfront anzuordnen.

Die Schaumstoffbahnen sind zweckmäßigerweise mit einer Kohlenstoffdispersion und/oder Metalloxid- bzw. Ferrit­ pulver-dispersion getränkt und können zusätzlich noch schwer entflammbar nach Baustoff-Klasse B1 gemäß DIN 4102 ausgerüstet sein.

Bezüglich einer exakteren Einstellung der gewünschten Dämpfungscharakteristik ist es auch möglich, daß die in den Hohlraum der Absorberkörper eingefüllten Schaum­ stoffabschnitte schichtenweise eine unterschiedlich starke Tränkung mit Absorptionsmaterial aufweisen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungbeispiels nach der Er­ findung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen hohlen Absorber­ körper mit eingefüllten kleinteiligen Schaum­ stoffabschnitten,

Fig. 2 die Abwicklung einer Schaumstoffbahn zur Her­ stellung entsprechender Absorberkörper nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Faltkante eines solchen Absorbers nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Absorberkörper aus miteinander verklebten Platten und

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen solchen Körper.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen pyramidenförmigen Absorberkörper 1 aus einer entsprechend gefalteten Schaumstoffbahn, deren Abwicklung in Fig. 2 gezeigt ist. Die beiden geschnittenen Seitenflächen 2 und 4 nach Fig. 1 sind dabei durch die entsprechenden Dreiecke 2 und 4 der Abwicklung nach Fig. 2 gebildet, während die dazwi­ schenliegenden Dreiecke 3 und 5 die Vorderseite bzw. die Rückseite des pyramidenförmigen Körpers 1 bilden. Boden­ seitig ist dieser Körper 1 mit einer weiteren Schaum­ stoffplatte 6 abgeschlossen, auf die dann noch eine Me­ tallplatte 7 aufgeklebt sein kann.

Die verwendete Schaumstoffbahn, die entsprechend Fig. 2 zugeschnitten ist, weist eine Dicke von etwa 20 mm auf und ist mit einer Dispersion, die leitfähigen Ruß, Metal­ loxide oder eine Mischung aus Metalloxiden und kerami­ schen Werkstoffen enthält, auf einen vorgegebenen Gehalt getränkt und nach dem Trocknen entsprechend ausgeschnit­ ten und zusammengefaltet, wobei zweckmäßigerweise ent­ sprechend Fig. 3 an den Schnittkanten zwischen den ein­ zelnen Abwicklungsdreiecken 2, 3, 4 oder 5 entsprechend Fig. 3 ein Einschnitt 8 vorgesehen ist.

Der innenliegende, von der Pyramide umschlossene Hohlraum 9 ist dabei mit kleinteiligen, in gleicher Weise getränk­ ten Schaumstoffabschnitten 10 gefüllt, die beispielsweise aus Quadern oder Würfeln mit einer Kantenlänge von etwa 5 bis 10 mm bestehen können. Wenn diese Schaumstoffab­ schnitte 10 dabei schichtenweise eine unterschiedliche Beladung mit leitenden Partikeln aufweisen, können damit noch spezielle frequenzabhängige Dämpfungseigenschaften erzielt werden.

In gleicher Weise ist aus einem solchen Zuschnitt aber auch ein kegelförmiger Absorberkörper herstellbar, der den gleichen Schnitt entsprechend Fig. 1 aufweist, dessen Abwicklung nach Fig. 2 jedoch eine Unterkante entspre­ chend der gestrichelten Linie 12 aufweist. Ein solcher Kegel 12 ist besonders einfach herzustellen, da der Zu­ schnitt nicht zusätzlich gefaltet, sondern nur an den beiden Längskanten Stoß auf Stoß verklebt werden muß.

Derartige kegelförmige Absorberkörper bieten dabei noch besondere Vorteile, da die senkrecht oder schräg zur Ab­ sorberachse einfallenden elektromagnetischen Wellen wegen der gekrümmten Oberfläche eine diffusere Reflexion er­ folgt. Derartige kegelförmige Absorber können besonders vorteilhaft im Bodenbereich der auszukleidenden Absorber­ hallen eingesetzt werden.

Eine solche Kegelform ist dagegen aus einem massiven Schaumstoffkörper nur unter Schwierigkeiten mit einer Drechsel- oder Drehbank herzustellen, wobei sich ein sehr großer Materialabfall ergibt. Deswegen liegen gerade bei einer solchen Form die Vorteile einer Herstellung aus Schaumstoffbahnen besonders deutlich auf der Hand.

Derartige hohle Absorberkörper aus einer gewickelten Ke­ gel- oder Pyramidenform können jedoch bei höheren Fre­ quenzen Nachteile aufweisen, da der Bereich um die Spitze oftmals nicht gleichmäßig und stoßstellenfrei hergestellt werden kann, so daß dadurch störende Reflexionen auftre­ ten können.

Wenn es jedoch auf eine optimale Dämpfungscharakteristik bis hinauf zu 40 GHz, d. h. für Wellenlängen kleiner als 1 cm ankommt, ist auch ein anderes Herstellungsprinzip mög­ lich, wie das anhand der Fig. 4 und 5 erläutert wird. Danach werden Melaminharzschaum-Platten von maximal 10 cm Dicke zunächst mit einer Kohlenstoffdispersion imprä­ gniert. Wegen der begrenzten Elastizität eines solchen Hartschaumes sollte die Dicke von 10 cm nicht überschrit­ ten werden, da sonst die Schaumstruktur beim Quetschvor­ gang zerstört wird. Mehrere dieser fertig imprägnierten Platten werden dann aufeinandergelegt und mittels spe­ zieller Kleber verklebt. Aus diesem Block werden dann mittels einer Kontursäge vierseitige Pyramiden ausgesägt, so daß sich ein Absorberkörper 20 ergibt, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Dieser Absorberkörper 20 ist dabei nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise aus 5 Schaumstoffplatten 21 bis 25 aufgebaut, die nach Verkleben und Ausschneiden eine entsprechende Pyramide 20 ergeben, wie sie in Aufsicht auch in Fig. 5 dargestellt ist. Die in Fig. 4 sichtbaren beiden Pyramidenflächen 31 und 32 stellen sich dann in Fig. 5 als entsprechende Dreiecke dar. Wichtig dabei ist, daß bei der fertigen Py­ ramide 20 die Klebeflächen und damit die einzelnen Plat­ ten 21 bis 25 vertikal von der Spitze zur quadratischen Basis 26, die noch auf eine Metallplatte 27 aufgeklebt sein kann, verlaufen, damit die Klebeflächen nicht senk­ recht zur einfallenden Wellenfront verlaufen und nicht zu unerwünschten Reflexionen führen.

Um ferner zwischen den einzelnen Platten 21 bis 25 groß­ flächige Kleberschichten zu vermeiden, die gegebenenfalls zu zusätzlichen Reflexionen führen könnten, ist es zweckmäßig, wenn der Kleber mit einer Stachelwalze punktrasterförmig aufgetragen wird.

Damit ergibt sich ein Absorberkörper, der zwar mehr Mate­ rial erfordert, der aber auch eine optimale Dämpfungscha­ rakteristik im Höchstfrequenzbereich aufweist.

Zusätzlich zu einer Tränkung mit Ruß oder entsprechenden leitenden Metalloxiden und/oder keramischen Werkstoffen können die verwendeten Schaumstoffbahnen schwer entflammbar der Klasse B1 nach DIN 4102 ausgerüstet werden, um damit besonders betriebssicher zu sein.

Claims (18)

1. Absorber für elektromagnetische Wellen, insbesondere zur Reflexionsminderung, in abgeschlossenen, abgeschirmten Räumen, bestehend aus räumlichen, mit feinteiligen, leit­ fähigen Materialien getränkten Körpern aus Schaumstoff, die dicht nebeneinander an den Wandungen des abzuschir­ menden Raumes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1; 20) einen dreieckigen Querschnitt aufwei­ sen und aus gleichmäßig getränkten Schaumstoffbahnen (2-5; 12; 21-28) ausgeschnitten und zur endgültigen Kör­ perform zusammengefügt sind.

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1) als spitze Kegel ausgebildet sind.

3. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1; 20) als Pyramiden ausgebildet sind.

4. Absorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer getränkten Schaumstoffbahn (2-5; 12) von mindestens 20 mm Dicke ein Zuschnitt entsprechend der Ab­ wicklung des Körpers (1) gefertigt und dieser zu einer endgültigen, hohlen Körperform gefaltet und zusammenge­ fügt ist.

5. Absorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der entstehende Hohlraum (9) in den Körpern (1) mit kleintei­ ligen, getränkten Schaumstoffabschnitten (10) gefüllt ist.

6. Absorber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffabschnitte (10) aus prismatischen Körpern mit einer Kantenlänge von etwa 5-10 mm bestehen.

7. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1) auf ihrer Unterseite mit einer Schaum­ stoffplatte (6) verschlossen sind.

8. Absorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, maximal 10 cm dicke, getränkte Schaumstoff­ platten (21-28) aufeinandergelegt, miteinander verklebt und aus dem erhaltenen Block entsprechende Körper (20) ausgesägt sind.

9. Absorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim fertigen Körper (20) die Schaumstoffplatten (21-25) und die Klebestellen vertikal von der Spitze zur Ba­ sis (26) verlaufen.

10. Absorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaumstoff ein Melaminharzschaum verwendet ist.

11. Absorber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber mittels einer Stachelwalze punktrasterförmig auf­ getragen ist.

12. Absorber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffbahnen (2-5; 12; 21-28) mit einer Kohlenstoffdispersion getränkt sind.

13. Absorber nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffbahnen (2-5; 12; 21-28) mit einer Metalloxid-Dispersion getränkt sind.

14. Absorber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffbahnen (2-5; 12; 21-28) zusätzlich mit Dispersionen aus keramischen Werkstoffen getränkt sind.

15. Absorber nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumstoffabschnitte (10) schichtenweise eine unterschiedliche Beladung mit Kohlenstoff, Metalloxiden und/oder keramischen Werkstoffen aufweisen.

16. Absorber nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (6; 25) der Körper (1; 20) auf eine Metall­ platte (7) aufgeklebt ist.

17. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der getränkte Schaumstoff schwer ent­ flammbar nach Baustoff-Klasse B1 gemäß DIN 4102 ausgerü­ stet ist.

18. Absorber nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (1; 20) eine Höhe von bis zu 2,5 m aufwei­ sen.