DE68928378T2

DE68928378T2 - Absorber für elektromagnetische Strahlung

Info

Publication number: DE68928378T2
Application number: DE68928378T
Authority: DE
Inventors: Takashi Harada; Kenichi Hatakeyama; Tetsuji Inui; Takashi Nec Environment Kizaki; Satoshi Nec Environ Yoshiuichi
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-01-05
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2009-01-03
Also published as: EP0323826A1; DE68928378D1; EP0323826B1; US5081455A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Absorber für elektromagnetische Wellen nach dem einführenden Teil von Anspruch 1 und insbesondere auf einen Absorber für elektromagnetische Wellen, der in einer großen Bandbreite ansprechbar ist.
Herkömmliche Absorber für elektromagnetische Wellen sind aus der DE-A 26 01 062, GB-A-822 641, US-A-2 992 425, EP-A-O 121 655 und der US-A-2 977 591 bekannt.
Absorber für elektromagnetische Wellen können vielfältig eingeteilt werden, beispielsweise nach Prinzipaufbau oder Konfiguration und die betreffenden Absorber haben jeweils Vorteile in ihren Betriebseigenschaften wie in dem Bereich der Ansprechfrequenz oder dem Absorptionsvermögen, oder guter Wetterbeständigkeit oder Einfachheit der Herstellung. Im allgemeinen werden Absorber für elektromagnetische Wellen an ihrer Absorptionseigenschaft und an ihrem Frequenzbandbereich, gemessen. Wenn eine elektromagnetische Welle 1 schräg in einem Winkel al bezüglich der senkrechten Ebene 4 auf einen Absorber 2 für elektromagnetische Wellen einfällt, der auf einer Metallplatte 3 laminiert ist, wird die elektromagnetische Welle 1 von dem Absorber 2 für elektromagnetische Wellen in einem Winkel a2 bezüglich der senkrechten Ebene 4 reflektiert, woraus die Reflexion 5 entsteht. Absorbierungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen werden definiert, indem der Betrag des Abklingens zwischen der einfallenden elektromagnetischen Welle 1 und der Reflexion 5 gemessen wird. Falls der Winkel a1 Null ist, wird die Absorbiereigenschaft für elektromagnetische Wellen als Senkrechteinfalleigenschaft bezeichnet, die anderen werden jedoch als Winkeleinfalleigenschaften bezeichnet Falls der Winkel a1 vergrößert wird, sind die Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Wellen, von denen bei 0º verschieden. In praktischen Anwendungen werden die elektromagnetischen Wellen mit zahlreichen Winkeln abgestrahlt, weshalb die Winkeleinfallseigenschaften wichtiger sind als die Senkrechteinfalleigenschaft des Absorbers für elektromagnetische Wellen. Da außerdem elektromagnetische Wellen mit zahlreichen Frequenzen einfallen, ist es vorteilhaft für praktische Anwendungen, daß der Absorber für elektromagnetische Wellen bei allen Frequenzen einsetzbar ist. Herkömmliche Absorber für elektromagnetische Wellen sind jedoch auf einen relativ schmalen Bereich begrenzt. Daher werden Absorber für elektromagnetische Wellen manchmal in den Typ mit großer Bandbreite und den Typ mit schmaler Bandbreite eingeteilt, wobei das Kriterium der spezifischen Bandbreite bei 20% liegt.
Falls Absorber für elektromagnetische Strahlung nach ihrem Aufbau eingeteilt werden, können größtenteils eine schichtförmige Gruppe und eine pyramidenförmige Gruppe unterschieden werden. Die erstere Gruppe, d.h. die schichtförmige Gruppe hat eine schmale Dicke und hat eine flache ebene Oberfläche, und aus diesem Grunde können Absorber für elektromagnetische Strahlung dieser Gruppe relativ leicht eingesetzt werden. Sie haben jedoch eine schmale Bandbreite und neigen dazu, drastisch in ihren Winkeleinfalleigenschaften nachzulassen, wenn der Einfallswinkel sich erhöht. Die Absorber für elektromagnetische Strahlung des Gummi-Ferrit-Systems, Ferrit-Tile-Systems, Gummi-Kohlenstoft-Systems, Urethan-Kohlenstoft-Systems können in die Schichtformgruppe eingeteilt werden. Die Ferrit-enthaltenden Absorber für elektromagnetische Strahlung sind ansprechbar in einer relativ breiten Bandbreite. Sie haben jedoch unzureichende Winkeleinfalleigenschaften, und reichen daher für einen von elektromagnetischer Strahlung abgeschirmten Raum nicht aus. Unter der Annahme, daß eine Strahlenquelle 6 für elektromagnetische Strahlung in einem Abschirmraum 7 für elektromagnetische Strahlung, der von den Absorbern für elektromagnetische Strahlung 8a, 8b, 8c und 8d wie durch den Metallboden 8e definiert ist, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird die elektromagnetische Strahlung 9 von der Strahlenquelle in zahlreiche Richtungen gestrahl. Einige Komponenten 9 der elektromagnetischen Strahlung richten sich direkt gegen einen Empfänger 10. Die anderen Komponenten 11 werden jedoch von dem Absorber für elektromagnetische Strahlung 8 reflektiert. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, daß in einem Abschirmraum für elektromagnetische Strahlung den Komponenten gestattet ist, direkt und von dem Metallboden reflektiert den Empfänger 10 zu erreichen. Dann sollten die anderen Komponenten, die von den Absorbern für elektromagnetische Strahlung 8a bis 8d reflektiert werden, soviel wie möglich reduziert werden.
In dieser Situation sollte der Absorber 8c für elektromagnetische Strahlung von hochwertiger Senkrechteinfallabsorption sein. Für die anderen Absorber 8a und 8d für elektromagnetische Strahlung ist es jedoch wünschenswert, daß sie hochwertig in der Winkeleinfallsabsorption sind. Da auf den Absorber für elektromagnetische Strahlung 8b die Komponenten nicht nur senkrecht einfallen, sondern auch aus zahlreichen Winkeln einfallen, sollte aus diesem Grunde der Absorber 8b für elektromagnetische Strahlung hochwertig in allen Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung sein. Die Absorber 8a und 8d für elektromagnetische Strahlung sind jedoch ausgelegt, ähnliche Absorptionseigenschaften zu haben wie der Absorber für elektromagnetische Strahlung 8c hat, da kein Absorber für elektromagnetische Strahlung, der schichtförmig ist, hinreichende Winkeleinfallsabsorptionseigenschaften hat. Daraus resultiert eine Abschwächung der Abschirmcharakteristika für elektromagnetische Strahlung wie den Standortdämpfungseigenschaften. Die Senkrechtabsorptionseigenschaft wird abgeschwächt, indem die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung erniedrigt wird, und demzufolge werden die Winkelabsorptionseigenschaften ebenso mit der Frequenz abgeschwächt.
Auf der anderen Seite hat die letztgenannte Gruppe oder die pyramidenförmige Gruppe eine große Bandbreite, die von ihrer komplizierten Oberfläche herrührt, und aus diesem Grund absorbieren Absorber für elektromagnetische Strahlen dieser Gruppe effektiv elektromagnetische Strahlung aus zahlreichen verschiedenen Winkeln. Da jedoch die pyramidenförmigen Vorsprünge wenigstens ein Viertel der Länge der Wellenlänge betragen sollte, haben derartige Absorber für elektromagnetische Strahlung leicht eine umfangreiche Größe und sind dementsprechend umständlich zu handhaben. Wenn beispielsweise ein pyramidenförmiger Absorber für elektromagnetische Wellen dafür verwendet wird, einen von elektromagnetischer Strahlung abgeschirmten Raum zu bilden, verkleinert der pyramidenförmige Absorber für elektromagnetische Strahlung den abgeschirmten Raum.
Es ist daher eine wichtige Aufgabe der vorliegenden Erflndung, einen Absorber für elektromagnetische Strahlung bereitzustellen, der einen relativ kleinen Raum einnimmt, ohne die nötige große Bandbreite herabzusetzen.
Es ist eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erflndung, ein Verfahren zur Herstellung des Absorbers für elektromagnetische Strahlung bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt. Die Merkmale und Vorteile des Absorbers für elektromagnetische Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung werden klar aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden. Hierzu zeigt:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Absorber für elektromagnetische Strahlung für eine allgemeine Beschreibung von Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung;
Figur 2 einen Grundriß eines Abschirmraums für elektromagnetische Strahlung, wobei die Seitenwände aus Absorbern für elektromagnetische Strahlung bestehen;
Figur 3 eine Seitenansicht des Abschirmraumes für elektromagnetische Strahlung von Fig. 2;
Figur 4 einen Grundriß der Anordnung einer erfindungsgemäßen Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung;
Figur 5 einen Querschnitt des Aufbaus der in Fig. 4 dargestellten Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung;
Figur 6 einen Querschnitt der Struktur einer Modifikation der in Fig. 4 dargestellten Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung;
Figur 7 einen Grundriß der Anordnung eines ersten Beispiels der in Fig. 4 und 5 dargestellten Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung;
Figur 8 einen Querschnitt des Aufbaus des in Fig. 7 dargestellten ersten Beispiels;
Figur 9 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Absorptionsrate von der Frequenz, die von der ersten Ausführung erzielt wird;
Figur 10 eine Darstellung für die Erläuterung der transversal elektronisch polarisierten ebenen Welle (die mit "TET"-Welle abgekürzt ist);
Figur 11 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der transversal magnetisch polarisierten Welle (die mit "TM"-Welle abgekürzt ist);
Figur 12 einen Grundriß der Anordnung eines zweiten Beispiels der in Fig. 4 und 5 gezeigten ersten Ausführung;
Figur 13 einen Querschnitt des Aufbaus des zweiten Beispiels der ersten Ausführung;
Figur 14 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen an dem in Fig. 13 dargestellten zweiten Beispiel;
Figur 15 eine vergrößerte Darstellung des Aufbaus eines nicht gewebten Geflechts, das in der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 16 einen Querschnitt des Aufbaus der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 17 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate von elektromagnetischen Strahlen in einem Winkel von ungefähr 45º in Abhängigkeit, die von der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung erzielt wird;
Figur 18 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate von elektromagnetischen Strahlen in einem Winkel von ungefähr 45º in Abhängigkeit der Frequenz, die von der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung erzielt wird;
Figur 19 eine perspektivische Darstellung des Aufbaus einer Modifikation der zweiten Ausführung;
Figur 20 eine graphische Darstellung der Winkeleinfallsabsorptionseigenschaffen, die von der Modifikation von Fig. 19 erzielt wird;
Figur 21 einen Querschnitt der Struktur einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 22 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate einfallender elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit der Frequenz, gemessen an der dritten Ausführung;
Figur 23 eine erläuternde Darstellung des Einfallswinkels von elektromagnetischer Strahlung auf die dritte Ausführung;
Figur 24 ein Querschnitt des Aufbaus einer vierten erfindungsgemäßen Ausführung;
Figur 25 ein "Smith-Chart" für die Darstellung der Abhängigkeit der Admittanz von der Frequenz der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, die auf die vierte Ausführung einfällt;
Figur 26 eine Darstellung des Aufbaus einer Modifikation der in Fig. 24 dargestellten vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 27 einen Querschnitt des Aufbaus einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 28 einen Querschnitt der Struktur eines zu Vergleichszwecken hergestellten Absorbers für elektromagnetische Strahlung;
Figur 29 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate in Abhängigkeit des Streuwinkels, gemessen an der fünften Ausführung;
igur 30 eine graphische Darstellung der Absorptionsrate in Abhängigkeit des Streuwinkels gemessen an dem Absorber für elektromagnetische Wellen für Vergleichszwecke;
Figur 31 einen Querschnitt zur Erläuterung des Streuwinkels;
Figur 32 eine Explosionsdarstellung des Aufbaus einer sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Figur 33 in Modellform den Aufbau eines nicht-gewebten Geflechts, das in der sechsten Ausführung verwendet wird;
Figur 34 äquivalente elektrische Bauteile ausgebildet in dem nichtgewebten Geflecht von Fig. 33;
Figur 35 in Modellform den Aufbau eines weiteren nicht-gewebten Geflechts, das in der sechsten Ausführung verwendet wird;
Figur 36 äquivalente elektrische Bauteile, die in dem nicht-gewebten Geflecht von Fig. 35 ausgebildet sind;
Figur 37 eine graphische Darstellung der Absorptionseigenschaften, die von den Absorbern für elektromagnetische Strahlung mit den nicht-gewebten Geflechten von Fig. 33 und 35 erzielt werden;
Figuren 38 und 39 graphische Darstellungen der Absorptionseigenschaften, die von einem Absorber für elektromagnetische Wellen für Vergleichszwecke erzielt wird;
Figuren 40 und 41 graphische Darstellungen der Absorptionseigenschaften, die mit einer Modifikation der sechsten Ausführung erzielt werden;
Figur 42 einen Grundriß eines nicht-gewebten Geflechts, das in einer anderen Modifikation der sechsten Ausführung verwendet wird
Figur 43 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Modifikation der sechsten Ausführung;
Figur 44 eine graphische Darstellung der Absorptionseigenschaften, die von der weiteren Modifikation der sechsten Ausführung erzielt wird;
Figur 45 einen Grundriß eines nicht-gewebten Geflechts, das in einer noch weiteren Modifikation der sechsten Ausführung verwendet wird;
Figuren 46 graphische Darstellungen von Absorptionseigenschaften und 47 der noch weiteren Modifikation der sechsten Ausführung; und
Figuren 48 Querschnitte eines Herstellungsverfahrens eines Absorbers und 49 für elektromagnetische Strahlung einer siebten Ausführung.

BESCHREIBUNG DER VORTEILHAFTEN AUSFÜHRUNGEN

1. Ausführung

Fig. 4 und 5 der Zeichnungen zeigen eine erfindungsgemäße Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung. Die Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung ist auf einer Metallplatte 21 vorgesehen und besteht aus einer dielektrischen Schicht 22, die eine relativ geringe Dämpfung aufweist und aus einer Vielzahl von Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Strahlung, die eine relativ hohe Dämpfung aufweisen, und die in der dielektrischen Schicht 22 in einer Matrix angeordnet sind. Unter der Annahme, daß die elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge L hat, ist jeder der Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Strahlung derart ausgebildet, daß er eine Dicke d von weniger als 10 % der Wellenlänge L hat. Der Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Strahlung hat eine Breite w, die größer als 10 % der Wellenlänge L ist, aber kleiner als das 10fache der Wellenlänge L ist. Die Länge 1 jeder der Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Wellen ist größer als die Breite w.
Die Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Wellen haben alle die vorbestimmten Dimensionen und sind in der dielektrischen Schicht 22 vorgesehen, und aus diesem Grunde wird die elektromagnetische Strahlung nicht nur absorbiert, sondern von den Absorberstreifen 23 auf vielfältige Weise gestreut. Dann nimmt die elektromagnetische Strahlung mit der Wellenlänge L wirksam ab. Die dielektrische Schicht 22 mit der relativ geringen Dämpfung unterstützt dabei die Absorberstreifen 23 für elektromagnetische Strahlung, wodurch außerdem die elektromagnetische Strahlung abnimmt.
Fig. 4 und 5 zeigen eine Modifikation der Absorbereinheiten für elektromagnetische Strahlung, die laminiert sind und eine Vielschichtstruktur bilden, die in Fig. 6 dargestellt ist. Alle vorstehend im Zusammenhang mit der einzelnen Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung beschriebenen Betriebszustände werden ähnlich in der Modifikation beobachtet, und zwischen den Absorberstreifen 23, die in verschiedenen Niveaus vorgesehen sind, wird abhängig von der von ihnen absorbierten elektromagnetischen Strahlung multiple Reflexion erzielt. Um verbesserte Absorbereigenschaften zu erzielen, ist es nötig, die Medienkonstanten der dielektrischen Schicht 22 und aller Absorberstreifen, die Dicke der dielektrischen Schicht 22, die Anordnung jedes Absorberstreifens, die Dimensionen der Absorberstreifen und die Anordnung der Matrix auszuwählen. Nachfolgend werden zahlreiche Beispiele der ersten Ausführung beschrieben.

Erstes Beispiel

Das erste Beispiel zielt auf die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich von ungefähr 10 bis 15 GHz. Fig. 7 und 8 zeigen das erste Beispiel der Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung, das auf einer Metallplatte 31 angeordnet ist. Die Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung von Fig. 7 und 8 besteht aus einer Schichtstruktur 32 mit geringer Dämpfung mit einer Dicke von ungefähr 12.0 mm, einer Vielzahl von ersten Streifen 33 mit hoher Dämpfung, die in der Schichtstruktur 32 mit niedriger Dämpfung vorgesehen sind und voneinander ungefähr 3.0 mm entfernt sind, und aus einer Vielzahl von zweiten Hochdämpfungsstreifen 34, die auch in der Schichtstruktur mit niedriger Dämpfung vorgesehen sind, und voneinander getrennt angeordnet sind, wobei sie bezüglich der Zentren der ersten Hochdämpfungsstreifen 33 überlappend angeordnet sind. Die ersten Hochdämpfungsstreifen 33 sind auf einer virtuellen Ebene 35 vorgesehen, die von der Metallplatte 31 ungefähr eine Höhe von 3.0 mm hat, und die zweiten Hochdämpfungsstreifen 34 sind auf einer virtuellen Ebene 36 angeordnet, die eine Höhe von ungefähr 6.0 mm von der Metallplatte 31 hat.
Jeder der ersten Hochdämpfungsstreifen 33 hat eine Dicke von ungefähr 0.8 mm und eine Breite von ungefähr 40 mm, und die Länge jedes der ersten Hochdämpfungsstreifen 33 ist gleich der Länge der Niedrigdämpfungsschicht 32. Andererseits hat jeder der zweiten Hochdämpfungsstreifen 34 eine Dicke d von ungefähr 0.8 mm und eine Breite w von ungefähr 20 mm, und jeder der zweiten Hochdämpfungsstreifen 34 ist so lang wie die ersten Hochdämpfungsstreifen 33, wie in Fig. 7 dargestellt ist.
Die Niedrigdämpfungsschichtstruktur 32 ist aus einer Vielzahl von nicht-gewebten Geflechten aufgebaut, wobei leitende Fasern mit isolierenden Fasern geflechtet sind. Die leitenden Fasern haben bezüglich des nicht-gewebten Geflechts einen Gewichtsanteil von ungefähr 2.0 %. Das nicht-gewebte Geflecht ist ungefähr 3. mm dick, und die Niedrigdämpfungsschichtstruktur 32 ist demzufolge aufgebaut, indem eine bestimmte Anzahl von nicht-gewebten Geflechten übereinander gestapelt sind. Jeder der ersten und zweiten Hochdämpfungsstreifen 33 und 34 ist ebenso aus einem nicht-gewebten Geflecht ähnlich dem, das für die Bildung der Niedrigdämpfungsschichtstruktur 32 verwendet wird, hergestellt. Das nichtgewebte Geflecht für die Hochdämpfungsstreifen ist jedoch in einer Schicht hergestellt, die eine andere Dicke hat als die, die für die Niedrigdämpfungsschichtstruktur 32 verwendet wird. In diesem Beispiel hat das nicht-gewebte Geflecht für die Hochdämpfungsstreifen eine Dicke von ungefähr 0.8 mm. Die Niedrigdämpfungsschichtstruktur 32 und die Hochdämpfungsstreifen 33 und 34 werden in diesem Beispiel durch ein nicht-gewebtes Geflecht gebildet. Soweit die Dicke und die Dämpfung des Materials einstellbar ist, kann jedoch für die Niedrigdämpfungsschichtstruktur und die Hochdämpfungsstreifen anderes Material verwendet werden.
Die Absorptionseigenschaften des ersten Beispiels werden gemessen. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der Absorptionsrate in Abhängigkeit der Frequenz. Die Absorptionsrate wird für eine in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte
Welle und für eine transversal magnetisch polarisierte Welle gemessen. Die Kurve PC kennzeichnet die in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle, d.h., der Einfallswinkel der Strahlung ist Null. Die Kurven A60 kennzeichnen die in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle (gekennzeichnet durch die durchgezogene Linie) und die transversal magnetisch polarisierte Welle (gekennzeichnet durch die gepunktete Linie) bei einem Einfallswinkel von ungefähr 60º. Andererseits kennzeichnen die Kurven A45 die in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle (gekennzeichnet durch die durchgezogene Linie) und die transversal magnetisch polarisierte Welle (gekennzeichnet durch die gepunktete Linie) bei einem Einfallswinkel von ungefähr 45º Die in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle und die transversal magnetisiert polarisierte Welle werden wie folgt definiert. Fig. 10 zeigt die Definition der in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle und Fig. 11 zeigt die Definition der transversal magnetisch polarisierten Welle. Unter der Annahme, daß eine elektromagnetische Strahlung 37 von einem Punkt A in einem Winkel von ungefähr a3 bezüglich einer senkrechte Ebene 38 abgestrahlt wird, dann wird die elektromagnetische Strahlung 37 vom Punkt 0 auf dem Absorber für elektromagnetische Strahlung 39 reflektiert, und die Reflexion 40 wird bezüglich der senkrechten Ebene 38 in einem Winkel a4 abgestrahlt. Die Reflexion 40 führt wie in Fig. 10 und 11 dargestellt, zu dem Punkt B. Die in einer Ebene transversal elektrisch polarisierte Welle ist definiert als eine Welle mit einem elektrischen Feld vertikal bezüglich der Ebene, die durch die Punkte A, 0 und B definiert ist. Andererseits ist die transversal magnetisch polarisierte Welle definiert als eine Welle mit einem elektrischen Feld parallel zu der Ebene, die durch die Punkte A, und B wie in Fig. 11 dargestellt ist, definiert ist.
Aus Fig. 9 geht hervor, daß die Absorptionsrate von 20 dB oder mehr für den senkrechten Einfallswinkel erzielt wird, und eine Absorptionsrate von ungefähr 15 dB für Einfallswinkel, die ungefähr 60º erreichen, erzielt wird.

Zweites Beispiel

Fig. 12 und 13 der Zeichnungen zeigen ein zweites Beispiel der ersten Ausführung von Fig. 4 und 5. Das zweite Beispiel zielt ebenso auf die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich von ungefähr 10 bis 15 Ghz. Fig. 12 und 13 zeigen die Absorbereinheit für elektromagnetische Strahlung, die auf einer Metallplatte 41 angeordnet ist und aus einer Niedrigdämpfungsschichtstruktur 42 mit einer Dicke von ungefähr 12.0 mm besteht. Eine Vielzahl von ersten Hochdämpfungsstreifen 43 sind in Matrixanordnung in der Niedrigdämpfungsschichtstruktur 42 angeordnet, und eine Vielzahl von zweiten Hochdämpfungsstreifen 44 sind ebenso in der Niedrigdämpfungsschichtstruktur 42 angeordnet, wobei die zweiten Hochdämpfungsstreifen 44 bezüglich zentralen Abschnitten der ersten Hochdämpfungsstreifen 43 jeweils überlappend angeordnet sind, und eine Vielzahl von dritten Hochdämpfungsstreifen 45 ist in der Niedrigdämpfungsschichtstruktur 42 jeweils bezüglich zentralen Abschnitten der zweiten Hochdämpfungsstreifen 44 überlappend angeordnet. Die ersten Hochdämpfungsstreifen 43 sind in einer virtuellen Ebene 46 mit einer Höhe von ungefähr 3.0 mm gemessen von der Metallplatte 41 angeordnet, und die zweiten Hochdämpfungsstreifen 43 sind in einer virtuellen Ebene 47 mit einer Höhe von ungefähr 6.0 mm von der Metallplatte 41 angeordnet. Die dritten Hochdämpfungsstreifen 45 sind auf einer virtuellen Ebene 48 mit einem Abstand von ungefähr 9.0 mm von der Metallplatte 41 angeordnet, mit dem Resultat, daß die Hochdämpfungsstreifen 46 bis 48 eine Drei-Niveau-Struktur bilden.
Jeder der ersten Hochdämpfungsstreifen 43 ist ungefähr 0.8 mm dick, 40 mm breit und ungefähr 40 mm lang, und jeder der zweiten Hochdämpfungsstreifen 44 hat eine Dicke d von ungefähr 0.8 mm, eine Breite w von ungefähr 30 mm und eine Länge 1 von ungefähr 30 mm. Jeder der dritten Hochdämpfungsstreifen 45 hat eine Dicke von ungefähr 0.8 mm, eine Breite und eine Länge von jeweils ungefähr 20 mm.
Ein nicht-gewebtes Geflecht ähnlich wie bei dem ersten Beispiel wird für die Bildung der Niedrigdämpfungsschichtstruktur 42 und die Hochdämpfungsstreifen 43 bis 45 verwendet. Daher wird dies nicht weiter beschrieben.
Das zweite Beispiel wurde hinsichtlich seiner Absorptionsrate ähnlich dem ersten Beispiel ausgewertet. Fig. 14 zeigt die Absorptionsrate in Abhängigkeit der Frequenz. Die Kurven PC, A60 und A45 kennzeichnen Wellen ähnlich wie die Kurven von Fig. 9. Fig. 14 ist zu entnehmen, daß die Absorptionsrate ungefähr 25 dB oder mehr beträgt für einen senkrechten Einfallswinkel, und eine Absorptionsrate von ungefähr 15 dB erzielt wird, bis der Einfallswinkel ungefähr 60º erreicht. Daher ist die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung wesentlich in ihrer Dicke reduziert, ohne die Winkeleinfallseigenschaften zu vermindern.

Zweite Ausführung

Fig. 15 der Zeichnungen zeigt die Struktur eines nicht-gewebten Geflechts, das in der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das nichtgewebte Geflecht von Fig. 15 ist elektrisch isolierend, jedoch hat es leitende Fasern 51, die mit isolierenden Fasern 52 verflechtet sind. Alle leitenden Fasern 51 sind aus rostfreiem Stahl oder einer Kunststoffaser, die mit einem leitenden Metall, wie z.B. Kupfer oder Nickel beschichtet ist, hergestellt, und alle isolierenden Fasern sind aus einer Kunststoffaser ohne leitendes Metall hergestellt. Bezüglich dem nicht-gewebten Geflecht haben die leitenden Fasern einen Gewichtsanteil von ungefähr 0.5 bis 10 %. Bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung wird in den leitenden Fasern 51 ein Strom induziert, und aus diesem Grunde verursachen die leitenden Fasern 51 ein Abklingen der elektromagnetischen Strahlung.
Fig. 16 der Zeichnungen zeigt die Struktur eines Absorbers für elektromagnetische Strahlung mit dem nicht-gewebten Geflecht von Fig. 15. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung ist in Vier-Schicht-Struktur ausgebildet, wobei eine erste, zweite, dritte und vierte Schicht eines nicht-gewebten Geflechts 53, 54, 55 und 56 vorgesehen ist. Jede der Geflechtschichten 53 bis 56 ist ungefähr 3 mm dick, und der Absorber hat eine Dicke von ungefähr 15 mm. Alle Schichten 53 bis 56 mit dem nicht-gewebten Geflecht beinhalten die leitenden Fasern 51 und die isolierenden Fasern 52, die miteinander verflechtet sind, wobei aber deren Verhältnis unterschiedlich ist. Das erste nicht-gewebte Geflecht 53 enthält nämlich leitende Fasern 51 mit einem Gewichtsanteil von 5 % bezüglich dem Gewicht des nicht-gewebten Geflechts. In dem zweiten nicht-gewebten Geflecht 54 sind die leitenden Fasern 51 mit den isolierenden Fasern 52 verfiechtet und haben ungefähr 3 Gew.-% bezüglich dem nicht-gewebten Geflecht. Das dritte nichtgewebte Geflecht 55 enthält die leitenden Fasern 51, die bezüglich dem nichtgewebten Geflecht ungefähr 1.5 Gew.-% haben. Das vierte nicht-gewebte Geflecht 56 hat leitende Fasern 51, die mit den isolierenden Fasern 52 verflechtet sind und ungefähr 1 Gew.-% des Gewichts des vierten nicht-gewebten Geflechts haben. In diesem Fall ist jeder der leitenden Fasern 51 aus einem Polyacrylnitril, das mit Nickel beschichtet ist, hergestellt, und für die Bildung der isolierenden Fasern 52 wird Polyethylenkunstharz verwendet. Für das Material, das für die leitenden Fasern 51 und die isolierenden Fasern 52 verwendet wird, gibt es jedoch keine Beschränkung.
Die Absorption für elektromagnetische Strahlung ist proportional der Dichte der leitenden Fasern 51. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 16 hat von dem vierten nicht-gewebten Geflecht 56 zu dem ersten nicht-gewebten Geflecht 53 eine zunehmende Dichte von leitenden Fasern.
Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 16 wird hinsichtlich seiner Absorptionseigenschaften ausgewertet. Fig. 17 zeigt seine Absorptionsrate in Abhängigkeit von der Frequenz. Die elektromagnetischen Wellen werden senkrecht auf das vierte nicht-gewebte Geflecht 56 gestrahlt. Aus Fig. 17 geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung niedrigere Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Wellen in dem Bereich zwischen ungefähr 10 und 15 Ghz aufweist. Die Winkelabsorptionseigenschaften wurden ebenso ausgewertet und in Fig. 18 dargestellt. In Fig. 18 kennzeichnen durchgezogene Linien elektromagnetische Wellen, die auf den Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 16 in einem Einfallswinkel von 450 bezüglich der senkrechten Ebene einfallen, und gestrichelte Linien kennzeichnen den herkömmlichen Absorber für elektromagnetische Strahlung mit der Gummizweischichtstruktur, der in der japanischen Patentanmeldung Nr.56-109686 offenbart ist. Hatakeyama et al offenbaren in IEEE Transactions on Magnetics, Vol. Mag. 20, Nr.5, September 1984, ein ähnliches Absorbermaterial, das aus einer Zweischichtstruktur besteht und im GHz-Frequenzbereich ansprechbar ist. Gemäß der Zusammenfassung der Schrift wirkt jede Schicht als Niedrigimpedanzresonator und Impedanztransformator. Für die Ausbildung des Niedrigimpedanresonators wird eine Ferrit-Kunstharzmischung verwendet, in die kurze Metallfasern eingebettet sind. Der in der Schrift offenbarte Absorber für elektromagnetische Strahlung hat eine größere Betriebsbandbreite, fast 50 % relative Bandbreite (Bandbreite mehr als 20 dB Absorption zur mittleren Frequenz) als die Betriebsbandbreite eines herkömmlichen Ferritabsorbers. Breitbandeigenschaften werden für Winkelabsorption bis fast zu einem Einfallswinkel von 45º erzielt. Auf den herkömmlichen Absorber werden auch elektromagnetische Wellen mit einem Einfallswinkel von ungefähr 45º bezüglich der senkrechten Ebene abgestrahlt. Die mit Bn und Bm gekennzeichneten durchgezogenen Linien bezeichnen jeweils Absorptionseigenschaften von transversal magnetisch polarisierten Wellen (oder TM-Welle) und Absorptionseigenschaften einer transversal elektrisch polarisierten ebenen Welle (oder TE-Welle). Ähnlich bezeichnen die gestrichelten Linien Cm und Ce jeweils die Absorptionseigenschaften von transversal magnetisch polarisierten Wellen und die Absorptionseigenschaften von transversal elektrisch polarisierten ebenen Wellen. Aus dem Vergleich der Kurven Bm und Be mit den Kurven Cm und Ce geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung in seinen Winkelabsorptionseigenschaften vorteilhaft gegenüber dem herkömmlichen Absorber ist.
Die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung ist außerdem vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, da sie leichter als der herkömmliche Gummiabsorber ist. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 16 hat nämlich ein Gewicht von 470 g/m², wohingegen der herkömmliche Gummiabsorber ein Gewicht von 8 kg/m² hat.
Fig. 19 der Zeichnungen zeigt eine Modifikation der zweiten Ausführung, die wellenförmig ausgebildet ist. Die wellenförmige Schicht 57 ist aus dem nichtgewebten Geflecht von Fig. 15 hergestellt und hat einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 19 zielt auf die Absorption von elektromagnetischer Strahlung in dem Bereich von ungefähr 10 bis 15 GHz. Die Schicht 57 ist ungefähr 3 mm dick und ungefähr 35 mm hoch, und die Distanz von Spitze zu Spitze ist ungefähr 24 mm. Fig. 20 zeigt die Winkelabsorptionseigenschaften bei ungefähr 5º, 45º und 60º. Durch den wellenähnlichen Aufbau des Absorbers für elektromagnetische Strahlung von Fig. 19 hat er in zahlreichen Winkelabsorptionen verminderte Eigenschaften.

Dritte Ausführung

Fig. 21 der Zeichnungen zeigt eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 21 ist auf einer Metallplatte 91 hergestellt und besteht aus einer Vielzahl von Absorberschichten 92, die einander überlappen, und Hochdämpfungsstreifen 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100, 101 und 102 sind zwischen den Grenzen der Absorberschichten 92 zwischengeschichtet. Die Kombination der Absorberschichten 92 und der Hochdämpfungsstreifen bildet insgesamt eine Streuabsorbereinheit.
In diesem Fall ist die Absorberschicht 92 aus einem nicht-gewebten Geflecht mit leitenden Fasern 103 und verflechteten isolierenden Fasern ausgebildet, und die meisten der leitenden Fasern sind ungefähr 250 mm lang, und die leitenden Fasern haben ungefähr 1 % Gew.-Anteil bezüglich dem nicht-gewebten Geflecht. Das nicht-gewebte Geflecht ist ungefähr 20 mm dick, um die Absorberschichten 92 bereitzustellen. Jeder der Hochdämpfungsstreifen 93 bis 102 ist aus einem nichtgewebten Geflecht hergestellt, das aus einer Mischung aus leitenden Fasern mit ungefähr 40 mm Länge und isolierenden Fasern in einem Verhältnis von ungefähr 10 Gew.-% bezüglich dem nicht-gewebten Geflecht besteht. Alle Hochdämpfungsstreifen 93 bis 102 sind ungefähr 2 mm dick und variieren in ihrer Breite von ungefähr 100 mm bis ungefähr 10 mm. Jeder der Hochdämpfungsstreifen 93 ist ungefähr 100 mm breit, wohingegen jeder der Hochdämpfungsstreifen 102 ungefähr 10 mm breit ist.
Es ist möglich, ein uneinheitliches Streumedium aus dem nicht-gewebten Geflecht herzustellen, das aus dem Gemisch der leitenden Fasern mit einer Länge größer als ¼ der überwiegenden Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen und den isolierenden Fasern besteht. Das Mischungsverhältnis der leitenden Fasern wird geeignet ausgewählt. Die Reflexion der elektromagnetischen Wellen wird im Vergleich zu der Reflexion in einem gleichförmigen Medium durch das Streuphänomen reduziert. Mit dem Absorber, der nur aus dem nicht-gewebten Geflecht hergestellt ist, ist es trotzdem möglich, elektromagnetische Wellen im GHz-Bereich zu absorbieren. Die Wellenlänge wird in dem nicht-gewebten Geflecht im Vergleich zu dem freien Raum reduziert, und aus diesem Grund werden die Streueffekte in dem Medium erhöht, das aus dem nicht-gewebten Geflecht besteht, und das die streuartigen Absorberstreifen im Vergleich mit den Streifen im freien Raum enthält. Daraus resultiert, daß die Absorberstreifen in dem nicht-gewebten Geflecht in ihrer Größe reduziert werden können. Daher ist es möglich, einen dünnen Absorber für elektromagnetische Strahlung herzustellen, selbst wenn das nicht-gewebte Geflecht laminiert ist. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung ist tatsächlich in seinen Absorptionseigenschaften verbessert. Fig. 22 zeigt die Absorptionsrate gemessen für senkrecht einfallende elektromagnetische Wellen und für die in einem Winkel von ungefähr 60º bezüglich der senkrechten Ebene 104 von Fig. 23 einfallenden elektromagnetischen Wellen. Aus Fig. 22 geht hervor, daß die Absorptionsrate für senkrecht einfallende elektromagnetische Wellen in einem Frequenzbereich von mehr als 300 MHz mehr als 30 dB beträgt, wie von der durchgezogenen Linie gekennzeichnet ist. Eine Absorptionsrate von mehr als 20 dB wird für elektromagnetische Wellen erzielt, die in einem Winkel von ungefähr 60º einfallen.
In diesem Fall enthält das nicht-gewebte Geflecht einen großen Betrag von leitenden Fasern und wird für interne Absorberschichten verwendet, wobei jedoch anderes hochdämpfendes Material verwendet werden kann. Außerdem kann der Absorber mit Hochdämpfungsstreifen angereichert sein. Der Absorber für elektromagnetische Wellen ist in seiner Struktur und seinem Aufbau nicht begrenzt.

Vierte Ausführung

Fig. 24 zeigt eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Absorber für elektromagnetische Wellen von Fig. 24 ist auf einer Metallplatte 111 ausgebildet und besteht aus einer Ferrit-Absorberschicht 112, die auf der Metallplatte 111 vorgesehen ist, einer Niedrigdämpfungsschicht 113, die auf der Ferrit Absorberschicht 112 ausgebildet ist, und die mit einer leitenden Schicht 114 bedeckt ist. Die Ferrit-Absorberschicht 112 ist ungefähr 6 mm dick und an senkrecht einfallende elektromagnetischen Wellen (oder für einen Einfallswinkel Ai = 0) bei 100 MHz angepaßt. Die standardisierte Admittanz des Einfallswinkels von 450 errechnet sich aus 1.3 + j 0.3. Die Niedrigdämpfungsschicht 113 besteht aus Kunstharz von ungefähr 42 cm Dicke. Die leitende Schicht 114 besteht aus einem nicht-gewebten Geflecht von ungefähr 3 mm Dicke mit leitenden Fasern, die mit isolierenden Fasern vermischt sind. Die leitenden Fasern haben ungefähr 0.5 Gew.-% bezüglich dem nicht-gewebten Geflecht. In diesem Fall ist die Admittanz bezüglich der Oberfläche Yc = 0.65 + j 0.28 und Yim = 0.9 + 0.1, wodurch die Absorptionsrate auf ungefähr 22 dB konvertiert wird.
In Fig. 25 ist Yf als Admittanz bezüglich der Oberfläche der Ferrit- Absorptionsschicht 112 definiert. Fig. 25 zeigt die Abhängigkeit der Admittanz von der Frequenz von f1 bis f2 wie in Abhängigkeit des Einfallswinkels Ai. Aus Fig. 25 geht hervor, daß die Admittanz Yf abgeleitet wird aus dem Abgleichsstatus, da der einfallende Winkel Ai in seinem Wert erhöht wird. Der Punkt p bei einem Winkel Ai wird von dem Abgleichsstatus abgeleitet, und die Admittanz Yc wird bei einem bestimmten Drehwinkel X bezüglich dem Mittelpunkt des "Smith-Diagramms" von Fig. 25 gedreht, wodurch der Punkt p bewegt wird. Die Dielektrizitätskonstante der Niedrigdämpfungsschicht 113 sei ungefähr 1. Der spezifische Drehwinkel X hängt von der Dicke d der Niedrigdämpfungsschicht oder einer dielektrischen Schicht 113 ab und errechnet sich aus
X = (2 x π) 1(1 x d)
wobei 1 die Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle ist. In dem Fall, daß die leitende Schicht hinreichend dünn gewählt ist, wird eine Dämpfung Yi bezüglich der Oberfläche der leitenden Schicht 114 unter der Annahme, daß die Admittanz Y aus Y = G + jB errechnet wird, durch die folgende Gleichung gegeben:
Yi=Yc+G+jB.
Wenn dann die Admittanz G + jB der leitenden Schicht 114 und der bestimmte Drehwinkel geeignet eingestellt sind, indem die Dicke der Niedrigdämpfungsschicht 113 geeignet ausgebildet ist, ist es möglich, die Admittanz p der Ferrit- Absorberschicht 112 für die Winkelabsorption angepaßt einzustellen.
Für die Bildung der leitenden Schicht 114 ist ein ungewöhnlicher Niedrigdämpfungsfilm mit B nahezu = 0 verfügbar, und in diesem Beispiel muß der reelle Teil der Admittanz Yc weniger als 1 und auf der reellen Achse zu sein. Ein nicht-gewebtes Geflecht, das leitende Fasern enthält, hat B nicht gleich Null und eine Frequenzabhängigkeit, so daß die leitende Schicht eines nicht-gewebten Geflechts vorteilhaft für die Vergrößerung der ansprechbaren Bandbreite ist.
Für das Material zur Bildung der Niedrigdämpfungsschicht 113 gibt es keine Begrenzung, da es nicht nötig ist, für die Niedrigdämpfungsschicht 113 eine Dielektrizitätskonstante von 1 zu haben. In diesem Fall wird die Admittanz bezüglich der Oberfläche der Ferrit-Schicht p durch das Produkt p x Yd variiert, wobei Yd die charakteristische Admittanz der Niedrigdämpfungsschicht 113 ist, und der Drehwinkel X gemäß der Dicke d und der Ausbreitungskonstante der Niedrigdämpfungsschicht verändert wird. Die Niedrigdämpfungsschicht 113 wird aus einem nicht-gewebten Geflecht ähnlich wie die leitende Schicht 114 hergestellt werden.
Fig. 26 der Zeichnungen zeigt eine Modifikation der vierten Ausführung und ist gekennzeichnet durch leitende Streifen 115 und 116, die in zwei Schichten angeordnet sind, und durch die pyramidenförmige Absorbereinheit 117. Die anderen Komponenten sind ähnlich dem Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 24, und aus diesem Grund wird auf eine weitere Beschreibung verzichtet.
Die Konvertierung der Admittanz ist vom Prinzip her ähnlich der für den Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 24. In der Modifikation wird die Konvertierung der Admittance jedoch zweifach aufgrund der in zwei Ebenen angeordneten leitenden Streifen ausgeführt. Die Eigenschaften der leitenden Streifen 115 und 116 sind über die Veränderung der Lücke zwischen zwei benachbarten Streifen auf derselben Ebene und durch die Veränderung der Distanz zwischen den Streifen auf den verschiedenen Ebenen einstellbar. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 26 ist durch den pyramidenförmigen Absorber 117 größer in ansprechbarer Bandbreite.

Fünfte Ausführung

Fig. 27 der Zeichnungen zeigt eine fünfte Ausföhrung der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausführung wird auf der Basis der folgenden Gesichtspunkte hergestellt. Wenn Streuelemente wie leitende Streifen oder Ströme, die in jeweiligen Teilen fließen, in einem Raum regelmäßig angeordnet sind, und demzufolge Streuwellen von den Streuelementen mit bestimmten Winkeln mit einer Periode von 2π zusammenfallen, werden die Streuwellen mit einem Streuwinkel As reflektiert, der von dem Einfallswinkel Ai verschieden ist. Obwohl eine regelmäßige Anordnung leicht herzustellen ist, können derartige Effekte durch eine unregelmäßige Anordnung der Streifen unterdrückt werden.
Fig. 27 zeigt leitende Streifen 122 und 123, die in einer Halterung 124 auf zwei Ebenen einer Richtung Z angeordnet sind, und die leitenden Streifen 122 und 123 sind in jeweiligen Intervallen w1 und w2 periodisch angeordnet. Die leitenden Streifen 122 haben eine Breite d1 und sind von dem Boden des Absorbers für elektromagnetische Wellen in einer Distanz z1 angeordnet. Auf der anderen Seite haben die leitenden Streifen 123 eine Breite d2 und sind von dem Boden in einer Distanz 22 angeordnet. Die Streuwellen werden von Strömen produziert, die in Metallplatten fließen, und Experimente mit zahlreichen Intervallen w1 und w2 wurden wiederholt, jedoch ändern sich die Streuwellen von den leitenden Streifen nur geringfügig, falls die Regelmäßigkeit der Anordnung aufgehoben wird. Das kommt daher, daß die Ströme von den leitenden Streifen 122 und 123 beeinflußt werden. Falls die regelmäßige Anordnung der leitenden Streifen 122 und 123 auf den jeweiligen Ebenen aufgehoben wird, treten ebenso unregelmäßige Ströme auf, die in den Metallplatten fließen, so daß angenommen werden kann, daß die Ströme gleichförmig fließen. Nachfolgend wird ein Beispiel für elektromagnetische Wellen für einen Einfallswinkel von Null beschrieben. Für den Absorber für elektromagnetische Wellen von Fig. 27 kann das Intervall b1 in dem folgenden Bereich variiert werden:
l x m/sin As < w1 < l x (m + 1)/sin As.
Hierbei ist 1 die Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle und m ist ein Integer. Unter der Annahme, daß die Distanz zwischen den optischen Achsen von benachbarten leitenden Streifen einen Einheitswert von 1 ist, kennzeichnet der vorstehende Bereich eine Phasendifferenz von weniger als 2π. Wenn das Interval w1 verändert wird, ist es nötig, die Breiten d1 und d2 und die Abstände z1 und z2 zu verändern, um eine Verschlechterung der Absorptionsrate bei einem Einfallswinkel von Null zu verhindern. Wenn das Verhältnis d1/w1 konstant ist, ist es nötig, die Breite d2 und die Abstände zl und 22 in einem Bereich von +10% bis -10% einzustellen, damit die Absorptionsrate im wesentlichen beibehalten wird. Dies gilt für elektromagnetische Strahlung mit einem Einfallswinkel von Null, der Variationsbereich des Intervalls w1 wird jedoch ähnlich ausgewählt. Daraufhin wird um einen Zielfrequenzbereich, den Einfallswinkel Ai und den Streuwinkel As festzulegen, das Intervall w1 experimentell aus dem oben stehenden Variationsbereich ausgewählt.
In der Struktur von Fig. 27 sind die leitenden Streifen 122 und 123 aus einem nichtgewebten Geflecht mit leitenden Fasern hergestellt. Für Vergleichszwecke wurde ein Absorber für elektromagnetische Strahlung hergestellt, der in Fig. 28 dargestellt ist. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 28 besteht aus leitenden Streifen 125 und 126, die in regelmäßigen Abständen auf zwei Ebenen in einer Halterung 127 angeordnet sind. Für die jeweiligen Absorber für elektromagnetische Strahlung der Fig. 27 und 28 wurden die Absorptionsraten gemessen. Fig. 29 und 30 zeigen die jeweiligen Absorptionsraten in Abhängigkeit des Streuwinkels As, der in Fig. 31 definiert ist. Die Absorptionsrate von Fig. 29 wird von dem Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 27 erzielt, und die Absorptionsrate von Fig. 30 wird von dem Absorber für elektromagnetische Strahlung von Fig. 28 erzielt. Aus dem Vergleich der Absorptionsrate von Fig. 29 und Fig. 30 geht hervor, daß die Streuungen durch die Irregularität der leitenden Streifen 122 um die Streuwinkel von +45º und 45º eingeschränkt sind.
Für die Bildung der leitenden Streifen 122 und 123 wurde das nicht-gewebte Geflecht verwendet, es kann jedoch für die leitenden Streifen ein anderes Material wie z.B. ein Resistfilm verwendet werden. Außerdem ist es möglich, die leitenden Streifen in mehr als drei Ebenen anzuordnen.

6. Ausführung

Fig. 32 der Zeichnungen zeigt eine sechste Ausführung der vorliegenden Erfindung. Der Absorber für elektromagnetische Strahlung der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird unter folgendem Gesichtspunkt hergestellt. Wenn elektromagnetische Wellen auf eine Grenze zwischen zwei gleichförmigen Medien strahlen, die einen Teil eines Absorbers für elektromagnetische Wellen bilden, wird die ansprechbare Bandbreite leicht herabgesetzt und die Winkelabsorptionseigenschaften neigen dazu, vermindert zu werden. Um diese Nachteile auszuschalten, wird in der sechsten Ausführung vorgeschlagen, das Medium der schichtförmigen Absorbereinheit lokal uneinheitlich auszubilden. Zu diesem Zweck ist das Medium aus einem nichtgewebten Geflecht hergestellt, das leitende Fasern 130 enthält, die wie in Fig. 33 dargestellt mit Kunstharzfasern 131 vermischt sind. Die elektrischen Eigenschaften des nicht-gewebten Geflechts hängen von dem Material, der Konfiguration, der Dimension und der Verflechtung des nicht-gewebten Geflechts ab, und die Kunstharzfasern halten die leitenden Fasern in einer dreidimensionalen Struktur.
Das nicht-gewebte Geflecht ist außerdem näherungsweise würfelförmig, wobei die leitenden Fasern dreidimensional angeordnet sind und elektrische Gleichförmigkeit aufgehoben ist. Aus diesem Grunde kann das nicht-gewebte Geflecht näherungsweise mit elektrischen Komponenten wie Widerständen, Kondensatoren und Induktivitäten beschrieben werden, die in einem Raum verteilt sind, wie in Fig. 34 dargestellt. Demzufolge werden zahlreiche Frequenzeigenschaften durch die Kombination dererartiger elektrischer Komponenten lokal im Raum produziert. Falls elektromagnetische Wellen mit zahlreichen Einfallswinkeln auf das nicht-gewebte Geflecht gestrahlt werden, treten gemäß den lokalen elektrischen Eigenschaften, die von den zahlreichen Kombinationen von elektrischen Komponenten erzeugt werden, Reflexionen auf. Das heißt, daß das nicht-gewebte Geflecht spezielle elektromagnetische Eigenschaften aufweist, die von einem gleichförmigen Medium nicht erreicht werden können. Die Referenzzeichen 132, 133 und 134 in Fig. 32 kennzeichnen jeweils Schichten, die als ein vorstehend beschriebenes, nichtgewebtes Geflecht dienen.
Um die Nachteile aufzuheben, sind andere nicht-gewebte Geflechte 135 und 136 in dem Absorber für elektromagnetische Wellen der sechsten Ausführung vorgesehen. Die nicht-gewebten Geflechte 135 und 136 sind mit durchgehenden Löchern 137 und 138 versehen, und sie werden mit dem in Fig. 35 dargestellten Äquivalenzmodell beschrieben. Das nicht-gewebte Geflecht von Fig. 35, das aus leitenden Fasern vermischt mit isolierenden Fasern 138 besteht, hat jedoch eine größere Leitfähigkeit als die Schichten 132 bis 134. Das elektrische Modell ist ähnlich dem nicht-gewebten Geflecht und wird durch einen elektrischen Schaltkreis beschrieben, der in Fig. 36 dargestellt ist. Da der Betriebsbereich des nicht gewebten Geflechts von Fig. 35 größer als der des nicht-gewebten Geflechts von Fig. 33 ist, sind die elektrischen Komponenten bestehend aus den Widerständen R1 bis R4, den Kondensatoren C1 und C2 und den Induktivitäten L1 bis L4 größtenteils ungleichmäßig. In Fig. 32 haben die durchgehenden Löcher 137 und 138 jeweils rechtwinklige Querschnitte, die Löcher können jedoch einen beliebigen Querschnitt haben.
Fig. 32 der Zeichnungen zeigt die Schichten 132 bis 134, die aus einem nichtgewebten Geflecht mit rostfreien Stahlfasern oder Acrylkunstharzfasern bedeckt mit Nickel als leitende Fasern und Polyesterfasern als isolierende Fasern besteht, und die leitenden Fasern und die Polyesterfasern sind einem Verhältnis 1:99 vermischt. Das Gemisch der leitenden Fasern und isolierenden Fasern wird gepreßt, um das nicht-gewebte Geflecht mit einem spezifischen Gewicht von ungefähr 150 g/cm² und einer Dicke von ungefähr 11 cm herzustellen. Fig. 37 zeigt die Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Wellen, die mit dem vorstehend beschriebenen nicht-gewebten Geflecht erzielt werden. Der Vergleich von Fig. 37 mit den Fig. 38 und 39, die Absorptionseigenschaften eines gleichförmigen Mediums darstellen, zeigt, daß das nicht-gewebte Geflecht der sechsten Ausführung in seiner ansprechbaren Bandbreite verbessert ist.
In einer Modifikation sind die Schichten 132 bis 134 aus einem nicht-gewebten Geflecht hergestellt, wobei eine der Schichten Acrylkunstharzfasern enthält, die mit Nickel beschichtet sind und mit Acrylkunstharzfasern in einem Verhältnis von 10:90 vermischt sind, und die andere Schicht, die mit Nickel beschichteten Acrylkunstharzfasern mit den Acrylfasern in einem Verhältnis von 2:98 enthält. Beide nicht-gewebten Geflechte haben ein spezifisches Gewicht von 150 g/cm² und sind in Schichten mit einer Dicke von jeweils ungefähr 2 mm und ungefähr 2 cm gepreßt. Diese nicht-gewebten Geflechte haben jeweils einzigartige Dämpfungseigenschaften, die in den Fig. 40 und 41 dargestellt sind. Diese einzigartigen Dämpfungseigenschaften resultieren aus der Verteilung der Kondensatoren und der Induktivitäten, die für die lokalen Frequenzcharakteristika ursächlich sind.
In einer anderen Modifikation sind die mit Nickel beschichteten Acrylkunstharzfasern und die Polyesterfasern in einem Verhältnis von 3:97 vermischt, um ein erstes nicht-gewebtes Geflecht herzustellen, das für die Schichten 132 bis 134 verwendet wird, und in einem Verhältnis 5:95 vermischt, um ein zweites, nicht-gewebtes Geflecht zu produzieren, das für die Schichten 135 und 136 verwendet wird. Das erste nicht-gewebte Geflecht ist dreimal verflechtet, um ein spezifisches Gewicht von ungefähr 130 g/cm² zu haben, und das zweite nicht-gewebte Geflecht ist einmal verflechtet, um ein spezifisches Gewicht von ungefähr 100 g/cm² zu haben. Aus dem zweiten nicht-gewebten Geflecht ist eine Schicht 141 mit durchgehenden Löchern 142 und 143 hergestellt, wie in Fig. 42 dargestellt. Ein Teil der Schicht 141 mit den durchgehenden Löchern 142 wird für eine Schicht mit unterschiedlichem Niveau verwendet als der andere Teil der Schicht 141 mit den durchgehenden Löchern 143. Das erste nicht-gewebte Geflecht wird nämlich für die Schichten 144, 145 und 146 verwendet. Der Teil des zweiten nicht-gewebten Geflechts mit den durchgehenden Löchern 143 wird für die Schicht 147 verwendet, wobei der Teil des zweiten nicht-gewebten Geflechts mit den durchgehenden Löchern 142 für die Schicht 148 in Fig. 43 verwendet wird. Die Schichten 144 und 145 haben eine Dicke von ungefähr 7 mm. Die Schicht 146 hat jedoch eine Dicke von ungefähr 15 mm. Die Schichten 147 und 148 haben ungefähr eine Dicke von 2 mm. Die Dimensionen der jeweiligen rechtwinkligen durchgehenden Löcher 142 und 143 sind in Fig. 42 dargestellt. Fig. 44 zeigt die Absorptionseigenschaften des Absorbers für elektromagnetische Strahlung von Fig. 43. Aus Fig. 44 geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung in einer ultragroßen Bandbreite ansprechbar ist und ungefähr 20 dB in einem Bereich von ungefähr 2.5 bis 25 GHz erzielt.
In noch einer anderen Modifikation besteht das erste und zweite nicht-gewebte Geflecht aus einem Gemisch aus rostfreien Stahlfasern, die alle ungefähr 50 mm lang sind und einen Durchmesser von ungefähr 20 µm haben, und Polyesterfasern in einem Verhältnis von 2:98 (für das erste nicht-gewebte Geflecht) und in einem Verhältnis von 3:97 (für das zweite nicht-gewebte Geflecht). Das erste nichtgewebte Geflecht ist dreimal verflechtet und hat ein spezifisches Gewicht von ungefähr 130 g/cm², wohingegen das zweite nicht-gewebte Geflecht einmal verflechtet ist und ein spezifisches Gewicht von ungefähr 100 g/cm² hat Jedes der nicht-gewebten Geflechte ist schichtenförmig ausgebildet. Die Schicht, die aus dem ersten nicht-gewebten Geflecht hergestellt ist, wird für die Bildung von Schichten korrespondierend mit den Schichten 144 bis 146 verwendet. Die Schichten, die aus dem zweiten nicht-gewebten Geflecht hergestellt sind, werden jedoch für die Bildung der Schichten korrespondierend mit den Schichten 147 und 148 verwendet, und aus diesem Grund sind in den Schichten des zweiten nichtgewebten Geflechts rechtwinklige durchgehende Löcher 151 und 152 ausgebildet. Die Dimensionen der Löcher sind in Fig. 45 dargestellt. Ein Absorber für elektromagnetische Strahlung, der aus dem vorstehenden ersten und zweiten nicht-gewebten Geflecht hergestellt ist, hat eine große Bandbreite, wie in Fig. 46 dargestellt ist. Fig. 47 zeigt die Winkelabsorptionseigenschaften in Abhängigkeit der transversal elektrisch polarisierten ebenen Welle bei einer Frequenz von ungefähr 15 GHz. Die Kurven beziehen sich jeweils auf parallele und senkrechte Polarisation zu den rechtwinkligen Löchern. Aus Fig. 47 geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung in seinen Winkelabsorptionseigenschaften unabhängig ist von der Orientierung der rechtwinkligen durchgehenden Löcher verbessert ist.
Falls eine pyramidförmige Schicht auf der Oberfläche vorgesehen ist, ist die Absorptionsrate größer als 30 dB in einem Frequenzbereich größer 3 GHz.

7. Ausführung

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben, die ein nicht-gewebtes Geflecht verwendet, und auf dessen Herstellungsverfahren Augenmerk gelegt wird. Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung von leitenden Fasern einer hochmolekularen Verbindung, isolierenden Fasern aus beispielsweise schmelzbarem Polyester und nicht-brennbaren Fasern einer hochmolekularen Verbindung. Diese Fasern werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt und maschinell zu einem nicht-gewebten Geflecht verfiechtet. In diesem Fall haben die leitenden Fasern ungefähr einen Gewichtsanteil von 1 % bezüglich zu dem gesamten Gemisch. Das Gemisch wird maschinell gefranst und anschließend werden stufenweise maschinell Schichten aus dem Gemisch geformt. Wenn eine Vielzahl von nicht-gewebten Geflechtschichten 161 derart hergestellt sind, werden die nicht-gewebten Geflechtschichten 161 miteinander überlappt und durch Wärme wie in Fig. 48 dargestellt miteinander verschmolzen. In diesem Fall werden die übereinander angeordneten nicht-gewebten Geflechte ungefähr 30 min lang auf ungefähr 130ºC erwärmt. Die so hergestellte Vielschichtstruktur 162 wird derart geschnitten, daß sie eine quadratische Oberfläche von ungefähr 60 x 60 cm hat. Die Vielschichtstruktur 162 hat eine Dicke von ungefähr 10 cm und ein spezifisches Gewicht von ungefähr 2.000 g/m². Um die Vielschichtstruktur zu wickeln, werden zwei weitere nicht-gewebte Geflechtschichten 164 und 165 hergestellt, wobei die beiden nicht-gewebten Geflechtschichten 164 und 165 eine größere obere Oberfläche als die Vielschichtstruktur 162 haben. Die nicht-gewebten Geflechtschichten 164 und 165 haben eine Dicke von ungefähr 4 mm und ein spezifisches Gewicht von ungefähr 80 g/m². Die beiden nicht-gewebten Geflechte enthalten ebenso viel schmelzbare Polyesterfasern wie das nicht-gewebte Geflecht 161. Die Vielschichtstruktur wird nämlich auf einer der beiden nicht-gewebten Geflechtschichten angeordnet und mit der anderen der nicht-gewebten Geflechtschichten bedeckt. Die beiden nicht-gewebten Geflechtschichten 163 und 164 werden entlang ihrer Kanten gepreßt und erwärmt, um eine Schmelzverbindung zu erzeugen. Die resultierende Struktur ist in Fig. 49 dargestellt.
Für die Auswertung des wie vorstehend beschrieben hergestellten Absorbers für elektromagnetische Strahlung wurden die Proben A-1 bis A-5 und B-1 bis B-5 hergestellt, wobei das Mischungsverhältnis der schmelzbaren Polyesterfasern verändert wurde. Die Proben A-1 bis A-5 sind nicht in die beiden nicht-gewebten Geflechtschichten gewickelt, wohingegen die Proben B-1 bis B-5 in die beiden nicht-gewebten Geflechtschichten gewickelt sind. Für die Messung der Spannungstärke wurde eine Expoxyplatte mit der oberen Oberfläche jeder der Vielschichtstrukturen verbunden und an die Epoxyplatte eine Spannung angelegt. Die Epoxyscheibe hat eine Abmessung von ungefähr 1 cm². Die Messung der Dehnungsspannung wurde 5 mal wiederholt und daraus der Mittelwert errechnet. Jede der Spannungsstärken fällt in den Bereich der mit "Spannung A" gekennzeichnet ist. Senkrecht zu der Spannungsstärke A wurde eine Spannungsstärke gemessen, deren Bereich mit "Spannung B" gekennzeichnet ist. Die Spannungsstärke A und Spannungsstärke B wurden auch für einen herkömmlichen pyramidenförmigen Absorber aus Polyurethan bestimmt. TABELLE 1
Aus Tabelle 1 geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung der siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweist.
Die Absorptionseigenschaften wurden mit herkömmlichen Verfahren für senkrecht einfallende elektromagnetische Wellen im Bereich von ungefähr 3 bis 18 GHz gemessen. Die Mittelwerte der Reflexion für die Proben A-1 bis A-4 und B-1 bis B-4 liegen in einem Bereich von -24 bis -16 dB, die Mittelwerte der Proben A-5 und B-5 sind jedoch -14 dB.

Achte Ausführung

Nachfolgend wird eine achte Ausführung der vorliegenden Erfindung über ein Herstellungsverfahren beschrieben. Das Verfahren beginnt mit der Herstellung von leitenden Fasern aus einer hochmolekularen Verbindung, die mit Nickel beschichtet sind, und isolierenden Fasern aus der hochmolekularen Verbindung. Die leitenden Fasern und die isolierenden Fasern werden in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt, und das Gemisch wird auf herkömmliche Art und Weise maschinell verflechtet und zu Schichten verarbeitet. Die so hergestellten nichtgewebten Geflechtschichten haben eine Dicke von ungefähr 5 mm und ein spezifisches Gewicht von ungefähr 100 g/m².
Das Mischungsverhältnis der leitenden Fasern und die Anzahl der Fransvorgänge wird variiert, um zahlreiche nicht-gewebte Geflechtschichten herzustellen, die in Tabelle 2 dargestellt sind. Wenn das Mischungsverhältnis der leitenden Fasern über Fransvorgänge graduell variiert wird, kennzeichnen die Fransvorgänge die jeweiligen Mischungsverhältnisse. Jede der nicht-gewebten Geflechtschichten wird in Quadrate von ungefähr 30 cm² geschnitten. Diese quadratischen Schichten werden übereinander angeordnet, um eine Vielschichtstruktur zu bilden, und daraufhin werden die Absorptionseigenschaften für elektromagnetische Strahlung auf herkömmliche Weise für senkrecht einfallende Wellen in dem Bereich von ungefähr 9 bis 16 GHz gemessen. Jede Probengruppe besteht aus 10 Absorbern für elektromagnetische Strahlung und der mittlere Betrag der Reflexion im Bereich zwischen ungefähr 9 und 16 GHz wird für jeden Absorber für elektromagnetische Strahlung jeder Probengruppe gemessen. Die Mittelwerte der Reflexionen werden summiert und durch 10 geteilt, um einen Mittelwert zu errechnen, woraufhin das Abweichungsverhältnis dv des Mittelswerts errechnet wird. TABELLE 2 Fortsetzung Tabelle 2
Aus Tabelle 2 geht hervor, daß, wenn das Mischungsverhältnis 10 % oder weniger beträgt, ein stabiles nicht-gewebtes Geflecht hergestellt wird, indem die Anzahl der Fransvorgänge erhöht wird. Falls das Mischungsverhältnis über die Fransvorgänge variiert wird, ist es vorteilhaft, zur Erzielung von Stabilität, daß das Mischungsverhältnis graduell durch Zusatz von isolierenden Fasern erniedrigt wird.
Eine Epoxyscheibe wird mit der oberen Oberfläche jedes Absorbers für elektromagnetische Strahlung der 16. Probengruppe verbunden, und eine Spannung wird an die Epoxyplatte angelegt, um die Spannungsstärke zu messen. Die Epoxyplatte beträgt ungefähr 1 cm². Die Messung der Spannungsstärken wird 5 mal wiederholt, und die Meßergebnisse liegen in dem Bereich von ungefähr 5 kg bis 10 kg. Die Spannungsstärken wurden auch 5 mal für einen herkömmlichen pyramidenförmigen Absorber aus geschäumtem Polyurethan gemessen. Die Meßresultate liegen in einem Bereich von 500 g und 1 kg. Daraus geht hervor, daß der Absorber für elektromagnetische Strahlung der achten Ausführung der vorliegenden Erfindung in seiner mechanischen Festigkeit verbessert ist. Außerdem kann der Absorber für elektromagnetische Strahlung in seinen Eigenschaften variiert werden, indem das Mischungsverhältnis der leitenden
Fasern verändert wird, und die Anzahl der Fransvorgänge beeinflußt ebenso die Absorptionseigenschaften. Die leitenden Fasern können auch von einem anderen leitenden Metall beschichtet werden.

Claims

1. Absorber für elektromagnetische Strahlung bestehend aus einer Absorber-Einheit, die aus einem nicht gewebten Geflecht gebildet ist, das erste isolierende Fasern (52) enthält, die mit zweiten leitenden Fasern (51) verflechtet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Absorber-Einheit besteht aus:

-- einer Vielzahl von Absorber-Streifen (23; 33; 34; 43, 44, 45; 98 bis 102; 115, 116; 122, 123; 125, 126), wobei jeder der Streifen aus einer Mischung der ersten und zweiten Fasern (51, 52) besteht und die Streifen eine relativ hohe Dämpfung aufweisen, und

-- einer Absorber-Schicht ähnlich einem Geflecht (22; 32; 42; 92; 114; 124; 127) einer weiteren Mischung der ersten und zweiten Fasern (51, 52) und das schichtähnliche Geflecht eine relativ geringe Dämpfung aufweist, und

-- die Streifen in dem schicht-ähnlichen Geflecht auf wenigstens einer virtuellen Ebene (35, 36; 46, 47, 48) parallel zur Einfallsoberfläche (39) des Absorbers derart enthalten sind, daß sie räumlich voneinander getrennt sind.

2. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1, wobei die Streifen in Reihen und Spalten angeordnet sind (Fig. 4, 12).

3. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1, wobei die parallelen Streifen Bänder sind, die von einem Ende des Geflechts zum anderen Ende reichen und voneinander räumlich getrennt sind (Fig. 7).

4. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber- Schicht laminiert ist, um eine Vielschicht-Struktur zu bilden (Fig. 6, 13).

Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den hochdämpfenden Schicht-Teilen durchgehende Löcher (137, 138) ausgebildet sind (Fig. 32).

6. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 5, wobei die Vielschicht-Struktur in Zick-Zack- Konfiguration ausgebildet ist.

7. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1 bis 5, wobei die leitenden Fasern (51) mit den isolierenden Fasern (52) in einem Verhältnis zwischen 0,5 bis 10 Gew.-% gemischt sind.

8. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1 bis 5, wobei die leitenden Fasern (51) aus einer Polyacrylnitril-Faser gebildet sind, die mit Nickel beschichtet ist, und die isolierenden Fasern (52) aus Polyethylen-Kunstharz gebildet sind.

9. Absorber für elektromagnetische Strahlung nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Vielzahl der Absorber- Streifen aus einer Vielzahl erster hochdämpf ender Streifen (33) besteht, die voneinander räumlich getrennt sind, und aus einer Vielzahl zweiter hochdämpfender Streifen (34) besteht, die voneinander räumlich in wenigstens zwei verschiedenen virtuellen Ebenen (35, 36,) getrennt sind, deren jeweilige Zentralabschnitte überlappen (Fig. 8).