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Absorberschicht, insbesondere für die Verkleidung von Rückstrahlern
Die Erfindung bezieht sich auf einen Absorber zur Verkleidung von Rückstrahlern
unter Verwendung halbleitender Stoffe, für deren Dielektrizitätskonstante, Permeabilität
und Leitfähigkeit bestimmte Gesetzmäßigkeiten vorgeschrieben werden.
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Es sind Anordnungen bekannt, die Absorption innerhalb eines oder mehrerer
schmaler Frequenzbänder aufweisen. Vorgeschlagen wurde zu diesem Zweck ein Stoff,
gekennzeichnet durch besondere Zahlenverhältnisse der Dielektrizitätskonstante s
und der Volumenleitfähigkeit v. Soll die anlaufende Energie ganz in ihm verbraucht
werden; so muß sein
wobei A die Luftwellenlänge der einfallenden Strahlung ist und P = r, 2, 3. . .
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Die reflexionsmindernde Wirkung beruht auf dem Zusammenspiel von Absorption
und Interferenz. Anordnungen dieser Art sind also, wie auch ans Formel (r) hervorgeht,
selektiv.
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Der Absorber nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung
von halbleitenden Stoffen, deren Volumenleitfähigkeit in Richtung der eindringenden
Welle nach der Tiefe der Schicht zu etwa exponentiell anwächst und deren Dielektrizitätskonstante
und Permeabilität an der der eindringenden Welle zugewandten Seite der Schicht unter
sich gleich groß und über die Schichtdicke gleichbleibend oder ebenfalls exponentiell
zunehmend sind.
Zur Erläuterung des Vorschlags werden nachstehend
die Bedingungen für den Grenzübergang einer auf den Absorber einfallenden ebenen
Welle mit den Formeln der Leitungstheorie untersucht, die sich anwenden lassen,
wenn als Feldwellenwiderstand die Größe
(d. i. das Verhältnis
der fortschreitenden Welle; ,crr und FT sind die auf das Vakuum bezogene relative
Permeabilität und Dielektrizitätskonstante) und als Widerstand allgemein dasVerhältnis
eingeführtwird.
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Volle Absorption liefert eine Schicht, deren Eingangswiderstand gleich
dem Wellenwiderstand des Raumes Z, ist.
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Abb. i zeigt eine solche Schicht im Schnitt, links der anlaufenden
Welle zugewandt, rechts metallisch kurzgeschlossen.
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Bei Verwendung eines homogenen Stoffes ergeben die Leitungsgleichungen
als Eingangswiderstand J21 einer metallisch abgeschlossenen Schicht 1 =i`=.@ylh
= @1@ et@_. t . e@= (3)
wo y1 = ja, 4- ,B1 die Phasen- und Dämpfungskonstante
des Mediums sind.
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Eine Schicht, deren '1 -]-- Z, ist, wird stets nur in schmalen
Frequenzbändern Absorption aufweisen, nämlich da, wo J q1 i ' t _-_ Z, und e -_
i, (4) Es sind dies die Betrags- und Phasenbedingungen für einen Interferenzabsorber.
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flacht man #;1 - Zo, so ist bei günstiger Dosierung der Verluste in
der Schicht eine frequenzbreite Absorption zu erzielen.
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Solche Absorber werden als elektromagnetische Sümpfe bezeichnet.
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Die Reflexion an einer Schicht mit1 Z, ist in Abb. a für einige Fälle
gezeichnet. Zur Berechnung dienten die Formeln (z) und (3) sowie die nachfolgenden
Formeln (5) mit (ß)
| 77 |
| al = 2 y - r@@r |
| 2 iyi + tg@ sE + i |
| Phasenmaß (:t/cm) (5) |
| l@1 = 2 . - v |
| ETlT . Z iwi + tga öF |
| Dämpfungsmaß (N/cm) (6) |
| tg ö, = 6o a @` Verlustwinkeltangens (7) |
| E |
| _'SJtl - i |
| p = Z° Amplitudenreflexionsfaktor (ß) |
| N1 @_ I |
| ZO |
Aus diesen Formeln läßt sich entnehmen: i. Kurve a. Der Verlustwinkel ist relativ
groß. Es ist eine ausgeprägte langwellige Grenze vorhanden, besonders hervorgehoben
durch eine vorausgehende selektive Nullstelle der Reflexion. Die Reflexion aus der
Schicht heraus klingt sehr rasch ab. Nach kurzen Wellen hin wird die Reflexion bald
konstant, bleibt aber groß. Schichtdicken größer als
sind wertlos.
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2. Kurve b. Die Reflexion wird beliebig klein, wenn der Wellenwiderstand
des Stoffes nach Betrag und Phase möglichst wenig vom Vakuumwert abweicht, d. h.
hier, wenn tg ö, klein gehalten wird. Der Absorber wird dann zwar sehr dick, absorbiert
aber alle Wellen, die kleiner sind als eine gewünschte Grenzwelle.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei vorgeschriebener Frequenzcharakteristik,
die wesentlich von 21 abhängt, eine permeable Schicht y-fach dünner ist als die
rein dielektrische Schicht. Die beste Frequenzcharakteristik ohne Eisen ist nur
zu verwirklichen, wenn e an der Schichtvorderfläche nahezu i ist.
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Der stetige Übergang von kleiner Leitfähigkeit an der Schichtvorderfiäche
zu großer Leitfähigkeit in Nähe der Metallwand erscheint daher besonders geeignet,
um geringe Vorderflächenreflexion und genügende Dämpfung bei geringer Schichtdicke
zu erzielen. Entsprechend dem Verhalten elektrischer Wellen auf Leitungen ergeben
sich auch hier besonders günstige Verhältnisse für exponentielle Änderung des Wellenwiderstandes:
e, und p, können hierbei über die ganze Schichtdicke konstant bleiben oder auch
mit der Volumenleitfähigkeit exponentiell nach der Tiefe der Schicht zu anwachsen,
sollen jedoch an der Vorderfläche der Schicht etwa gleich groß sein, um der Welle
möglichst ungehindert Eintritt in den Absorber zu gewähren (Exponentialsumpf).
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Die Herstellung der Schicht mit vorgeschriebenen Werten von e", p,
und a ist schwierig. Die Wirkung des Absorbers mit Volumenleitfähigkeit ist auch
zu erreichen durch Aufeinanderlegen von Schichten, die schlechter leiten als günstig
wäre und zwischen die Widerstandsfolien passender Leitfähigkeit eingebracht werden.
Die Zwischenschichten können dabei ganz nichtleitend oder nur schlecht leitend sein.
Je grober die Unterteilung, desto kleiner werden die Flächenwiderstände der einzelnen
Widerstandsfolien, desto größer die Abweichungen von dem Verhalten eines Absorbers
mit Volumenleitfähigkeit.
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Für den Flächenwiderstand der Folie, die einzulegen ist, gilt die
Näherung
wenn a' die zusätzlich nötige mittlere Volumenleitfähigkeit und ö die Dicke einer
Teilschicht ist.