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Anordnung zur Verhinderung der Reflexion von Wellenstrahlung in ihre
Einfallsrichtung Bekanntlich haben Reflektoren in der Nähe von Kurzwellensendeantennen,
beispielsweise Fernsehsendern, einen störenden Einfluß auf das Richtdiagramm der
Antenne, weil zwischen der reflektierten Strahlung und der Hauptstrahlung Interferenzen
entstehen. Zur Ausschaltung dieses Einflusses wie auch zur Tarnung reflektierender
Flächen gegen Rückstrahlortung hat die sogenannte »abweisende Reflexion« eine besondere
Bedeutung. Unter abweisender Reflexion wird dabei verstanden, daß die reflektierten
Strahlen durch Verkleidung des Reflektors mit angestellten Reflektorplatten, z.
B. Metallplatten, in eine andere Richtung gelenkt werden als die Einfallsrichtunz.
Diese Maßnahme führt aber im allgemeinen zu ungewöhnlich großen Dimensionen der
angestellten Reflektorplatten.
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Die Erfindung hat das Ziel, die angestellte Reflektorplatte durch
eine Anordnung mit räumlich viel geringerer Ausdehnung zu ersetzen.
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Die Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß auf die Fläche,
die, abweisend, reflektierend ausgebildet werden soll - im folgenden kurz zu tarnende
Fläche genannt -, eine Schicht aus einem Material mit einem gegenüber dem Ausbreitungsmedium
höheren Brechungsindex aufgebracht ist, derart, daß durch Formgebung der Schicht
und/oder durch kontinuierliche oder stufenweise Variation des Brechnungsindexes
der in Flächenrichtung aufeinanderfolgenden
Teilelemente der Schicht
die Phasenbedingungen für eine abweisende Reflexion hergestellt werden. Eine derartige
Anordnung führt z. B. zu einem homogenen Keil oder zu einer planparallelen Schicht,
deren für die Laufzeit maßgebenden Materialkonstanten sich in einer oder mehreren
in der Fläche liegenden Richtungen konti:mierlich oder stufenweise verändern. Im
Falle elektromagnetischer Wellen sind die für die Laufzeit maßgeblichen Materialkonstanten
die Dielektrizitätskonstante a und die Permeabilität p, im Falle von akustischen
Wellen die Dichte O und der Elastizitätsmodul E. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
ergibt sich bei elektromagnetischen Wellen zu
wobei c die Geschwindigkeit im Vakuum ist und der Ausdruck
dem Brechungsindex n entspricht, und bei Schallwellen zu i
Im folgenden sollen an Hand der Zeichnung die Verhältnisse bei elektromagnetischen
Wellen betrachtet werden; die Überleitung auf die akustischen Verhältnisse ist dann
ohne weiteres gegeben.
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In Fig. r ist der homogene Keil als abweisendes Element dargestellt.
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In dieser Figur ist die reflektierende zu tarnende Fläche z mit dem
homogenen Keil 2 belegt. Die Richtung senkrecht zur Fläche z ist durch x, die Richtung
parallel zur Fläche z mit y bezeichnet. Die Normale n der einfallenden Welle bildet
den Einfallswinkel a, mit der x-Achse, während der Ausfallswinkel mit a3 bezeichnet
ist. Der Keilwinkel ist yp.
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Fig. 2 zeigt die geometrische Durchrechnung eines solchen Keils, bestehend
aus einem Material mit dem Brechungsindex n = ro für verschiedene Keilwinkel yp.
Als Abszisse ist der Einfallswinkel a1 aufgetragen, als Ordinate der Ausfallswinkel
a3; der Keilwinkel y ist als Parameter eingetragen, und außerdem sind noch die Linien
für verschiedene Abweisungen d a = a3 - a1 gezogen.
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Aus diesem Diagramm kann für die verschiedenen Keilwinkel jeweils
der zu jedem Einfallswinkel gehörende Ausfallswinkel abgelesen werden. Außerdem
kann durch die eingetragenen Linien für die angestellte Reflektorplatte (Anstellwinkel
9p = 25°, 35° und 45°) der Vergleich mit der normalen abweisenden Reflexion gezogen
werden.
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Aus dieser Darstellung sind die Verhältnisse völlig zu übersehen und
ist der große Vorteil des Keils zu erkennen. Zum Beispiel erreicht ein Keil aus
einem Material mit n = ro und einem Keilwinkel qp = 3°
bei einem Einfallswinkel
a1 = Z5° dieselbe Abweisung da = --f- 4o° wie eine Reflektorplatte mit einem Anstellwinkel
von 35° (Punkt P in der Fig. 2). Als wesentlich ist noch herauszustellen, daß gerade
im Bereich der wichtigen niedrigen Einfallswinkel der Keil wesentlich bessere abweisende
Winkel gibt als die Platte; z. B. liefert der vorgenannte Keil mit Y = 3° bei einem
Einfallswinkel von o° einen Ausfallswinkel a3 von 87°, der -35°-Reflektor nur einen
Ausfallswinkel von 70°.
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Voraussetzung für die Wirkungsweise des beschriebenen Keils ist natürlich,
daß die einfallende Welle reflexionsfrei in den Keil eindringen kann. Ist die Erfüllung
der hierfür geltenden bekannten Bedingungen durch das Material selbst nicht möglich,
so kann in üblicher Weise durch eine vorgesetzte Transformationsschicht die Anpassung
des Materials an das Ausbreitungsmedium vorgenommen werden.
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Eine derartige Transformationsschicht kann z. B. aus mehreren Einzelschichten
zweier in ihrer Aufeinanderfolge miteinander abwechselnder Stoffe su aufgebaut werden,
daß die elektrischen Daten jenen je eines der aneinander anzupassenden Medien entsprechen,
wobei die Breite der Schicht des einen Stoffes (elektrisch dem Ausbreitungsmedium
entsprechend) in der Welleneinfallsrichtung ab und die des anderen Stoffes (der
dem Material des Keils entspricht) in derselben Richtung zunimmt.
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Wenn das Keilmaterial außer den oben geforderten Eigenschaften auch
noch hinreichende Verluste hat, tritt durch Absorption noch eine weitere Steigerung
der Wirkung auf. Andererseits kann man aber auch die Absorption in eine vor oder
hinter den Keil gelegte gesonderte Absorptionsschicht, die zweckmäßigerweise angepaßt
ist, verlegen.
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Fig.3 zeigt einen Aufbau, der bei großer Ausdehnung der zu tarnenden
Fläche Material- und Gewichtsersparnis gewährleistet. Dort befinden sich vor der
zu tarnenden Fläche z die Einzelkeile 2, die so aneinandergesetzt sind, daß eine
gemeinsame Frontfläche entsteht. -Die Einzelkeile sind mit Reflektorplatten 3 abgeschlossen.
Allerdings muß bei diesem Aufbau darauf geachtet werden, daß die Einzelkeile stoßfrei
aneinandergesetzt werden, da sonst die Gesamtheit der Stoßstellen ein reflektierendes
Gitter darstellt, das unter Umständen zu Störungen Anlaß geben kann.
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Günstiger gestaltet sich. der Aufbau der Schicht, wenn die Herstellung
der notwendigen Laufzeiten nicht durch Formgebung - beispielsweise vermittels eines
Keils - erfolgt, sondern elektrisch innerhalb des Materials. Dies ermöglicht, zu
einer einheitlichen Schichtdecke zu kommen.
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Der Gedanke ist dabei, die Werte von n kontinuierlich in Richtung
der y-Achse so steigen zu lassen, daß die für die gewünschte Abweisung erforderlichen
Phasenbedingungen hergestellt werden. Da sich in der Praxis ein kontinuierlicher
Anstieg des Brechungsindexes nicht leicht wird erreichen lassen, kann gemäß einer
Ausführungsmöglichkeit der Erfindung der An- i stieg des Brechungsindexes stufenweise
vorgenommen werden, indem die Schicht aus Stücken oder Streifen zusammengesetzt
wird. Dabei hat jeder folgende Streifen einen gegenüber den vorhergehenden um einen
bestimmten Betrag gesteigerten Brechungs- i Index. Die Breite der Streifen bzw.
die Dimension
der Stücke muß dabei so klein gewählt werden, daß
die Gesamtschicht gegenüber den einfallenden Wellen als Kontinuum wirkt.
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Auch hier gilt selbstverständlich die Forderung der Anpassung, die
man entweder durch geeignete Wahl des Schichtenmaterials selbst oder durch Vorschaltung
geeigneter Transformationsschichten erzielen kann. Ebenfalls kann auch hier zusätzlich
eine Absorption, wie für den Keil geschildert, eingeführt werden.
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Die für elektromagnetische Wellen geschilderten Verhältnisse sind,
wie schon bemerkt, ohne weiteres auch auf akustische Wellen zu übertragen.