DE977523C

DE977523C - Interferenzabsorber fuer Funkwellen

Info

Publication number: DE977523C
Application number: DE1954W0013928
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Wesch
Original assignee: Eltro GmbH and Co
Current assignee: Eltro GmbH and Co
Priority date: 1954-05-10
Filing date: 1954-05-10
Publication date: 1966-11-24
Also published as: FR1481901A; GB1060830A

Description

In der Praxis werden für verschiedene Zwecke Methoden, Verfahren und Werkstoffe zur Verminderung bzw. Auslöschung eingestrahlter Funkwellen gefordert. Es ist seit langem bekannt, die Reflexion von Funkwellen durch Interferenz zu verändern. Als grundlegende Bedingungen für Schichten, welche diesen Anforderungen genügen sollen und auf stark reflektierenden Unterlagen aufgebracht sind, gelten:

i. A =

λ'

}εμ

worm

h = Schichtdicke,

X₀ = ursprüngliche Wellenlänge,
μ = Permeabilität,

λ' — Wellenlänge im Hochfrequenzwerkstoff,
ε = Dielektrizitätskonstante.

ε und μ sind auf die Werte ι in Luft bezogen. Die Interferenz beruht auf einer Auslöschung durch Überlagerung der an der Vorderschicht reflektierten Wellen und der aus der Schicht selbst kommenden Wellen, welche zueinander gegenphasig und in ihrer Amplitude gleich groß sind. Es ist des weiteren bekannt, Interferenzabsorber für Funkwellen, welche den Gleichungen 1 und 2 gehorchen, herzustellen, indem auf stark reflektierende Oberflächen verschiedene Schichten aufgebracht werden, deren optische Eigenschaften eine stufenweise Vernichtung der Restreflexion der einzelnen Schichten auf Grund der Interferenz gestatten. Es ergaben sich jedoch bei solchen Schichten derart große Verluste, daß der von der Vorderfläche reflektierte Betrag wesentlich größer ist, als der aus der Schicht kommende und die Restreflexion untragbar hohe Werte erreichte. Bisher übliche Hochfrequenzwerkstoffe erreichten zumindest eine Reflexionsverminderung auf 30 bis 40 Amplitudenprozent, haben je-

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doch nur auf einer sehr geringen Bandbreite die geforderte hohe Anpassung. Es ist jedoch gerade auf den verschiedensten Anwendungsgebieten von größter Wichtigkeit, daß die Reflexionsverminderung (Anpassung) über ein möglichst weites Wellenlängengebiet vorhanden ist.

Es wurde schon wiederholt versucht, den von der Vorderschicht reflektierten Energiebetrag durch besondere Ausbildung der Oberfläche selbst mögliehst weitgehend herabzusetzen. Ein dahingehender bekannter Vorschlag beschreibt die Verwendung von Schichten schwacher Absorption, deren Oberfläche rippen- oder zapfenartig ausgebildet ist und deren Dicke so gewählt wird, daß sie keinen nennenswerten Betrag der auffallenden Wellen bis zum Unterlagsmetall durchdringen läßt. In diesem Fall tritt Auslöschung nur durch Interferenz der eingestrahlten und an dieser Oberflächenschicht reflektierten Wellen ein.

Im Gegensatz hierzu ist bei der Erfindung das Eindringen der Funkwelle in das Material bis zur reflektierenden Unterschicht (Metallschicht) notwendig.

Es hat sich dabei gezeigt, daß zur vollständigen Unterdrückung der Reflexion auf einem möglichst breiten Frequenzband von den Werkstoffschichten noch die weitere Bedingung' erfüllt sein muß:

3. δ, + δ_μ = ±WxZq]Pl , π |/ ε

worin

δ_ε = dielektrische Verluste,
δ_μ = magnetische Verluste,

μ und ε wieder auf die Werte 1 in Luft bezogen sind.

Diese Bedingung fordert die Wahl eines besonderen Werkstoffes und eine besondere Oberflächengestaltung. Der Werkstoff kann nämlich im allgemeinen nicht so gewählt werden, daß damit schon jene Bedingung erfüllt würde. Es müssen daher durch zusätzliche Oberflächengestaltung gewissermaßen Hohlräume in der Schicht geschaffen werden, die die elektrischen und magnetischen Werkstoffkonstanten zusätzlich beeinflussen. In der angegebenen Gleichung sind die jeweiligen Verluste wegen ihrer bedeutenden Größe gleich den betreffenden Konstanten gesetzt.

Die Erfindung besteht in der Verwirklichung der solchermaßen definierten Bedingung 3 bei Interferenzabsorbern für Funkwellen.

Für den praktischen Gebrauch, insbesondere bei Dezimeter- und Zentimeterwellen, ist es erstrebenswert, eine solche reflexionsvermindernde Schicht möglichst dünn herzustellen und ihr solche Eigenschaften zu geben, daß sie allen Anforderungen auf Biegefestigkeit, Wetterfestigkeit, Wasserfestigkeit, Säurefestigkeit, Feuerfestigkeit usw. genügt.

Geringe Schichtdicke erfordert hohe Dielektrizitätskonstante und hohe Permeabilität. Diese läßt sich jedoch nur durch einen hohen Gehalt an Ruß, Eisen, Graphit und Metallpulvern erreichen.

Die übrigen Eigenschaften erfordern je nach den sonstigen Bedingungen — ob Festmaterial oder plastisches und streichfähiges Material — Stoffe wie Gummi, künstliche Kautschuke jeglicher Art und/oder Stoffe auf der Basis der Silikone oder aber Kunstharze jeglicher Art in flüssiger und nachträglich härtender Form oder Silikate, Zemente, Magnesite, Titanate in ursprünglich flüssiger oder lockerer und später verfestigter Form. Mit hohen Eisen- und Rußgehalten kann jedoch nicht die dritte Bedingung eingehalten werden, die Verluste steigen derart, daß die zulässige Restreflexion bei weitem überschritten wird.

Als unbrauchbar sind hierbei solche Schichten zu bezeichnen, deren Restreflexion über 30 Amplitudenprozent liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Absorber wird — als weitere Teilmaßnahme — an der Vorderseite der Schicht der reflektierte Betrag wesentlich herabgesetzt, indem der Oberfläche des Hochfrequenzwerkstoffes eine bestimmte Form gegeben wird, welche die Streuung und/oder Beugung und/ oder Mehrfachreflexion wesentlich fördert. Es wird deshalb die Oberfläche in ein räumliches, vorteilhaft regelmäßiges Netzwerk — vorzüglich von rechteckigem oder quadratischem Querschnitt — mit Wänden vorbestimmten Steigungswinkels und vorbestimmter Tiefe aufgelöst. Dies kann geschehen durch Ausbildung der Oberfläche in Form von kleinen Pyramidenstümpfen nach Art eines Waffelmusters oder in Form einer Anzahl kleiner Kegelstümpfe, deren Basen sich berühren. Halb oder ganz durchbrochene Netzwerke sind jedoch gleichfalls anwendbar, wobei je nach Wellenlänge die Breite des Netzwerkes, seine Höhe und/oder Form variieren können.

Die Bedingung 1 ist für ein räumliches Netzwerk oder eine sonstige aufgelockerte Oberfläche nicht mehr erfüllt, da die Dicke für optimale Anpassung größer wird. Die angegebene Bedingung kann aber in großer Annäherung durch eine neue ersetzt werden, nämlich daß die Masse der neuen Schicht ungefahr gleich der Masse der Planschicht nach Bedingung ι sein soll.

Betrachtet man die Abhängigkeit der Restreflexion einer solchen Schicht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, so findet man — von langen Wellen kommend — ein Abfallen der Reflexion bis zu derjenigen Wellenlänge, bei der die Bedingungen ι bis 3 genau erfüllt sind. Werden nun die Wellenlängen weiter vermindert, so ergibt sich ein leichtes Ansteigen der Restreflexion bis zu einem niedrigen Maximum und anschließend wieder ein Abfallen, bis die Dicke der Schicht einem ungerad-

ahligen Vielfachen von — der eingestrahlten

Wellenlänge entspricht. Dies kann sich mehrmals wiederholen, so daß in einem größeren Wellenlängenbereich mehrere Maxima und Minima auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Absorber liegen die Maxima und Minima um eine Mittellinie, welche um so niedriger liegt, je besser die Anpassungsbedingungen erfüllt sind. Auf jeden Fall über-

schreiten die Maxima nicht die Grenze von 30% und zeigen keine scharf ausgeprägten Spitzen. Die Maxima sind von der Form des Netzwerkes bzw. der aufgelockerten Oberfläche abhängig. Bei einem Netzwerk, dessen Kanten klein im Verhältnis zur Wellenlänge sind, ist das Maximum um so kleiner, je tiefer das Netzwerk ist.

Will man eine Anpassung über einen sehr großen

Wellenlängenbereich, dann darf die Schicht nicht

ίο für eine vorgegebene Wellenlänge, beispielsweise io cm, angepaßt sein, sondern sie muß ihr erstes Maximum mindestens bei einer Schichtdicke von

— besitzen, d. h., die Anpassungswellenlänge liegt A

bei 30 cm. Das erste Maximum kann dann in einen nicht interessierenden Wellenlängenbereich fallen oder die Grenze eines zu sperrenden Bereiches darstellen.

Will man eine

^--Schicht

möglichst dünn

herstellen, dann muß zu Materialien höchster Dielektrizitätskonstante und Permeabilität übergegangen werden. Dies ergibt aber unerträglich hohe Verluste und damit eine erneute Fehlanpassung, die nicht mehr durch die Oberflächengestaltung ausgeglichen werden können. Es läßt sich nun gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine zusätzliche Verringerung der Fehlanpassung erreichen, wenn die Schicht aus zwei oder mehreren Einzelschichten besteht, derart, daß eine starke Erhöhung der Verluste und der Konstanten ε, μ bis zur reflektierenden Wand eintritt und somit durch den Sprung der Hochfrequenzeigenschaften von Schicht zu Schicht eine starke innere Mehrfachreflexion eintritt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der praktischen Anwendung einer solchen Schicht die Vertiefungen der aufgelockerten Oberfläche stören. Deshalb ist es empfehlenswert, sämtliche Netzwerke mit einem besonderen Hochfrequenzwerkstoff auszufüllen, eventuell zusammen mit dem ursprünglichen Material zu vulkanisieren. Dieser Hochfrequenzwerkstoff soll möglichst niedrige Dielektrizitätskonstante und Permeabilität haben und den Eigenschaften des umgehenden Raumes nahekommen. Vorzugsweise werden hierfür Polystyrole oder geschäumte Kunststoffe, wie Moltoprenschaum, verwendet.

Das Material des Absorbers kann entweder aufgeklebt oder aufgespritzt werden, wobei die Oberflächengestaltung vorher maschinell oder später nach dem Spritzen erfolgen kann. Selbstverständlich läßt sich der Absorber auch derart herstellen, daß die Werkstoffe nachträglich mit Metallisierungen versehen werden —· Drahtnetze oder aufgespritzte oder gewalzte Metallschichten oder B"olien —, so daß bewegliche Hochfrequenzabsorber in Form von Matten oder Netzen entstehen.

Der erfindungsgemäße Absorber läßt sich überall dort anwenden, wo es notwendig ist, die Reflexion von Funkwellen zu unterdrücken, insbesondere im Dezimeter- und Zentimeterwellenbereich. Dies gilt sowohl im freien Raum als auch im geschlossenen Raum, beispielsweise in Meßräumen oder in Sende- und Empfangsanlagen. Aber auch in Meßapparatüren selbst, wie in konzentrischen und in Hohlleitern ergeben sich wesentliche Vorteile, da sich reflexionsfreie Abschlüsse oder auch Abschlüsse oder sonstige Hochfrequenzsperren mit vorgegebenen Koeffizienten herstellen lassen.

Darüber hinaus lassen sich die beweglichen Materialien mit einem beweglichen metallischen Untergrund für alle Schutz- und Tarnzwecke versehen, wobei es sogar möglich ist, temperaturfeste Materialien zu schaffen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Interferenzabsorber für Funkwellen, da- durch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung der gleichen Amplituden der interferierenden gegenphasigen Teilwellen der Werkstoff und die Oberfläche des Absorbers so gewählt sind, daß er die Gleichung

erfüllt, wobei

d_e = dielektrische Verluste, δ_μ = magnetische Verluste, μ = Permeabilität,
ε = Dielektrizitätskonstante

bedeutet.
2. Absorber nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächengestaltung in Form räumlicher, vorzugsweise gleichförmiger, Netzwerke, deren Einzelelemente, insbesondere quadratischen oder runden Querschnitts, mit nach einem vorbestimmten Winkel abfallenden Wänden und vorbestimmter Tiefe ausgebildet sind.
3. Absorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalten oder Fugen der räumlichen Netzwerke zur Bildung einer glatten Oberfläche mit einer die Funkwellen besonders schwach reflektierenden Masse ausgefüllt sind.
4. Absorber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelelemente der Netzwerke nur in sehr geringem oder gar keinem Zusammenhang miteinander stehen.
5. Absorber nach einem der Ansprüche ι χ bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er als Ganzes auf einem biegsamen Untergrund aufgebracht und beweglich gestaltet ist.
6. Absorber nach einem der Ansprüche 1

bis S, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Teilschichten mit Oberflächenbearbeitung übereinandergeschichtet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Absorbers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in flüssigem oder plastischem Zustand auf einen Untergrund

aufgebracht wird und selbst härtet oder gehärtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Patentschrift Nr. 4536 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

Ridenour, Louis N., Radar System Engineering, i. Auflage, 3. Druck, New York und London, 1947, S. 69 bis 72.

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