EP0432426A2 - Dünnschicht-Absorber - Google Patents

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EP0432426A2
EP0432426A2 EP90120644A EP90120644A EP0432426A2 EP 0432426 A2 EP0432426 A2 EP 0432426A2 EP 90120644 A EP90120644 A EP 90120644A EP 90120644 A EP90120644 A EP 90120644A EP 0432426 A2 EP0432426 A2 EP 0432426A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thin
layer
film absorber
absorber according
plastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90120644A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0432426A3 (en
Inventor
Werner Zimmermann
Hans-Friedrich Siegling
Claus Hamm
Willi Dr. Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Deutsche Aerospace AG
Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Aerospace AG, Messerschmitt Bolkow Blohm AG filed Critical Deutsche Aerospace AG
Publication of EP0432426A2 publication Critical patent/EP0432426A2/de
Publication of EP0432426A3 publication Critical patent/EP0432426A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/002—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems using short elongated elements as dissipative material, e.g. metallic threads or flake-like particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H3/00—Camouflage, i.e. means or methods for concealment or disguise
    • F41H3/02—Flexible, e.g. fabric covers, e.g. screens, nets characterised by their material or structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape

Definitions

  • the invention relates to a thin-film absorber for camouflaging metallic objects against high-frequency electromagnetic radiation, consisting of at least one layer made of a plastic with a dielectric constant e with embedded carbon powder.
  • Absorbers come in many different designs, e.g. known as a space absorber. These are made of plastics, in particular foams, and have pyramid-shaped absorber elements protruding into the free space. Such space absorbers are unsuitable for cladding metallic objects which are to be camouflaged against incident radar beams due to their spatial extent and also because of their low mechanical strength.
  • a radar absorber which is made up of different layers of plastic.
  • the plastic material of the layers be provided with different amounts of carbon powder in order to achieve a gradually increasing or decreasing effect with regard to the attenuation or absorption of radar radiation.
  • the object is achieved in that the side of the layer facing the object has a plurality of pyramid-shaped elevations and that the space between the object and the layer is filled with a plastic with a dielectric constant e z , where monyi z ⁇ .
  • the single figure shows a schematically simplified section through a thin-film absorber according to the invention.
  • the absorber is connected to a metallic object via a separating layer 5.
  • the total thickness D is approximately 2-3 mm in total. About 90% of this is due to the height H of the pyramid-shaped elevations 3.
  • the height H corresponds to about a quarter of the mean operating wavelength.
  • the base width L of the pyramid-shaped elevations measures approximately half of the mean operating wavelength.
  • the height H and the base width L can also be varied according to a distribution function over the entire area of the thin-film absorber according to a particular embodiment.
  • the side of the absorber facing away from object 1 is designed to be flat in the exemplary embodiment. If necessary, a surface structure is also conceivable.
  • Layer 2 and the pyramid-shaped elevations are produced in one operation. They consist of an electrically conductive polymer, such as thermoplastic polyurethane or polyamide.
  • the electrical conductivity of the layer results from the mixture of a proportion of non-conductive polymer with a proportion of conductive polymer, the proportion of the conductive polymer becoming smaller and smaller.
  • the conductivity itself is achieved by a proportion of about 3 to 6% pure carbon. This proportion is very low compared to conventional space absorbers, which have a carbon content of around 30%. This is achieved by the special type of carbon distribution in the polymer matrix, which is set by the extrusion parameters.
  • the setting of the desired value of the complex dielectric constant can be carried out relatively easily by checking the direct current resistance of the raw material present as granules during the manufacturing process (extrusion).
  • the space 4 between the layer 2 and the metallic object 1 is filled with a plastic similar to the material of the layer 2.
  • the dielectric constant is set to be less than or equal to that of layer 2.
  • ferromagnetic or dielectric fillers can be introduced.
  • the value of the dielectric constant e thus falls within the distance D when the metallic object 1 is approached, while the permeability increases to the same extent. It follows from this that the effect of the thin-film absorber is based on the superimposition of several physical effects (interference, ohmic losses and magnetic relaxation).
  • the gap 4 can be cast in various ways. On the one hand, there is the possibility of filling the spaces between the pyramid-shaped elevations 3 with a plastic described above and then applying the finished plate-like product to the separating layer 5 by means of an adhesive on the object 1. On the other hand, an adhesive with the aforementioned properties can be used to encapsulate the intermediate space 4. This results in the manufacturing advantage that the thin-film absorber 2, 3 can be cast in one operation and glued to the metallic object. This also reduces the total cost of the absorber coating.

Abstract

Es wird ein leicht herstellbarer Dünnschicht-Absorber mit guten elektrischen Eigenschaften vorgestellt, der sich aufgrund seiner geringen Schichtdicke und seiner ebenen Außenfläche hervorragend für die Beschichtung von stationären oder mobilen metallischen Objekten eignet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Absorber zur Tarnung metallischer Objekte gegen hochfrequente elektromagnetische Strahlung, bestehend aus wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit einer Dielektrizitätskonstanten e mit eingelagertem Kohlenstoffpulver.
  • Absorber sind in vielen verschiedenen Bauformen, wie z.B. als Raumabsorber, bekannt. Diese sind aus Kunststoffen, insbesondere Schaumstoffen gefertigt und weisen in den freien Raum ragende pyramidenförmige Absorberelemente auf. Zur Verkleidung von metallischen Objekten, die gegen einfallende Radarstrahlen getarnt werden sollen, sind solche Raumabsorber schon aufgrund ihrer räumlichen Ausdehnung als auch aufgrund ihrer geringen mechanischen Belastbarkeit ungeeignet.
  • Aus der DE-OS 19 16 326 ist ein Radar-Absorber bekannt geworden, der aus verschiedenen Schichten aus Kunststoff aufgebaut ist. Insbesondere ist vorgesehen, das Kunststoffmaterial der Schichten mit unterschiedlichen Mengen von Kohlenstoffpulver zu versehen, um eine stufenweise zunehmende oder abnehmende Wirkung in Bezug auf die Dämpfung oder Absorption von Radarstrahlung zu erzielen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen schichtförmigen Absorber derart weiter zu entwickeln, daß eine gute Absorption bei hoher Bandbreite und auch bei flachem Einfallswinkel erzielt wird und gleichzeitig die Herstellbarkeit und die Anbringbarkeit auf dem zu tarnenden Objekt erheblich erleichtert wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zum Objekt gewandte Seite der Schicht eine Vielzahl von pyramidenförmigen Erhebungen aufweist und daß der Zwischenraum zwischen dem Objekt und der Schicht mit einem Kunststoff mit einer Dielektrizitätskonstanten ez gefüllt ist, wobei ∈z < ∈ gilt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den kennzeichnenden Teilen der Unter ansprüche zu entnehmen.
  • Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß ein leichter, breitbandiger Absorber für mobile und stationäre Objekte geschaffen wurde, der gute Absorptionswerte bei hoher Bandbreite und auch einen großen Einfallswinkelbereich aufweist, der oxidationsbeständig , erosionsfest, antistatisch und aufgrund seiner Elastizität anpaßbar ist, und der schließlich mit wenigen Herstellungsschritten herstellbar und sehr einfach auf das zu tarnende Objekt aufbringbar ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt einen schematisch vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Dünnschicht-Absorber. Der Absorber ist über eine Trennschicht 5 mit einem metallischen Objekt verbunden. Die Gesamtdicke D beträgt insgesamt etwa 2-3 mm. Davon entfallen etwa 90 % auf die Höhe H der pyramidenförmigen Erhebungen 3. Die Höhe H entspricht dabei etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge. Die Basisbreite L der pyramidenförmigen Erhebungen bemißt sich etwa zur Hälfte der mittleren Betriebswellenlänge. Um die Breitbandigkeit zu erhöhen, kann gemäß einer besonderen Ausführungsform die Höhe H und die Basisbreite L auch nach Maßgabe einer Verteilungsfunktion über die Gesamtfläche des Dünnschicht-Absorbers variiert werden. Die vom Objekt 1 abgewandte Seite des Absorbers ist im Ausführungsbeispiel ebenflächig gestaltet. Bei Bedarf ist auch eine Oberflächenstruktur denkbar.
  • Die Schicht 2 und die pyramidenförmigen Erhebungen werden in einem Arbeitsgang hergestellt. Sie bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Polymer, wie beispielsweise thermoplastischem Polyurethan oder Polyamid. Die elektrische Leitfähigkeit der Schicht ergibt sich aus der Mischung eines Anteils von nichtleitfähigern Polymer mit einem Anteil von leitfähigem Polymer, wobei der Anteil des leitfähigen Polymers immer kleiner ist. Die Leitfähigkeit selbst wird durch einen Anteil von etwa 3 bis 6 % reinen Kohlenstoffes erzielt. Dieser Anteil ist im Vergleich zu konven tionellen Raumabsorbern, die etwa 30 % Kohlenstoffanteil aufweisen, sehr gering. Dies wird durch die besondere Art der Kohlenstoffverteilung in der Polymer-Matrix erreicht, welche durch die Extrusionsparameter eingestellt wird. Die Einstellung des gewünschten Wertes der komplexen Dielektrizitätskonstanten kann relativ einfach über die Kontrolle des Gleichstromwiderstandes des als Granulat vorliegenden Rohmaterials während des Herstellungsprozesses (Extrusion) vollzogen werden.
  • Der Zwischenraum 4 zwischen der Schicht 2 und dem metallischen Objekt 1 ist mit einem dem Material der Schicht 2 ähnlichen Kunststoff gefüllt. Die Dielektrizitätskonstante wird kleiner oder gleich derjenigen der Schicht 2 eingestellt . Zusätzlich können ferromagnetische oder dielektrische Füllstoffe eingebracht sein. Damit fällt der Wert der Dielektrizitätskonstanten e innerhalb der Strecke D bei Annäherung an das metallische Objekt 1, während die Permeabilität im gleichen Maße steigt. Hieraus ergibt sich, daß die Wirkung des Dünnschicht-Absorbers auf der Überlagerung mehrerer physikalischer Effekte (Interferenz, ohmsche Verluste und magnetische Relaxation) beruht.
  • Das Vergießen des Zwischenraumes 4 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zum einen gibt es die Möglichkeit, die Zwischenräume zwischen den pyramidenförmigen Erhebungen 3 mit einem oben beschriebenen Kunststoff zu füllen und dann das fertige plattenartige Produkt an der Trennschicht 5 mittels eines Klebers auf das Objekt 1 aufzubringen. Zum anderen kann zum Verguß des Zwischenraumes 4 gleich ein Klebstoff mit den vorgenannten Eigenschaften verwendet werden. Hieraus ergibt sich der fertigungstechnische Vorteil, daß der Dünnschicht-Absorber 2, 3 in einem Arbeitsgang vergossen und auf das metallische Objekt geklebt werden kann. Damit sinken auch die Gesamtkosten der Absorber-Beschichtung.

Claims (9)

1. Dünnschicht-Absorber zur Tarnung metallischer Objekte gegen hochfrequente elektromagnetische Strahlung, bestehend aus wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit einer Dielektrizitätskonstanten E mit eingelagertem Kohlenstoffpulver, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) die zum Objekt (1) gewandte Seite der Schicht (2) weist eine Vielzahl pyramidenförmiger Erhebungen (3) auf:
b) der Zwischenraum (4) zwischen dem Objekt (1) und der Schicht (2) ist mit einem Kunststoff mit einer Dielektrizitätskonstanten EZ gefüllt, wobei ∈z ≤ ∈ gilt.
2. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Objekt (1) abgewandte Seite der Schicht (2) eine ebene Oberfläche aufweist.
3. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer mit der Dielektrizitätskonstanten e besteht.
4. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schicht (2) durch die Mischung eines nicht leitfähigen Kunststoffes mit einem geringeren Anteil eines leitfähigen Kunststoffes bestimmbar ist.
5. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Kunststoff der Schicht (2) einen Anteil von 3-6 % reinen Kohlenstoffes aufweist.
6. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (4) mit einem Klebstoff als Vergußmasse gefüllt ist.
7. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (4) mit reaktionsvernetztem Polyurethan als Vergußmasse gefüllt ist.
8. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet. daß die Vergußmasse dielektrische oder ferromagnetische Füllstoffe enthält.
9. Dünnschicht-Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß pyramidenförmige Erhebungen (3) verschiedener Größe nach einer Verteilungsfunktion oder zufällig verteilt auf der Schicht (2) angeordnet sind.
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