EP1039577A2 - Radarabsorbierende Verbundglasscheibe - Google Patents

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EP1039577A2
EP1039577A2 EP00105636A EP00105636A EP1039577A2 EP 1039577 A2 EP1039577 A2 EP 1039577A2 EP 00105636 A EP00105636 A EP 00105636A EP 00105636 A EP00105636 A EP 00105636A EP 1039577 A2 EP1039577 A2 EP 1039577A2
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distance
thread
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Andreas Dr. Frye
Robert Kebel
Heimfried Dr. Gerke
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Airbus Defence and Space GmbH
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DaimlerChrysler AG
EADS Deutschland GmbH
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    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B5/00—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • E06B5/10—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor for protection against air-raid or other war-like action; for other protective purposes
    • E06B5/18—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor for protection against air-raid or other war-like action; for other protective purposes against harmful radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a radar-absorbing laminated glass pane, consisting of at least three interconnected glass layers, being in the area of the outer pane a layer of parallel wire-shaped electrical conductors is provided, which in one certain angle to the direction of polarization of the incident electromagnetic radiation are arranged.
  • window glazing with radar absorbing properties is already known from DE 42 27 032 C1.
  • This consists of an outer pane, which can be designed as an assembled double disc, in one Layer with parallel wire-shaped conductors is arranged.
  • the glazing is constructed according to the Jaumann absorber principle, i.e. the in the area of the outer pane that portion of the incident electromagnetic radiation is reflected the radiation of approximately 1/4 of the operating wavelength Reflective layer overlaid on the inner pane, due to the opposite phase extinction of both shares takes place.
  • the glazing described has in the Proven application. In the manufacture of such glazing, however, this is the result Problem that the two layers, each a defined proportion of the incident reflect electromagnetic radiation, be arranged at a greater distance usually have a two-layer glazing with enclosed air layer required.
  • Known embodiments that are easy to manufacture and as a finished product is controllable, and which in a single laminated glass an adaptation to that at the installation site given circumstances.
  • This object is achieved in a simple manner in that two layers of thread-like electrical conductors are arranged between the panes of a three-layer laminated glass, the spacing of which is dimensioned such that both the portions of the incident electromagnetic radiation radiated outwards and inwards change phase n x ⁇ / 4 the wavelength differ, the distance between the individual filamentary conductors in the first layer is less than or equal to the distance of the individual filamentary conductors in the second layer.
  • the particular advantages of the design according to the invention are that the known design a much thinner version of the radar absorbing Laminated glass is achieved, which is also due to simplified manufacturability distinguished, and secondly in that due to the phase-shifting property each of the two conductor layers both in the direction of incidence of the electromagnetic Radiation reflected portions are extinguished and on the other hand, the transmitted Shares of radiation due to the chosen distance between the outer and mutually cancel the inner layer of the filamentary electrical conductors. Therefore In addition to a high reflection loss, there is also a high transmission loss achieved.
  • FIG. 1 The only figure in the drawing shows a section through a laminated glass pane with three Disks (1, 2, 3) which are connected to one another by means of adhesive layers (not specified) are.
  • a first layer A and a second layer B are in the adhesive layers provided from parallel thread-shaped electrical conductors L.
  • the thickness of the outer disc 1 is about 3 - 6 mm, that of the middle disc 2 about 10 - 18 mm and that of the inner disc 3 about 3 - 6 mm.
  • the distance d between two adjacent electrical conductors L of the first Layer A is selected in the range 16-22 mm.
  • the distance d between two neighboring electrical ones Conductor L of layer B is 10-22 mm.
  • the diameter of the filiform electrical conductor L should be less than 0.1 mm so that the optical transparency is not is significantly restricted.
  • the dimensioning of the distance d of the parallel thread-like electrical Conductor and its angle to the direction of polarization of the incident electromagnetic Radiation S significantly influence the intensity of the reflection suppression.
  • the window glazing according to the invention is the functional principle of the well-known Jau-mann absorber, the necessary coordination takes place the amplitudes and phases of the respective portions of the electromagnetic radiation by means of the distance between the filamentary conductors L and by means of the distance the first layer A to the second layer B, which is determined by the thickness of the middle Disc is determined.
  • the reflection factor of the laminated glass pane also results from the dimensioning of the distances mentioned.
  • a surface wave resistance in the range from 40 to 800 ⁇ / is achieved.
  • a portion R A of less than or equal to 40% of the incident electromagnetic radiation S is reflected again.
  • an equally large portion R B is also reflected at the second layer B, which is in opposite phase to the portion R A of the electromagnetic radiation S reflected in the region of the first layer A.
  • the conditions for absorption according to the Jaumann principle are thus fulfilled.
  • the portions of the electromagnetic radiation S transmitted by the two layers A and B are also subject to the condition of phase opposition and consequently cancel each other out.
  • the reflection factor generated by the parallel thread-like electrical conductor L is strongly dependent on the direction of polarization of the incident electromagnetic radiation.
  • the conductors L in the exemplary embodiment are in the region around 45 ° Polarization direction arranged.
  • the position of the conductor L within the laminated glass pane is easily adaptable to the requirements in the manufacturing process.
  • the adaptation to The conditions at the installation site are such that the optimal angle of rotation to the prevailing one Polarization direction is set.
  • the parallel thread-like Conductor L act in a similar way to a homogeneous resistance layer and point over it a defined and adjustable surface resistance.
  • the distance d between the thread-like conductors L influences the equivalent Surface resistance of the window glazing. Is at an operating wavelength of 1 GHz If the distance d is less than 10 mm, the surface resistance is too low. With a large wire spacing (d> 30 mm), the arrangement no longer appears homogeneous, since the Conductor L begin to act as discrete radiation elements. This worsens increasingly suppressing reflection.
  • the diameter of the thread-like electrical conductor L is chosen to be as small as possible. With a diameter in the range of 0.1 to 0.01 mm, the result is excellent optical transparency of the laminated glass pane. The processing of this thin thread-like Ladder is still possible with reasonable effort.
  • the thread-like effect electrical conductor L not like an arrangement of flatly distributed discrete Radiation elements that have a narrowband effect due to their frequency selectivity.
  • the whole of the filiform electrical conductor L acts rather as a homogeneous Layer with a precisely defined surface conductivity and also has that Advantage of the high optical transparency.
  • the single thread-like electrical conductor L similar to one by means of the incident electromagnetic Radiation-excited, omnidirectional antenna works.
  • the first layer A has a negative phase response, whereby the electrical effective reflection plane shifts slightly outwards.
  • the second layer B points a positive phase response, which leads to the fact that the (virtual) location of the electrical effective reflection plane shifts inwards with respect to the laminated glass pane.
  • This particular advantage of the solution according to the invention is the interaction of Layer B wires reached with Layer A wires.
  • the phase position of the Layer B emitted portions of the electromagnetic radiation is characterized by the characteristic Layer A characteristics are affected, i. that is, the property of phase shift only occurs on the two layers if both layers are made of thread-like electrical conductors exist.
  • the distance ⁇ / 4 of the two layers A and B is understood in this context as the electrically effective distance between the (virtual) locations where the layers due to the described phase shifts be effective. Because of this property there is an actual distance between layers A and B possible, which is significantly smaller than the dimension ⁇ / 4 of the operating wavelength is, although there is a ⁇ / 4 distance with regard to the electrical effectiveness. Thus, in the exemplary embodiment, the distance between layer A and layer B is in real 12 to 20 mm compared to a value of ⁇ / 4 of 72 mm. The Jaumann standard is thus applied as an operating principle and does not serve to determine the geometric locations of the Layers A and B.
  • the dielectric constant of the glass material must also be taken into account when dimensioning.
  • float glass with an ⁇ R of 5.5 to 7.5 was assumed.
  • the radar-absorbing laminated glass according to the invention can be easily applied adapt the local conditions to buildings. However, it is not excluded this design also for moving devices such as motor vehicles or aircraft Bring application.

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Abstract

Es wird eine radarabsorbierende Verbundglasscheibe beschrieben, die aus wenigstens drei miteinander verbundenen Glasschichten besteht, wobei zwischen der äußeren Scheibe und der mittleren Scheibe eine erste Schicht paralleler fadenförmiger elektrischer Leiter angeordnet ist und zwischen der mittleren Scheibe und der inneren Scheibe eine zweite Schicht fadenförmiger elektrischer Leiter vorgesehen ist, und wobei der Abstand der Schichten so bemessen ist, dass sich die von den beiden Schichten sowohl nach außen wie nach innen abgestrahlten Anteile in der Phase um n x λ/4 der Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Strahlung unterscheiden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine radarabsorbierende Verbundglasscheibe, bestehend aus wenigstens drei miteinander verbundenen Glasschichten, wobei im Bereich der Außenscheibe eine Schicht von parallelen drahtförmigen elektrischen Leitern vorgesehen ist, die in einem bestimmten Winkel zur Polarisationsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung angeordnet sind.
Eine ähnliche Bauweise einer Fensterverglasung mit radarabsorbierenden Eigenschaften ist bereits aus der DE 42 27 032 C1 bekannt geworden. Diese besteht aus einer Außenscheibe, die als zusammengefügte Doppelscheibe ausgeführt sein kann, in der eine Schicht mit parallel verlaufenden drahtförmigen Leitern angeordnet ist. Die Verglasung ist nach dem Prinzip des Jaumannabsorbers aufgebaut, d.h. der im Bereich der Außenscheibe reflektierte Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung wird derjenige Anteil der Strahlung, der von der im Abstand von etwa ¼ der Betriebswellenlänge angeordneten Reflexionsschicht auf der Innenscheibe überlagert, wobei aufgrund der Gegenphasigkeit beider Anteile eine Auslöschung stattfindet. Die beschriebene Verglasung hat sich in der Anwendung bewährt. Bei der Herstellung derartiger Verglasungen ergibt sich jedoch das Problem, dass die beiden Schichten, die jeweils einen definierten Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung reflektieren, in einem größeren Abstand angeordnet werden müssen, der in der Regel eine zweischichtige Verglasung mit eingeschlossener Luftschicht erfordert. Außerdem ist es nicht in jedem Anwendungsfall erwünscht, dass eine metallische Reflexionsschicht auf einer der Scheiben aufgebracht ist, da hierdurch der Grad der Transparenz der Verglasung beeinflusst wird.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Bauweise für radarabsorbierende Verglasungen anzugeben, die eine kompaktere Bauweise erlaubt und eine höhere Transparenz gegenüber bekannten Ausführungsformen aufweist, die leicht herstellbar und als Fertigprodukt kontrollierbar ist, und die in einem einzigen Verbundglas eine Anpassung an die am Einbauort gegebenen Verhältnisse ermöglicht.
Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, dass zwei Schichten fadenförmiger elektrischer Leiter zwischen den Scheiben eines dreischichtigen Verbundglases angeordnet sind, deren Abstand so bemessen ist, dass sowohl die nach außen wie nach innen abgestrahlten Anteile der einfallenden elektromagnetischen Strahlung sich in der Phase um n x λ/4 der Wellenlänge unterscheiden, wobei der Abstand der einzelnen fadenförmigen Leiter in der ersten Schicht kleiner oder gleich dem Abstand der einzelnen fadenförmigen Leiter in der zweiten Schicht ist. Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Bauweise liegen einmal darin, dass gegenüber der bekannten Bauform eine wesentlich dünnere Ausführung der radarabsorbierenden Verbundglasscheibe erzielt wird, die sich auch durch vereinfachte Herstellbarkeit auszeichnet, und zum anderen darin, dass aufgrund der phasenschiebenden Eigenschaft jeder der beiden Leiterschichten sowohl die in Einfallsrichtung der elektromagnetischen Strahlung reflektierten Anteile ausgelöscht werden und zum anderen sich auch die transmittierten Anteile der Strahlung aufgrund des gewählten Abstandes zwischen der äußeren und der inneren Schicht der fadenförmigen elektrischen Leiter gegenseitig aufheben. Deshalb wird neben einer hohen Reflexionsdämpfung auch eine hohe Transmissionsdämpfung erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch eine Verbundglasscheibe mit drei Scheiben (1, 2, 3), die mittels nicht näher bezeichneten Klebeschichten miteinander verbunden sind. In den Klebeschichten sind eine erste Schicht A und eine zweite Schicht B aus parallelen fadenförmigen elektrischen Leitern L vorgesehen.
Bei einer Dimensionierung der Verbundglasscheibe für eine Betriebsfrequenz von 1 GHz ergeben sich folgende vorteilhafte Bemaßungen. Die Dicke der äußeren Scheibe 1 beträgt etwa 3 - 6 mm, die der mittleren Scheibe 2 etwa 10 - 18 mm und die der inneren Scheibe 3 etwa 3 - 6 mm. Der Abstand d zweier benachbarter elektrischer Leiter L der ersten Schicht A wird im Bereich 16 - 22 mm gewählt. Der Abstand d zweier benachbarter elektrischer Leiter L der Schicht B beträgt 10 - 22 mm. Der Durchmesser der fadenförmigen elektrischen Leiter L soll kleiner als 0,1 mm sein, damit die optische Transparenz nicht wesentlich eingeschränkt wird.
Die Dimensionierung des Abstandes d der parallel verlaufenden fadenförmigen elektrischen Leiter und deren Winkel zur Polarisationsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung S beeinflussen wesentlich die Intensität der Reflexionsunterdrückung. Unter der Voraussetzung, dass die erfindungsgemäße Fensterverglasung das Funktionsprinzip des bekannten Jau-mannabsorbers benutzt, erfolgt die dazu erforderliche Abstimmung der Amplituden und Phasen der jeweiligen Anteile der elektromagnetischen Strahlung mittels des Abstandes der fadenförmigen Leiter L untereinander und mittels des Abstandes der ersten Schicht A zu der zweiten Schicht B, welcher durch die Dicke der mittleren Scheibe bestimmt ist.
Aus der Dimensionierung der genannten Abstände ergibt sich auch der Reflexionsfaktor der Verbundglasscheibe. Im Rahmen der vorgeschlagenen Dimensionierung wird ein Oberflächenwellenwiderstand im Bereich von 40 bis 800 Ω/ erreicht. Dabei wird ein Anteil RA von kleiner oder gleich 40 % der einfallenden elektromagnetischen Strahlung S wieder reflektiert. Von dem durch die erste Schicht A hindurchtretenden Anteil TA der Strahlung S wird an der zweiten Schicht B ebenso ein gleichgroßer Anteil RB reflektiert, der zu dem im Bereich der ersten Schicht A reflektierten Anteil RA der elektromagnetischen Strahlung S gegenphasig ist. Damit sind die Bedingungen für eine Absorption nach dem Jaumannprinzip erfüllt. Auch die von den beiden Schichten A und B transmittierten Anteile der elektromagnetischen Strahlung S unterliegen der Bedingung der Gegenphasigkeit und löschen sich demzufolge aus.
Der durch die parallelen fadenförmigen elektrischen Leiter L erzeugte Reflexionsfaktor ist stark abhängig von der Polarisationsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung. Aus diesem Grund sind die Leiter L im Ausführungsbeispiel im Bereich um 45° zur Polarisationsrichtung angeordnet. Die Lage der Leiter L innerhalb der Verbundglasscheibe ist beim Herstellungsprozess leicht an die Anforderungen anpassbar. Die Anpassung an die Verhältnisse am Einbauort erfolgt dadurch, dass der optimale Drehwinkel zur vorherrschenden Polarisationsrichtung eingestellt wird. Die parallel verlaufenden fadenförmigen Leiter L wirken dabei ähnlich wie eine homogene Widerstandsschicht und weisen darüber hinaus einen definierten und einstellbaren Oberflächenwiderstand auf.
Der Abstand d der fadenförmigen Leiter L untereinander beeinflusst den äquivalenten Flächenwiderstand der Fensterverglasung. Wird bei einer Betriebswellenlänge von 1 GHz der Abstand d kleiner als 10 mm gewählt, ergibt sich ein zu niedriger Flächenwiderstand. Bei großem Drahtabstand (d > 30 mm) wirkt die Anordnung nicht mehr homogen, da die Leiter L als diskrete Strahlungselemente zu wirken beginnen. Dadurch verschlechtert sich zunehmend die Reflexionsunterdrückung.
Der Durchmesser der fadenförmigen elektrischen Leiter L wird möglichst klein gewählt. Bei einem Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 0,01 mm ergibt sich eine hervorragende optische Transparenz der Verbundglasscheibe. Die Verarbeitung dieser dünnen fadenförmigen Leiter ist noch mit vertretbarem Aufwand möglich.
In der angegebenen Dimensionierung und der vorgeschlagenen Anordnung wirken die fadenförmigen elektrischen Leiter L nicht wie eine Anordnung flächig verteilter diskreter Strahlungselemente, die aufgrund ihrer Frequenzselektivität schmalbandig wirksam sind. Die Gesamtheit der fadenförmigen elektrischen Leiter L wirkt vielmehr als homogene Schicht mit genau definierter Oberflächenleitfähigkeit und besitzt darüber hinaus noch den Vorteil der hohen optischen Transparenz. Im Detail ist natürlich davon auszugehen, dass der einzelne fadenförmige elektrische Leiter L ähnlich einer mittels der einfallenden elektromagnetischen Strahlung angeregten, rundstrahlenden Antenne arbeitet.
Die erste Schicht A weist dabei einen negativen Phasengang auf, wodurch sich die elektrisch wirksame Reflexionsebene etwas nach außen verschiebt. Die zweite Schicht B weist einen positiven Phasengang auf, der dazu führt, dass sich der (virtuelle) Ort der elektrisch wirksame Reflexionsebene bezüglich der Verbundglasscheibe nach innen verschiebt. Dieser besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Wechselwirkung der Drähte der Schicht B mit den Drähten der Schicht A erreicht. Die Phasenlage der von der Schicht B abgestrahlten Anteile der elektromagnetischen Strahlung wird durch die charakteristischen Merkmale der Schicht A beeinflusst, d. h., dass die Eigenschaft der Phasenverschiebung an den beiden Schichten nur dann auftritt, wenn beide Schichten aus fadenförmigen elektrischen Leitern bestehen. Der Abstand λ/4 der beiden Schichten A und B versteht sich in diesem Zusammenhang als der elektrisch wirksame Abstand zwischen den (virtuellen) Orten, an denen die Schichten aufgrund der beschriebenen Phasenverschiebungen wirksam werden. Aufgrund dieser Eigenschaft ist ein tatsächlicher Abstand zwischen den Schichten A und B möglich, der deutlich kleiner als das Maß λ/4 der Betriebswellenlänge ist, obwohl bezüglich der elektrischen Wirksamkeit ein λ/4-Abstand vorliegt. Somit beträgt im Ausführungsbeispiel der Abstand der Schicht A zur Schicht B real 12 bis 20 mm gegenüber einem Wert von λ/4 von 72 mm. Die Maßgabe nach Jaumann wird somit als Wirkprinzip angewendet und dient nicht zur Festlegung der geometrischen Orte der Schichten A und B.
Darüber hinaus muss bei der Dimensionierung auch die Dielektrizitätskonstante des Glasmaterials berücksichtigt werden. Im Ausführungsbeispiel wurde dabei von Floatglas mit einem εR von 5,5 bis 7,5 ausgegangen.
Das erfindungsgemäße radarabsorbierende Verbundglas lässt sich auf einfache Weise an die örtlichen Gegebenheiten bei Gebäuden anpassen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, diese Bauweise auch bei beweglichen Geräten wie Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen zur Anwendung zu bringen.

Claims (4)

  1. Radarabsorbierende Verbundglasscheibe, bestehend aus wenigstens drei miteinander verbundenen Glasschichten (1,2, 3), wobei im Bereich der Außenscheibe (1) eine Schicht (A) von parallelen drahtförmigen elektrischen Leitern (L) vorgesehen ist, die in einem bestimmten Winkel (α) zur Polarisationsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale
    a) zwischen der äußeren Scheibe (1) und der mittleren Scheibe (2) ist eine erste Schicht (A) paralleler fadenförmiger elektrischer Leiter (L) angeordnet und zwischen der mittleren Scheibe (2) und der inneren Scheibe (3) ist eine zweite Schicht (B) fadenförmiger elektrischer Leiter (L) vorgesehen,
    b) der Abstand der Schichten (A, B) ist so bemessen, dass sich die von den beiden Schichten sowohl nach außen wie nach innen abgestrahlten Anteile (RA, RB) in der Phase um n x λ/4 der Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Strahlung unterscheiden,
    c) der Abstand (d) der einzelnen fadenförmigen elektrischen Leiter (L) der ersten Schicht (A) ist kleiner oder gleich dem Abstand der einzelnen fadenförmigen Leiter der zweiten Schicht (B).
  2. Radarabsorbierende Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der parallelen fadenförmigen elektrischen Leiter (L) in einem bestimmten Winkel (α) zur Polarisationsrichtung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise im Bereich von 20° bis 90° angeordnet werden.
  3. Radarabsorbierende Verbundglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Frequenz von 1 GHz der Abstand (d) in der ersten Schicht (A) 10 - 22 mm und in der zweiten Schicht (B) 16 - 22 mm beträgt.
  4. Radarabsorbierende Verbundglasscheibe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der fadenförmigen Leiter (L) der Schichten (A und B) so gewählt werden, dass sich ein Flächenwiderstand des Verbundglases im Bereich von 40 bis 800 Ω/ ergibt.
EP00105636A 1999-03-26 2000-03-16 Radarabsorbierende Verbundglasscheibe Expired - Lifetime EP1039577B1 (de)

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