CN1054473C - 吸收电磁波的系统及制造该系统的方法 - Google Patents

Abstract

为了吸收测试盒中的电磁波，盒子的侧壁和顶部用连续的棱锥体做衬套。棱锥体的顶点在盒子中。结构元件有一个由电绝缘玻璃纤维材料做的棒子形成的框架(22)和外皮(24)。外皮是从表面阻抗材料金属薄片中切割出来的。表面阻抗材料金属薄片是通过连续或几乎连续地用金属材料做的电传导层覆盖在可机械弯曲的支撑金属薄片上而形成的。

Description

吸收电磁波的系统及制造该系统的方法

本发明涉及根据权利要求1和2的前序部分的电磁波宽带吸收系统，以及根据权利要求21、22和23的前序部分的电磁波宽带吸收系统的制造方法。

这种吸收系统主要用作测试电磁波容差(EMT)的盒子的非反射性衬套。

EP-A018873提出一种电磁波吸收元件，包括矩形截面的三维空体。四个侧壁的每一面上都有一个绝缘衬底和外部表面涂层，其电阻率从壁的一端到另一端是不同的，以便能够吸收具有一定带宽的电磁波。

在另一个已知的吸收器结构中，通过增加层的厚度并且根据频率设计的电磁材料参数实现对预定频率范围上的电磁波的有效吸收。这种具有较大的层厚度的谐振吸收器相应地具有较大的重量，并且导致相当高的成本和复杂的静态结构特征。尽管其较高的复杂性，但对于当前的EMT测试盒仍然是不够的。

EP-A-0369174提出了一种块状的吸收体。这种吸收体包括载体材料板的一种夹层状结构装置，在两个材料板之间嵌入薄的表面阻抗层。

在WO-A-9105376中提出的块状吸收体包括一种厚载体材料层的夹层状结构装置，在两个材料层之间嵌入薄的表面阻抗层。为了在入射波方向上产生吸收梯度，用不同的材料复盖表面阻抗层或者在掩模的帮助下只部分地加以复盖。这样大规模的吸收元件需要大量的空间和材料。

DE-B1254720和BE-A684834介绍一个系统，在该系统中，多个空棱锥体一个接一个地被排列在壁上。空棱锥体的外面和内面都涂上一层导电漆，导电漆层可以直接喷在三维载体上，也可以通过浸泡三维载体来产生。

在该已知的系统中，或者其操作特性(如带宽和吸收度)不合适，或者该吸收系统的制造是复杂的和高成本的。

因此，本发明的目的是把在一个宽带的高度吸收效率和采用可以实现自动化的简单方式的制造工艺的优点结合起来。

为实现上述目的，本发明提供一种电磁波宽带吸收系统，把多个薄的表面阻抗层三维地排列在遭受电磁波的盒子中，其中表面阻抗层有一个载体层并且至少有一个电传导或半传导材料层加在该载体层上，载体层被构造为层厚度＜5nm的机械可弯曲层，并且电传导或半传导材料层具有一致和均一的表面阻抗分布，其特征在于电传导或半传导材料层是连续或准连续的粉末覆盖或淀积层，其厚度在5nm到1000nm之间。

本发明还提供一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料的电传导层覆盖一个可机械地弯曲的载体薄片来产生表面阻抗薄片；并且为多个二维表面阻抗段从表面阻抗薄片中形成空白区；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；用表面阻抗段盖住三维结构，以便形成棱锥、楔形、圆锥或阶梯形的吸收元件。

本发明还提供一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料做的电传导层覆盖一个可机械弯曲的载体薄片来产生表面阻抗薄片；并且为多个二维表面阻抗段从表面阻抗薄片中形成空白区；然后相互平行地设置多个二维表面阻抗段并固定到位；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；将相互平行设置的表面阻抗段相隔开排列并固定到位。

本发明还提供一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料做的电传导层覆盖可机械弯曲的载体薄片来产生表面阻抗薄片；并且把表面阻抗薄片划分为若干段；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；并且把多个被产生的段用做制造批量吸收器材料的填充材料。

作为本发明的结果，首次采用制造工艺简便的方式制造出的轻便和薄的表面阻抗层器件来吸收电磁幅射的宽带频谱。本发明基于这样的认识：如果采用等种预定的和/或静态三维几何形体排列在遭受电磁幅射的一个盒子中，表面阻抗薄层就能有效地吸收具有不同波长的电磁幅射，甚至也能有效地吸收具有表面阻挡一放分布的电磁幅射。因此宽带特性是由盒子中表面阻抗薄层的特定几何排列所形成的。电传导或半传导层以及电传导有机层的粉末涂盖或淀积层都能得到一致和恒定的表面电阻率分布。吸收特性可以采用可重复生成的方式进行调节。由于表面阻抗层很薄，它们的特色是重量轻而且相应地生产成本也较低。该系统的吸收性能/单位重量比相当高，因此，根据本发明的设备具有前所未有的生态容差。

根据本发明的吸收器系统制造的一个重要方面是：可以从表面阻抗薄层中产生任意所需数目的吸收元件。例如，涂盖后产生的载体薄层或表面阻抗薄层可以具有0.8m的宽度和10000m的长度。生产出来的表面阻抗薄层可以在薄层生产过程的一端卷成一个绕紧的薄层供应品。然后采用某些其他适当的方式，从放在载体结构上并固定好的材料卷中，把几何载体结构所要求的表面阻抗段按规格切好、或贴上标志或使之成形。所需的空间(如棱锥体形吸收器结构)即由此产生。遭受电磁波的盒子(在其壁上和顶部区域中)用这样的吸收器锥体做衬套。

本发明的一个重要的实施例，其特征在于载体层和/或表面阻抗层是由电磁惰性材料的防火层提供的，例如陶瓷制品、无机物和/或玻璃类的材料。

表面阻抗层可以是粉末涂盖、淀积金属或半导体层。金属或半导体材料最好从下面的一组元素中选择：铝、铬、铁、铟、镍、锑、锡、钽、钛和锌。最好把其中的一个或多个元素蒸气淀积或溅喷到载体薄层上，这最好在真空进行中，可以选择加入反应气体，如氧气。蒸气淀积方法本来用于在做食品包装袋的聚合薄膜上制作Ca.30nm厚的铝涂层，也可以将其相应的长处用于本发明的环境中。

厚度小于5毫米(最好为5至500微米)的聚合物薄膜或纸片足以作为载体层。导体或半导体层厚度为5至1000毫微米，最好为10至100毫微米。表面阻抗层的表面阻抗值在每平方米0.01欧姆至2万欧姆，最好为每平方米10欧姆至1千欧姆。

在最佳实施例中，表面阻抗层以不同的角度伸展在截面上。有楔形、圆锥形或上述的棱锥形。另外，表面阻抗层也可以这样排列，例如在多个不同的平面内重迭起来。上述最后一个系统中的吸收频谱就是由不同并且最好是并行的吸收平面实现的。

另一个系统，主要是深度造模加工的壁区可以采用宽带吸收的方式衬套，其特征在于本发明的一个进一步的方面：三维吸收器结构包括具有填充物的接收容器，该填充物由薄层形式的表面阻抗层构成，最好多次弯曲或折迭。深度造模加工的壁区至少可在接收容器的一侧壁上形成。接收容器的另一侧壁可以简单复盖，一般很少由折迭的表面阻抗薄层机械地装入。

在另一个实施例中，表面阻抗层可以进一步被处理为整体吸收器材料。如果表面阻抗层被切成例如窄长条，所产生的整体填充物用于这样的吸收器应用：对材料的要求较低，却和常规的吸收器材料具有相同的吸收性能，常规吸收器材料掺入传导性粒子，而不是细条。空间中窄条的排列不仅在有序的结构中可以被影响，例如格栅的方式，而且按统计方式分布，例如在某种特定的填充物中那样。

表面阻抗层，例如一种被复盖的聚乙烯薄膜，也可以通过热成形和焊接的简单过程有益地作进一步的处理。例如，较厚的吸收结构可以按下面的方法用盒子和空间产生：其构造方式类似包含充气泡的聚合物膜的包装材料，用于敏感产品的防震运输，被称之为气垫薄膜。

特别简单地通过压力差的作用，就能有助干定位和固定，正如在一座可充气的建筑物中那样，因而称之为“充气”吸收器，或者利用框架，类似帐篷的构造。

本发明的另一个实施例的特征在于，多个充气的空体结构紧紧地结合在一起，并且/或者和一个按表面阻抗层构造的外皮连在一起，至少排列在盒子的一侧壁上。用作吸收元件的封闭空体结构可以不一样，例如统计的、表面的形状。

下面结合示例性的实施例对本发明作更详细的介绍，这些实施例在附图中图示说明。

图1是一逻辑图说明，表示从具有粉末复盖金属层的载体薄片中产生表面阻抗层的一个站；

图2A表示根据图1产生的表面阻抗层的放大规格的截面；

图2B表示从有机物导体中产生的表面阻抗层也是放大规模的一个截面；

图3A给出具有锥体几何图形的吸收器结构的一个示例性实施例的片断视图；

图3B表示类似于图3A的吸收器结构，但具有不同的载体结构；及

图4是一个遭受电磁波的盒子内部的侧视示意图，其边上和顶部的壁都有效地复盖着棱锥体的吸收器结构。

根据本发明制造吸收系统的作用部件即表面阻抗层1的一种特别经济的方法，首先结合图1的说明介绍。从供应卷2中拉出厚度为5-500μm的聚合物薄膜或纸的细载体薄片11，沿着箭头A的方向偏转并移入蒸气淀积设备3下面的蒸气淀积区。具有氧化部件的铝被作用在处于反应氧气中的蒸气淀积区中。铝层可以采用所介绍的方式在载体薄片11的一面或两面上进行蒸气涂盖。在所描述的示例性实施例中，A1层12的厚度仅为Ca.12-40nm。阻抗层12上的涂漆密封可以在加热盒4中烘干。然后把薄片1绕在卷绕滚筒5上。表面阻抗的值可以通过处理参数的变化调节至所需的值，例如150欧姆。

图2A给出了表面阻抗层1的截面放大视图。正如所看到的那样，载体层11也可以用构成表面阻抗的薄的传导或半传导层12和13复盖其两面。双面复盖提高了从表面阻抗层1中产生的吸收结构的效率，因为在层的两面上结构的吸收率可以和那些存在的电磁幅射匹配。非可燃的或可阻燃的防火层，最好是电的和电磁的惰性材料，例如无机物毛织品、陶瓷材料和/或玻璃，也可以在象层13被提供。

正如专家所知道的，其它的复盖方法，例如粉末复盖(喷涂)或连续筛网或滚筒印刷方法，都可以用来代替上述的蒸气淀积处理。包括例如有机物导体的层也可以用这种方法淀积。

图2B给出了表面阻抗层的另一个实施例。在该实施例中，表面阻抗层1A包括1个薄片，最好是塑料材料薄片，在该薄片中，传导的或半传导的细小粒子14按照适合于吸收目的的公布方式埋入其中。传导或半传导粒子也可以包括塑料材料。例如可以使用本质传导聚合物。

图3A为根据本发明的吸收设备的一个棱锥体吸收器结构20的示意截面图。棱锥体吸收器结构20包括具有方底棒式框架22、形成棱锥边的电绝缘玻璃纤维材料做的4个棒和外皮24。后者是薄片材料1或1A的空白材料中产生的。在一个已经过实践的实施例中，表面阻抗层1被放在棒框架22上并固定住，经过适当的切割以及构成载体薄片11的薄层的热焊接。棱锥体吸收器结构20具有1.50m的高度和0.35×0.35m²的开底表面。正如很容易就能看到的那样，用一个适当的支撑框架和表面阻抗空白片就能方便地构成大量的几何结构。其顶点相对地由圆锥的、楔形的或棱锥形的结构和元件指向，并具有范围在5°到50°之间的顶角26，最好是在8°到25°之间。

图3B给出了和图3A类似的吸收元件21。唯一的不同在于棱锥的外皮24不是由载体框架22所支撑，而是由适当的塑料材料或杆卡层压构成的棱锥体形的、自我支持的空体23。外皮24也可以采用附图上没有给出的其它构造方法、类似在一座可充气的建筑物那样被构造为一种可充气的部件。构成吸收结构的外皮24遭受小量的压力差，使之能保持其棱锥体的几何图形。

除了图3A和3B所介绍的棱锥体形之外，也可以提供一种组合的圆锥一棱锥平截头体形状。位于最接近顶点的尖端为圆锥的，而底平面为方形的，以便复盖具有对应结构元件的较大吸收表面，没有空间或只有很小的空间。

图4给出了经过EMT测试盒的一个垂直截面，盒的边墙和顶部用邻接的棱锥体吸收器结构20无缝隙地进行衬套。测试盒30中给出了将被测试的天线装置31和设备32。正如所看到的那样，采用几何分布的表面阻抗的测试盒30的衬套保证了对场能的全部、非反射性的吸收，从而保证了最佳的测试结果。

在本发明概念的范围内可以进行大量的修改。载体的材料、表面阻抗以及薄片和结构的几何图形维数的选择都可以和使用的条件匹配。例如，使用铟-锡-氧化物，就能产生透明的表面阻抗层。

Claims (27)

1.一种电磁波宽带吸收系统，把多个薄的表面阻抗层(1；1A；24)三维地排列在遭受电磁波的盒子(30)中，其中表面阻抗层(1)有一个载体层(11)并且至少有一个电传导或半传导材料层(12)加在该载体层上，载体层被构造为层厚度＜5nm的机械可弯曲层，并且电传导或半传导材料层(12)具有一致和均一的表面阻抗分布，其特征在于电传导或半传导材料层(12)是连续或准连续的粉末覆盖或淀积层，其厚度在5nm到1000nm之间。

2.权利要求1的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)是由在塑料或纸片上和/或在其中的电传导粒子构成的。

3.权利要求2的系统，其特征在于：表面阻抗层(1)包括具有一致地加在至少一面的电传导或半传导层(12)的塑料或纸片(11)。

4.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)的表面阻抗值在每平方米0.01欧姆和每平方米20千欧姆之间。

5.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)的表面阻抗值在每平方米10欧姆和每平方米1千欧姆之间。

6.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层(1)包括厚度为5至500微米的聚合物薄膜或纸片的载体层。

7.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层包括至少具有铝、铬、铁、铟、镍、锑、锡、钽、钛和锌中的一种元素的纯金属、金属合金或半导体的传导或半传导层。

8.权利要求7的系统，其特征在于：传导或半传导层(12)的厚度为10nm至200nm。

9.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)和载体层(11)中的至少一个设置有至少一个用阻燃料做的密封防火层。

10.权利要求9的系统，其特征在于：防火层包括一种电或电磁惰性材料。

11.权利要求1至3中任一项的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)被淀积在多个不同的平面中。

12.权利要求1的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)被加到至少一个楔形、圆锥、棱锥或阶梯形的载体(22，23)上。

13.权利要求12的系统，其特征在于：载体包括一个有效地成形的稳固空体(23)，固定在其侧表面的是按规格切割的表面阻抗层(24)的段。

14.权利要求12的系统，其特征在于：载体包括一个载体框架(22)，框架至少在两个邻接的表面阻抗层的平面之间的过渡边缘上有支柱。

15.权利要求14的系统，其特征在于：表面阻抗层(1；1A)包括采用薄片形式的可弯曲材料并且载体的外部表面用该薄片材料覆盖。

16.权利要求11的系统，其特征在于：多个具有表面阻抗层(1；1A)的薄片至少为部分重叠的关系，固定在不同的近似平行的平面中。

17.权利要求1的系统，其特征在于：三维吸收器结构包括具有填充物的接收容器，填充物是由采用弯曲多次的薄片形式的表面阻抗层构成。

18.权利要求17的系统，其特征在于：采用薄片形式的表面阻抗层段被任意设置在空间中。

19.权利要求1的系统，其特征在于：遭受电磁波的盒子(30)的侧壁和顶壁完全被三维棱锥体吸收器元件(20，21)所占据。

20.权利要求13至19中任一项的系统，其特征在于：吸收器棱锥体(20，21)具有范围在8°至25°之间的顶角的锐角顶点。

21.一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料的电传导层(12)覆盖一个可机械地弯曲的载体薄片(11)来产生表面阻抗薄片(1)；并且为多个二维表面阻抗段从表面阻抗薄片(1)中形成空白区；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片(11)上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；用表面阻抗段盖住三维结构(22；23)，以便形成棱锥、楔形、圆锥或阶梯形的吸收元件。

22.一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料做的电传导层(12)覆盖一个可机械弯曲的载体薄片(11)来产生表面阻抗薄片(1)；并且为多个二维表面阻抗段从表面阻抗薄片(1)中形成空白区；然后相互平行地设置多个二维表面阻抗段并固定到位；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；将相互平行设置的表面阻抗段相隔开排列并固定到位。

23.一种电磁波宽带吸收系统的制造方法，通过连续或准连续地用金属或半传导材料做的电传导层(12)覆盖可机械弯曲的载体薄片(11)来产生表面阻抗薄片(1)；并且把表面阻抗薄片划分为若干段；其特征在于：以5nm至1000nm的厚度将电传导层加到载体薄片上；为表面阻抗薄片给定一致和均一的表面阻抗；并且把多个被产生的段用做制造批量吸收器材料的填充材料。

24.权利要求21至23中任一项的方法，其特征在于：通过在真空中或加入反应气体进行蒸气气相淀积来产生电传导层。

25.权利要求21至23中任一项的方法，其特征在于：通过在真空中或加入反应气体进行粉末涂抹来产生传导层(12)。

26.权利要求21至23中任一项的系统，其特征在于，使用或不使用进一步的反应成分、从具有铝、铬、铁、铟、镍、锑、锡、钽、钛和锌中的一种或多种元素的纯金属、金属合金或半导体中产生传导层(12)。

27.权利要求21的方法，其特征在于：把可机械弯曲的表面阻抗段(24)形成棱锥、楔形、圆锥或阶梯形并放在遭受电磁波的盒子(30)中，然后施加这样一种压力梯度，使之维持在其所需的三维形状中。

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