Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli 85577 Neubiberg, 14.11.2002
Universität der Bundeswehr München Werner-Heisenberg-Weg 39
HF-, Mikrowellen- und Radartechnik Tel. + Fax. 089/6004-3690
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Gutachten
Auftraggeber: carbonics GmbH Carbon für Medizin + Technik
Ludwigstraße 3
82319 Starnberg
Messobjekte: Hochschirmendes textiles Carbongewebe (grau)
Schirmendes, oberflächenoptimiertes Carbongewebe (schwarz)
Auftrag: Ermittlung der Schirmdämpfung gegen elektromagnetische Wellen
mit vertikaler und horizontaler Polarisation im Frequenzbereich von
0,2 GHz - 10 GHz
Ermittlung der Schirmwirkung gegen ungerichtete Polarisationen
im Frequenzbereich von 20 MHz bis 6 GHz
Ermittlung der Reflexion der Gewebemuster von 20 MHz bis 6 GHz
Prüfungsgrundlage: VG 95 370, Part 15, Methode KS 03 S
Datum d. Messungen: 5.11. und 9.11.2002
Umfang: 5 Seiten Text und 10 Anlagen mit 14 Messprotokollen
+ 1 Anlage mit Frequenzmarken
Resultat: Das hochschirmende graue textile Carbongewebe zeigt über den
ganzen gemessenen Frequenzbereich bei Bestrahlung mit elektro-
magnetischen Wellen mit vertikaler und horizontaler Polarisation
Schirmdämpfungswerte in der Größenordnung von 40 dB und mehr.
Beim schirmenden oberflächenoptimierten schwarzen Carbongewebe
liegt die Schirmdämpfung zwischen 17 dB und 23 dB, abhängig von
Polarisation und Frequenz.
Die Abschirmwirkung des grauen hochschirmenden Gewebes kommt
wegen seiner ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit ausschließ-
lich durch die Reflexion der elektromagnetischen Wellen zustande.
Lediglich beim schwarzen oberflächenoptimierten Gewebe kann man
oberhalb von 3 GHz erkennen, dass ca. 50% der Schirmung durch
Absorption und ca. 47,5% durch Reflexion zustande kommt. Im
MHz- Bereich beruht die Schirmwirkung des schwarzen Gewebes
auch überwiegend auf der Reflexion der einfallenden Leistung.
Neubiberg, 14.11.2002 Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli
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1. Vorbemerkungen
Um die Wirksamkeit der Gewebe bei der Abschirmung von elektromagnetischen Wellen zu
ermitteln, wurden die unter Ziff. 2 beschriebenen Messungen durchgeführt.
Zur Interpretation der Messkurven ist es hilfreich, untenstehende Umrechnungstabelle zu
verwenden:
Umrechnung der Dämpfung von dB in %
dB Durchlass in % dB Durchlass in
%
Dabei wurde die Schirmwirkung, 0 100,00
d.h. die Dämpfung der elektro- 1 81,00 21 0,78
Magnetischen Welle durch den 2 62,80 22 0,63
Schirm, in Dezibel ( = dB ) er- 3 50,00 23 0,50
mittelt. (Siehe Messkurven) 4 40,00 24 0,39
5 31,60 25 0,31
Dieser dB-Wert gibt an, wie 6 25,00 26 0,25
stark der Pegel der Welle abge- 7 20,00 27 0,20
schwächt wurde, während sie 8 16,00 28 0,18
den Schirm durchlaufen hat. 9 12,50 29 0,12
10 10,00 30 0,10
Nebenstehende Tabelle ermög- 11 7,90 31 0,08
licht die Umrechnung dieser 12 6,25 32 0,06
Logarithmischen Werte in Pro- 13 5,00 33 0,05
zentwerte, wobei in der Regel 14 4,00 34 0,04
- wie hier in dieser Tabelle – die 15 3,13 35 0,03
durch den Schirm hindurchdrin- 16 2,50 36 0,02
gende Leistungs- bzw. Strah- 17 2,00 37 0,02
lungsdichte zur Bewertung der 18 1,56 38 0,02
Schirmwirkung herangezogen 19 1,20 39 0,02
wird. 20 1,00 40 0,01
50 0,001
Die Berechnung der Schirmdämpfung in dB aus der Leistung P1 vor dem Schirm und P2
hinter dem Schirm geschieht mit folgender Gleichung:
P2 E
aSchirm 10 log 20 log 2
P1 E1
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2. Messaufbau und Messablauf
Die Messungen wurden in Anlehnung an die VG 95 370 am 05. und 09.11.2002 in einem
Messraum der Radarhalle an der Universität der Bundeswehr München in Neubiberg im
Frequenzbereich von 200 MHz bis 10 GHz mit linear polarisierten Wellen durchgeführt. Zu
diesem Zweck wurde die zu prüfenden Gewebe - wie in untenstehendem Bild skizziert - vor
der 80cm x 60cm grossen Öffnung einer Metallwand (Fläche 210cm x 200cm) platziert.
Dabei wurde sichergestellt, dass die Materialprobe ganzflächig zu der Metallplatte des
Messaufbaues Kontakt hatte. Fremdstörungen von außen sind nicht aufgetreten. Zur Messung
der unterschiedlichen Polarisationen wurde das Muster um 900 gedreht.
rundherum HF-Absorber Metall
Messobjekt
Empfangsantenne Sendeantenne
„ innen“ „außen“
Messanordnung zur Bestimmung der Schirmdämpfung
Nach der Kalibrierung der Mess-Strecke (ohne Prüfling zur Festlegung des 0 dB-Transmis-
sionswertes und mit einer Aluminium-Platte als Prüfling zur Feststellung der Dichtigkeit der
Gesamtanordnung) wurde die Schirmdämpfung des Messobjektes - bedingt durch die
Frequenzbänder der Messantennen - in zwei Frequenzbereichen durchgeführt:
Bereich I: 200 MHz bis 2200 MHz
Bereich II: 1 GHz bis 10 GHz
Die Spitzen der logarithmisch-periodischen Messantennen wurden gemäß MIL-STD 285 je-
weils 30 cm vor bzw. hinter dem Prüfling positioniert.
Es wurden folgende Messgeräte verwendet:
Vektorieller Netzwerkanalysator Typ 360, (40 MHz bis 18,6 GHz), Fa. Wiltron
Mess-Antennen: Bilog-Antenna , Typ CBL 6112A (30 MHz bis 2000 MHz), Fa. CHASE
Mess-Antennen: LogPer-Antennen Typ HL 025 (1 GHz bis 18 GHz) Fa. Rohde & Schwarz
Dokumentation: Laserjet 4, Fa. Hewlett & Packard
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3. Messergebnisse und ihre Bewertung
3.1 Messung der Transmissionsdämpfung
In Anlage 1 ist die Schirmdämpfung des grauen hochschirmenden Carbongewebes
gegenüber elektromagnetischen Wellen mit vertikaler Polarisation dargestellt.
Anlage 2 zeigt sein Verhalten gegenüber horizontal polarisierten Wellen.
Anlage 3 zeigt die Schirmung des schwarzen oberflächenoptimierten Carbongewebes
gegen Wellen mit vertikaler Polarisation.
Anlage 4 zeigt sein Verhalten gegenüber horizontaler Polarisation.
In Anlage 5 ist das Resultat der Schirmungsmessung des grauen hochschirmenden
Gewebes, von 20 MHz bis 6 GHz gemessen in einem TEM-Messgefäß mit einer koaxialen
Leitungswelle, die alle Polarisationsrichtungen aufweist. Diese Messung bestätigt die
hervorragende Schirmwirkung des grauen Gewebes von über 40 dB.
Anlage 6 zeigt die Messung im TEM-Messadapter für das schwarze Carbongewebe. Hier
liegen im unteren Frequenzbereich Schirmdämpfungswerte von 15 dB – 18 dB vor, wobei
durch die andersartigen Bestrahlung der Carbongewebeprobe im TEM-Gefäß und ihrer etwas
schlechteren Leitfähigkeit gegenüber dem grauen Gewebe diese Messung gegenüber der
realitätsnahen Messung in den Anlagen 3 und 4 nicht ganz identische Werte ergibt. Für die
Realität sind die Werte in Anlage 3 und 4 maßgebend.
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3.2 Messung der Reflexionseigenschaften der Carbonfasergewebe
Die etwas komplizierten Reflexionsmessungen wurden ebenfalls mit dem TEM-Messkopf-
Paar durchgeführt. Man beachte, dass die Kurven in den Anlagen 7 – 10 nicht die
Transmission sondern die Reflexionsdämpfung (LogMagnitude S11) wiedergeben.
Dabei wurde die Strecke zunächst vorschrifttsmäßig kalibriert und nach der Kalibrierung eine
Folie aus reinem Aluminium als Messobjekt eingespannt. Anlage 7 zeigt, dass sich eine
Dämpfung der Reflexion bis fast 5 GHz von 0 dB ergibt, dass zeigt die erwartete
„Totalreflexion“ der Welle durch die Alufolie. Die Ausschläge der Kurve am rechten Rand
wurden durch unvermeidbare Gefäßresonanzen verursacht. Sie sind quasi ungültig.
Zur Kontrolle zeigt Anlage 8 das Resultat, wenn sich überhaupt kein reflektierendes Objekt
in der Messstrecke befindet: Die reflektierten Anteile sind 40 dB und mehr niedriger als bei
einer totalreflektierenden Metallfolie.
Anlage 9 zeigt nun die Reflexion des hochschirmenden grauen Carbonfasergewebes: Die
Kurve ist fast gänzlich identisch mit der der Aluminiumfolie, d.h. die Schirmwirkung des
hochschirmenden grauen Carbonfasergewebes kommt vollständig wie bei einer
Aluminiumfolie ausschließlich durch Reflexion zustande.
In Anlage 10 mit dem Reflexionsergebnis für das oberflächenoptimierte schwarze Gewebe
erkennt man im mittleren GHz-Bereich, dass die Reflexion um ca. 3 dB geringer ist als die
der Alufolie oder des grauen hochschirmenden Gewebes.
Bei gleichzeitiger Betrachtung der Transmissionsresultate von ca. 16 dB (97,5 % werden
insgesamt abgschirmt) kann man daraus schließen, dass beim schwarzen Carbonfasergewebe
also ca. 50% der eintreffenden Leistung reflektiert und die knappe andere Hälfte (47,5 %) im
Material absorbiert wird.
In Anlage 11 sind Diagramme zur genaueren Ablesung der Frequenzen an den Gitterlinien für
die Anlagen 1 – 4 abgebildet. Diese Diagramme wurden bei der Kalibrierung ermittelt, bei
der sich kein Messobjekt zwischen den Antennen befand. So wurde die Null-Dezibel-Linie
definiert.
Neubiberg, 14.11.2002 Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 1 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation vertikal
Messobjekt: Hochschirmendes graues Carbongewebe
Obere Messkurve: Frequenzbereich 200 MHz - 2200 MHz
Untere Messkurve: Frequenzbereich 1 GHz - 10 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 2 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation horizontalal
Messobjekt: Hochschirmendes graues Carbongewebe
Obere Messkurve: Frequenzbereich 200 MHz - 2200 MHz
Untere Messkurve: Frequenzbereich 1 GHz - 10 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 3 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation vertikal
Messobjekt: Oberflächenoptimiertes schwarzes Carbongewebe
Obere Messkurve: Frequenzbereich 200 MHz - 2200 MHz
Untere Messkurve: Frequenzbereich 1 GHz - 10 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 4 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation horizontal
Messobjekt: Oberflächenoptimiertes schwarzes Carbongewebe
Obere Messkurve: Frequenzbereich 200 MHz - 2200 MHz
Untere Messkurve: Frequenzbereich 1 GHz - 10 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 5 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messobjekt: Hochschirmendes graues Carbongewebe gemessen im TEM-Messgefäß
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 6 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messobjekt: Oberflächenoptimiertes schwarzes Carbongewebe gemessen im TEM-
Messgefäß
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 7 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messung der REFLEXION
Messobjekt:
Aluminiumfolie gemessen im TEM-Messgefäß (Standard für Totalreflexion)
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 8 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messung der REFLEXION
Messobjekt:
Quasi leeres TEM-Messgefäß; so sieht das Resultat aus, wenn das Messobjekt keine
Reflexion verursacht
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 9 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messung der REFLEXION
Messobjekt:
Hochschirmendes graues Carbonfasergewebe im TEM-Messgefäß
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 10 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation ungerichtet
Messung der REFLEXION
Messobjekt:
Oberflächenoptimiertes schwarzes Carbonfasergewebe im TEM-Messgefäß
Frequenzbereich 20 MHz bis 6 GHz
Prof. Dipl.-Ing. P. Pauli Anlage 11 zum Gutachten vom 14.11.2002
Polarisation vertikal
Kalibrierungsmessung: Die Linien für 0 dB wurden aufgenommen, als sich kein Messobjekt
in der Messöffnung befand.
Oberes Diagramm: MHz-Bereich; unteres Diagramm: GHz-Bereich;