Ein spezieller Multilayer-Lack-Aufbau verbessert bei Gehäusen die Schirmwirkungen.

Ein spezieller Multilayer-Lack-Aufbau verbessert bei Gehäusen die Schirmwirkungen. (Bild: Nordiah - stock.adobe.com)

Typische Beispiele für Radaranwendungen im Automotive-Bereich sind Abstandsradare, Geschwindigkeitsradare und andere Sensoranwendungen im Radarfrequenzbereich. Es werden dafür verschiedene Frequenzen im GHz-Bereich angewendet.

Alle technischen Aufbauten und Gehäuse, welche herkömmliche Cu-Lacke für die Radarabschirmung nutzen, haben einen großen Nachteil. Es kann zwar mit den leitfähigen Monolayer-Lacksystemen eine bestimmte gute Schirmdämpfung erreicht werden, aber nicht kontinuierlich im gesamten genutzten Frequenzbereich. Nach Schwab/Kürner sind in verschiedenen diskreten Bereichen Resonanzfrequenzen der praktischen Geometrien/Gehäuse, auch mit EMV-Leitlacken, vorhanden. Diese starken Einbrüche in den Resonanzfrequenzen nennt man Resonanzkatastrophen. Diese Resonanzkatastrophen sind schädlich, da die Schirmdämpfung an diesen Stellen stark einbricht. Das ist ein praktischer Effekt und kann unter Umständen zu EMV-Problemen führen.

Theoretische Einleitung der Materialsynthese

Es ist möglich, mit einem bestimmten Aufbau eines neuartigen Multilayer-Lack-Aufbaus sehr gute theoretische Ergebnisse für eine Verbesserung der Schirmwirkung eines neuen Radarschirmsystems gegenüber den herkömmlichen leitfähigen Cu-Abschirmungen zu erreichen. Mit dem folgenden theoretischen Multilayersystem wird eine neue Radarschirmung vorgestellt (alle erwähnten Formeln sind in Bild 5 dargestellt):

Formel 1 zeigt die Berechnung der Schirmdämpfung S. T ist dabei der Gesamttransmissionskoeffizient und berechnet sich nach Formel 2. Bei tn handelt es sich um die Dicke des jeweiligen Layers. Die Größe P lässt sich nach Formel 3 bestimmen. Bei ηn handelt es sich um die jeweilige innere Impedanz des Layers. Um diese zu bestimmen ist es wichtig zu wissen, um was für eine Art von Layer es sich handelt. Die Formel 4 gilt für einen Absorberlack (links) oder für ein leitfähiges Lackpolymer (rechts). Die Grüße σn ist die elektrische Leitfähigkeit und μn steht für die Permeabilität. Schon in Formel (2), als auch in Formel (4) taucht das Symbol γn auf. Dieses steht für die Ausbreitungskonstante des jeweiligen Layers und lässt sich nach Formel (5) berechnen. Der letzte noch fehlende Wert ist der Reflexionskoeffizient, der sich nach Formel (6) berechnen lässt. Diese theoretischen Angaben für ein neues Absorberschirmsystem sind ein Zielmodell, dass für den praktischen Aufbau des neuen Radarschirmmultilayers Verwendung finden soll.

Bild 1: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter ohne Material.
Bild 1: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter ohne Material. (Bild: IMG)

Versuche in einem gewählten Radarbereich

IMG hat ein eigenes Lack-Multilayersystem (nach den Vorgaben der theoretischen Simulation) aufgebaut. Mit einer Hohlleitermessanordnung, Radarpulsquelle und einem Spektrumanalysator wird die Transmissionsdämpfung eines herkömmlichen Monolayer-Cu-Lack-Schirms im Vergleich zu einem neuen Radarschirm-Multilayer im Frequenzbereich von rund 26 GHz genutzt. Bild 1 beschreibt die Transmissionsdämpfungskurve des Hohlleiters ohne Material.

Bild 2: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und herkömmlicher Cu-Lackierung.
Bild 2: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und herkömmlicher Cu-Lackierung. (Bild: IMG)

In Bild 2 ist die Transmissionsdämpfungskurve im Hohlleiter einer herkömmlichen Cu-Lack-Abschirmung im Frequenzbereich 26 GHz zu sehen.

Bild 3: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und neuartiger Radarlackschirmung.
Bild 3: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und neuartiger Radarlackschirmung. (Bild: IMG)

In Bild 3 kann man die Transmissionsdämpfungskurve der neuartigen Radarabschirmung erkennen.

Bild 3: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und neuartiger Radarlackschirmung.
Bild 3: Transmissionsdämpfung mit Hohlleiter und neuartiger Radarlackschirmung. (Bild: IMG)

Nach Auswertung der Messwerte wurde festgestellt, dass das neuartige Radarlacksystem den doppelten Schirmwert gegenüber dem herkömmlichen Cu-Monlayer aufweist.

Bild 4: Schirmdämpfung des herkömmlichen Lackes = Lack 1 und des neuartigen Lackes = Lack 2.
Bild 4: Schirmdämpfung des herkömmlichen Lackes = Lack 1 und des neuartigen Lackes = Lack 2. (Bild: IMG)

Das von IMG neu entwickelte Multilayer-Lacksystem besitzt im Radarbereich bei 26 GHz einen Schirmdämpfungswert von 14 dB.

Bild 5: Alle Formeln des Artikels sind in diesem Bild zusammengefasst.
Bild 5: Alle Formeln des Artikels sind in diesem Bild zusammengefasst. (Bild: IMG)

Zusammenfassung

Ausgehend von der Problemstellung und der theoretischen Einführung der Materialsynthese wurde in den experimentellen Betrachtungen das neue EMV-Radarabschirmkonzept
vorgestellt. Bei dem neuen Radarschirm-Multilayer ist eine Verbesserung der Schirmwirkung um 7 dB gegenüber Cu-Monolayern erkennbar. Zukünftig wird das neue EMV-Multilayer-Lacksystem für den Radarbereich mit einer Optimierung in den Resonanzfrequenzen weiterentwickelt. Anwendungen des neuartigen EMV-Lackes können Schirmmaterialien für Automotive-Sensorsysteme und für Industrie-Abstands-Radaranordnungen sowie für Chemiefüllstandsgeräte sein. (na/neu)

Autoren

Frank Gräbner, Ass. Prof.(BG) Dr.-Ing. und Ronny Kemter, Prüfingenieur Prüfdienstleistungen, beide IMG Electronic & Power Systems.

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