CN101032198A - 电磁波吸收体 - Google Patents
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Abstract
导电性图案(12)具有基本上为多角形即大致的多角形的外部轮廓形状,将电磁波吸收量的峰值与导电性图案的外部轮廓形状为圆形的情况相比,可以提高电磁波吸收量的峰值。这样,导电性图案(12)被形成为基本上呈多角形,其中至少1个角部为曲线状。由此,因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移可以抑制在较低的水平。因此,可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体,其电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
Description
技术领域
本发明涉及捕获、吸收电磁波的电磁波吸收体。
背景技术
在计算机网络的LAN(局域网:Local Area Network)的建构方面,正在利用使用了微波的无线LAN来建构更为灵活且机动性高的通信系统。另外,已经开始了一项通信服务,它在被称之为FWA(固定无线接入:Fixed Wireless Access)的广域网或交换网与使用者操作的通信装置之间进行无线通信,从而无线通信系统可以更加贴身地加以使用。再者,被认为是WPAN(无线个人域网:Wireless Personal AreaNetwork)的代表的、被称之为蓝牙(Bluetooth)的近距离无线技术正在作为有线电缆技术的替代技术加以利用。今后,通过被称之为VoWLAN(语音无线局域网:Voice over Wireless Local Area Network)的无线LAN进行的、使用能够进行语音通话的手机装置的通信系统也可以预想得到普及。
当极其接近地建构多个无线LAN系统、或者在建构无线LAN系统的环境中使用微波炉以及利用了无线通信技术的防盗装置等时,应用同一频带的电磁波的结果,往往产生电磁波干涉(与其它波的干涉)的问题。除此以外,也往往产生起因于反射波等的传输错误的问题(多路径问题、自干涉)。具体地说,将产生利用上述无线技术的设备之间的传输速度的降低、BER(比特错误率:Bit Error Rate)的增大即通信环境的恶化。这恐怕对电子设备产生影响,在最坏的情况下,有可能产生设备的误动作。为了解决这些问题,可以使用包含具有导电性图案(以下有时简称为“图案”)的图案层的电磁波吸收体(以下有时称为“图案电波吸收体”)。
例如,日本专利第3076473号(特开平6-244583号公报)、日本专利第3209456号(特开平6-140787号公报)、特开平11-204984号公报以及特开2002-246786号公报已经公开了图案电磁波吸收体。特别是在特开2002-246786号公报中,提出了具有掠入射(grazing incidence)特性优良的图案层的电磁波吸收体。再者,在特开平11-204984号公报中,具有关于多个共振型频率选择性电磁波屏蔽性面状体的记载,它涉及包含具有双峰特性的图案层的电磁波吸收体。这些专利文献各自公开的电磁波吸收体所使用的图案的形状为多角形或圆形,呈线状或面状的形状。关于图案的形状,目前还没有发现就电磁波的偏振波对电磁波吸收特性的影响进行研究的文献。
图案电磁波吸收体使图案作为与应该吸收的频率下的电磁波相对应的接收天线发挥作用以捕获电磁波,通过图案及损耗层让该捕获的电磁波产生干涉,从而使电磁波衰减或相互抵消,藉此来减少反射波。这样,图案电磁波吸收体可以实现薄型的电磁波吸收体,其以对于应该吸收的频率下的电磁波产生共振的方式进行匹配。
图案电磁波吸收体被设计为:适当设定图案的尺寸,以减少应该吸收的频率下的电磁波的反射量,但是,在图案对偏振波的依存性较大的情况下,与应该吸收的频率下的电磁波相对应将变得困难。也就是说,所存在的问题是:起因于图案的形状,根据TE波、TM波、从其间的任意的角度进入的电磁波或者圆偏振波的不同,电磁波吸收特性、特别是吸收频率将发生变化,因此,存在电磁波吸收特性具有偏振波依存性的问题。
其原因在于:图案电磁波吸收体使包括图案的形状、数量、排列、损耗层的尺寸和材料常数(ε’、ε”、μ’、μ”)在内的参数相互关联而创造出最优状态,以实现高性能薄型电磁波吸收体,因而已经建立了针对对于垂直入射电磁波的吸收特性的最优化设计,但是,因电磁波的入射角度和偏振波的影响,共振状态容易受到影响,从而共振频率容易产生变动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁波吸收体,其中电磁波吸收量的峰值较大,或者可以吸收多个频率的电磁波,而且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
本发明涉及一种电磁波吸收体,其特征在于:其是由图案层和损耗层层叠而成的,其中,图案层是含有一种或多种导电性图案的多个导电性图案以互不连接的方式而形成,所述导电性图案具有至少1个角部呈曲线状的大致多角形的外部轮廓形状;损耗层包括由具有复数相对磁导率(μ’、μ”)的磁性损耗材料以及具有复数介电常数(ε’、ε”)的介质损耗材料之中的至少一方的材料构成的部分。
另外,本发明的特征在于:在因偏振波方向的不同而产生的可以吸收的频率的偏移能够得到抑制的尺寸范围内,所述角部的形成为曲线状的部分的尺寸被确定为较小的尺寸。
另外,本发明的特征在于:导电性图案为面状的图案。
另外,本发明的特征在于:外周长不同的导电性图案通过组合而形成。
另外,本发明的特征在于:角部的曲率半径不同的导电性图案通过组合而形成。
另外,本发明的特征在于:相邻的2个导电性图案的间隔因位置的不同而不同。
另外,本发明的特征在于:导电性图案具有一个或多个空孔部,该空孔部对于应该吸收的频率下的电磁波产生共振。
另外,本发明的特征在于,损耗层包括:电磁波吸收层,其由磁性损耗材料以及介质损耗材料之中的至少一方的材料构成;以及电介质层,其由电介质材料组成。
另外,本发明的特征在于:电磁波吸收层相对于100重量份的有机聚合物,以1重量份~1500重量份的配比,含有选自铁氧体、铁合金、铁粒子之中的1种或多种材料作为磁性损耗材料。
另外,本发明的特征在于:电介质层的复数介电常数的实部μ’在1~50的范围内。
另外,本发明的特征在于:电磁波吸收层以及电介质层各自的表面电阻率为106Ω/□以上。
另外,本发明的特征在于:电磁波吸收层以及电介质层的至少一方是由多层层叠而成的。
另外,本发明的特征在于:是用于吸收2.4GHz频带的电磁波的电磁波吸收体,总厚度为4mm以下。
另外,本发明的特征在于:是用于吸收900MHz频带的电磁波的电磁波吸收体,总厚度为10mm以下。
另外,本发明的特征在于:导电性反射层相对于损耗层,层叠在与图案层相反的一侧。
另外,本发明是具有阻燃性或不燃性的电磁波吸收体。
另外,本发明涉及一种使用上述电磁波吸收体的电磁波吸收方法。
附图说明
本发明和这些目的及其以外的目的、特色和优点,从下述的详细说明和附图可以更加明确。
图1是表示图案P的主视图,用于说明电磁波照射时取决于方形图案的角度的电场产生的方向。
图2是本发明的一实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。
图3是表示构成图2所示的本发明的一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。
图4是图2和图3所示的实施方案中图案层5的局部放大主视图。
图5是本发明的其它实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。
图6是本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。
图7是表示构成本发明的其它实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。
图8是表示构成本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。
图9是表示本发明的其它实施方案的大致呈方形的图案41的主视图。
图10是表示本发明的另一实施方案的放射形图案40的主视图。
图11是表示电磁波的吸收特性的模拟结果的曲线图。
图12是表示因赋予R而使吸收特性得以改善的结果和吸收频率向高频方向移动的曲线图(模拟结果)。
图13是比较2.45GH频带的吸收特性的模拟结果和实测值的曲线图。
图14是表示吸收频率为2个的模拟结果的曲线图。
图15是表示图14的电磁波吸收特性的导电性图案、具体地说是表示大致呈方形的图案31的排列的一部分的主视图。
图16是表示因不同曲率半径R的大致呈方形的图案31的组合而使电磁波吸收特性发生变化的模拟结果的曲线图。
图17是表示吸收频率为3个的模拟结果的曲线图。
图18是表示图17的电磁波吸收特性的导电性图案、具体地说是表示大致呈方形的图案31的排列的一部分的主视图。
图19作为本发明的实施例,是在900MHz频带具有吸收峰的电磁波吸收体的TE波的电磁波吸收特性的曲线图。
图20作为本发明的实施例,是在900MHz频带具有吸收峰的电磁波吸收体的TM波的电磁波吸收特性的曲线图。
图21是表示构成本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。
图22作为本发明的实施例,是表示在900MHz频带具有吸收峰的电磁波吸收体的模拟结果的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图,就按照本发明的电磁波吸收体优选的实施方案进行说明。
图1是图案P的主视图,表示于图案P中,在接收了作为TE波的电磁波的情况下,图案P的方向对图案P内产生的电场所施加的影响。图1(1)表示在电磁波的电场方向(以下常常称为“偏振波方向”)上,将方形图案P置于正对的位置关系时电场的产生方式;图1(2)表示从图1的位置关系使图案P转位45度(°)角时电场的产生方式;图1(3)表示在圆形图案P时电场的产生方式。所谓图1(1)的位置关系,是具有与电磁波中电场的方向平行或垂直的边的方形图案P的位置关系。图1(2)的位置关系是从图1(1)的位置使方形的导电性图案P转位45度(°)角的位置关系。所谓方形,就是4个内角为直角的四角形。图1中的各图案P为导电性图案。
如图1所示,当图案P接收电磁波时,在图案P上产生的电场方向E随图案P形状的不同而不同,同时对于方形图案P的情况,则因图案P相对于电磁波的偏振波方向的位置关系的不同而不同。在图1(1)的情况下,图案P内产生的电场方向E是方向平行于1个边的直线状的方向。在图1(2)以及图1(3)的情况下,图案P内产生的电场方向E大致呈双曲线状。
当这样产生的电场方向E发生变化时,则对于电磁波的共振频率就会改变。方形图案P在接收电磁波、特别是TE波以及TM波的情况下,如果采用图1(1)的配置,则在边附近沿着边部容易流过共振电流。与此相对照,在使方形图案P从图1(1)转位45度(°)角的图1(2)的情况以及使用圆形图案P的图1(3)的情况下,表现出不像图1(1)使用方形图案P的情况那样,共振电流能够在边附近集中。因此,为接收电磁波而使用的图案存在与电磁波的偏振波方向无关、且接收状态恒定的诸如圆形图案之类的图案,以及接收状态根据电磁波的偏振波方向而发生变化的诸如方形图案之类的导电性图案。在实际的电磁波吸收体的使用环境下,不仅存在诸如TE波以及TM波之类的直线偏振波的电磁波,而且存在圆偏振波的电磁波,同时,即使是直线偏振波的电磁波,其偏振波方向也未必在同一方向,必须吸收偏振波方向不同的电磁波被混合的电磁波,因此,抑制因这样的偏振波方向而使接收状态不同的偏振波的依存性,即改善偏振波特性便成为重要的课题。本发明可以解决这个课题。
再者,在通过导电性图案接收电磁波、使能量在损耗层损耗的电磁波吸收体中,当分析起因于导电性图案的形状的电磁波吸收特性的倾向时,则电磁波吸收量的提高和减少偏振波依存性的偏振波特性的提高与其说二者不可兼得,倒不如说二者是相互矛盾的。在导电性图案的形状为多角形的情况下,不管是线状或是面状,当导电性图案的外部轮廓形状具有被称之为尖端(edge)的锐角角部时,电磁波吸收量的峰值升高,而由于电磁波的电场方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移增大。另外,在导电性图案的形状为圆形的情况下,则不管是线状或是面状,均不会因电磁波的偏振波方向的不同而使吸收量达到峰值的频率产生偏离,但电磁波吸收量的峰值降低。
多角形等具有锐角角部的导电性图案与圆形的导电性图案相比,其Q值得以升高。Q值可以用共振频率和频带宽来表示,即Q=共振频率/频带宽。频带宽是具有预定的接收强度、例如接收强度为共振频率ω0下的接收强度的1/2以上的频带的宽度。因此,如果设定共振频率为ω0,接收强度为共振频率ω0下的接收强度的1/2并夹持共振频率的两侧的频率分别为ω1、ω2(>ω2),则可以用Q=ω0/(ω2-ω1)来表示。
由于该Q值表示图案电磁波吸收体的电磁波吸收特性,所以套用电磁波吸收量的峰值来表现。所谓Q值较高,就是电磁波被吸收的频带(以下常常称为“吸收频带”)的宽度较小,但表示具有较高的电磁波吸收量(以下常常简称为“吸收量”)的峰值。另外,所谓Q值较低,就是吸收量的峰值较小,但表示具有较大的吸收频带的宽度。吸收频带是预定吸收量以上的吸收量被吸收的电磁波的频率。
具有锐角角部的导电性图案由于其Q值较高,所以吸收量的峰值增高,但吸收频带的宽度变得狭小,根据偏振波方向的不同,产生了共振频率的偏移。这在图1(1)的情况下,是沿着其图案P的边产生强大的电流,并在该部分产生共振,与此相对照,在图1(2)以及图1(3)的情况下,流过强大电流的路径很明显不像图1(1)的情况那样,产生沿着边部集中的现象。换句话说,由于电流路径的扩大,可以说涉及共振的半波长的波分布的区域扩大,共振的条件增多。作为其结果,吸收频带的宽度增大。在方形导电性图案的情况下,当如图1(1)那样进行配置时,将产生与边平行的笔直方向的电场,但是,当如图1(2)那样转位45度(°)角时,则产生圆弧所描绘那样的方向的电场,因而其分布是明显不同的。也就是说,在使用方形导电性图案的构成中,共振集中产生的结果,虽然电磁波吸收特性得以提高,但具有偏振波依存性。这样的特性并不局限于方形,采用多角形的导电性图案的构成也同样地具有。
本实施方案旨在提供一种优良的图案电磁波吸收体,其可以谋求导电性图案形状的最优化,减少偏振波依存性,且提高电磁波吸收量。所谓图案电波吸收体,就是包含具有导电性图案的图案层的电磁波吸收体。由于改善了使用多角形导电性图案时的上述缺点,所以导电性图案的形状基本上为多角形,但成为使至少1个角部形成为曲线状的形状。在角部上赋予R、即成为曲面状的效果,就是共振电流不会在角部滞留而变得容易流动,进而共振区域得以扩大,结果Q值稍有降低,但表现出宽频带性能,因而偏振波特性得以改善。
这样,因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移可以抑制在较低的水平。因此,可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体,其电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
图2是本发明的的一实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。例如,办公室等空间的电磁波环境得以改善的该电磁波吸收体1是从位于图2上方的电磁波入射侧开始,按照图案层5、电磁波吸收层4、电介质层3和导电性反射层2的顺序层叠而成的。图案层5具有多个导电性图案12。导电性图案12依存于包括该导电性图案12在内的各图案30、31的形状,可以调整匹配频率。电磁波吸收体1例如可以用于吸收2.4GHz或5.2GHz的电磁波。
图3是表示构成图2所示的本发明的一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。图4是图2以及图3所示的实施方案中的图案层5的局部放大主视图。
该图案层5在板状基材11的电磁波入射侧的表面上,形成有导电性图案12。板状基材11例如由作为合成树脂的电介质构成,该板状基材11还是电介性的损耗材料。导电性图案12具有放射形图案30和大致呈方形的图案31。
放射形图案30形成为放射形状,多个放射形图案30被设定为相互空出间隔(以下称“放射形图案间隔”)c2x、c2y。更具体地说,例如在本实施方案中,放射形图案30被形成为十字状,其是沿相互垂直的x方向以及y方向的放射状;也可以配置成规整的行列状,其在x方向空出放射形图案间隔c2x,在y方向上空出放射形图案间隔c2y。
放射形图案30以图4用虚拟线表示的十字20为基础,使交叉部分16中的4个角部21为曲线状,具体地说是成为圆弧状的形状。作为基础的十字形20的形状为:沿x方向细长延伸的长方形的形状部分14和沿y方向细长延伸的长方形的形状部分15在各自的形状部分14、15的重心重叠,并在交叉部分16交叉成直角。各形状部分14、15在交叉部分16沿垂直轴线周围偏转90度而具有同样的形状。这样的十字形20的形状为:将为等腰直角三角形的、与直角的角部相对的斜边向直角的角部凹陷的圆弧状的4个大致的三角形22以直角的角部可以收纳在十字形20的各交叉部分16的角部21的方式进行设置。
在应该吸收的电磁波的频率为2.4GHz的情况下,如果列举出放射形图案30的尺寸的一个实例,则各形状部分14、15的宽度a1x、a1y相等,例如为1.0mm,各形状部分14、15的长度a2x、a2y相等,例如为25.0mm。因此,关于成为形成为圆弧状的角部的圆弧状的尺寸,除大致的三角形22的斜边以外的边的长度,具体地说是x方向的边的长度a3x以及y方向的边的长度a3y相等,例如为11.5mm,斜边的曲率半径R1为11.5mm。关于放射形图案的间隔,在x方向的间隔c2x和y方向的间隔c2y相等,例如为4.0mm。
大致呈方形的图案31在被放射形图案30所包围的区域,被配置为与放射形图案30相距间隔(以下称为“放射-方形间隔”)c1,从而以放射形图案30所包围的区域被全面涂覆的方式进行设置。更详细地说,形成为与被放射形图案部所包围的区域相对应的形状。更具体地说,例如在本实施方案中,放射形图案部30是如上述那样的十字状,被放射形图案30所包围的区域是以长方形为基础的大致长方形,并形成为与此相对应的形状,即形成为放射一方形间隔c1在整个周边相同的形状。在各形状部分14、15如上述那样为同一形状的情况下,被放射形图案30所包围的区域成为以正方形为基础的大致正方形,大致呈方形的图案31成为以正方形25为基础的大致正方形。大致呈方形的图案31被配置为:成为基础的正方形25的边部沿x方向以及y方向的任何一个延伸。
大致呈方形的图案31是以正方形25为基础,使4个角部26成为曲线状、具体地说成为圆弧状的形状。具体地说,是从正方形25中,将为等腰直角三角形的、与直角的角部相对的斜边向直角的角部凹陷的圆弧状的4个大致的三角形27按照能够使直角的角部收纳在正方形的各角部26中的位置关系除掉的形状。
在应该吸收的电磁波的频率为2.4GHz的情况下,如果列举出大致呈方形的图案31的尺寸的一个实例,则正方形25在x方向的尺寸b1x和在y方向的尺寸b1y相等,例如为25.0mm。因此,关于成为形成为弧状的角部的圆弧状的尺寸,除大致的三角形27的斜边以外的边的长度,具体地说是x方向的边的长度b2x以及y方向的边的长度b2y相等,例如为10.0mm,斜边的曲率半径R2为10.0mm。关于放射—方形间隔,在x方向的间隔c1x和y方向的间隔c1y相等,例如为4.0mm。
这样,放射形30图案以及大致呈方形的图案31是以大致的多角形为基础,具有至少1个角部呈曲线状的大致的多角形的外部轮廓形状的导电性图案。在这样的图案中,接收电磁波时的共振电流便可以在形成为曲线状的角部顺畅地流动。
另外,放射形图案30以及大致呈方形的图案31不是沿上述形状的外周边延伸的闭环的线状(带状),而是内周部也被全面涂覆的面状的图案。因此,可以在与导电性反射层2之间形成电容器。
在这样的电磁波吸收体1中,通过图案层5可以高效地接收各导电性图案12的共振频率的电磁波。但是,最终的共振频率不仅受到图案尺寸的影响,而且受到由导电性图案12彼此之间的结合特性、电磁波吸收层4、电介质层3所决定的阻抗的影响。接近于该图案层5,设置有电磁波吸收层4、电介质层3,从而通过图案层5所接收的电磁波的能量受到损耗。换句话说,可以把电磁波的能量转换成热能加以吸收。这样通过使用图案层5,可以高效地接收并吸收电磁波。
电磁波吸收层4由具有复数相对磁导率(μ’、μ”)的磁性损耗材料以及具有复数介电常数(ε’、ε”)的介质损耗材料之中的至少一方的材料构成。电介质层3由具有复数介电常数(ε’、ε”)的介质损耗材料构成。导电性反射层2的构成是:在板状基材的电磁波入射侧的表面上,遍及整个表面形成导电性膜。电磁波吸收体1通过图案层5的各导电性图案12,接收由其形状以及尺寸决定的共振频率下的电磁波,可以使该电磁波能量在含有电磁波吸收层4以及电介质层3的损耗层损耗,具体地说,使其转变为热能而加以吸收。也可以是不含电介质层3的构成。
电磁波吸收体1通过设计为如上述那样的层叠构成,可以提高电磁波的吸收效率,因而可以得到电磁波吸收量大的电磁波吸收特性,从而可以谋求薄型化以及轻量化。例如,以用于吸收2.45GHz的电磁波的构成进行比较,电磁波吸收体1与λ/4型的电磁波吸收体相比较,可以将厚度抑制在约1/3~约1/4的程度而实现薄型化,与使用橡胶铁氧体等的单层型电磁波吸收体相比较,可以将厚度抑制在约1/2的程度而实现薄型化、以及将重量抑制在约1/4的程度而实现轻量化。另外,将导电性图案12设计为面状的图案,以致在其与导电性反射层2之间形成电容器,可以增大其容量而提高接收效率,从而可以提高电磁波吸收效率。
另外,电磁波吸收体1采用设置作为电磁波屏蔽板的导电性反射板2的构成。在没有设置该导电性反射板2的情况下,可以采用在具有电磁波屏蔽性能的物体的表面上进行设置的构成。由此,图案层5的形状以及尺寸等便容易确定即容易设计。此时,在使用导电性反射板2的构成中,因受到电磁波吸收体1的设置场所的影响而使导电性图案12、30、31的共振频率发生的变化便能够得到防止。例如,即使将电磁波吸收体1(不层叠导电性反射板2的构成)设置在不具有导电性的建筑物内部装潢材料上,也由于受到该内部装潢材料固有的复数介电常数等的影响,图案(接收天线)的共振频率有时发生变化,但这种现象是可以防止的。
另外,在导电性图案12中,放射形图案30被配置为使上述那样呈放射状延伸的部分相互对接,大致呈方形的图案31形成为与放射形图案30所包围的区域相对应的形状。这样的配置通过组合接收原理不同的(放射形图案为偶极天线、方形图案为贴片天线(patch antenna))、放射形图案30和方形图案31,成为接收效率最优(升高)的组合。因此,可以实现高吸收效率的电磁波吸收体。另外,放射形图案30是沿x方向和y方向放射的配置,同时成为大致呈方形的图案31的基础的正方形的边部以沿x方向以及y方向延伸的方式进行配置,从而像在x方向和y方向存在电场方向那样产生偏振的电磁波的接收效率可以得到提高。
电磁波吸收体1的接收电磁波的导电性图案12具有基本上为多角形即大致的多角形的外部轮廓形状,将电磁波吸收量的峰值与导电性图案的外部轮廓形状为圆形的情况相比,可以提高电磁波吸收量的峰值。这样,导电性图案12被形成为基本上呈多角形,其中至少1个角部为曲线状。由此,因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移可以抑制在较低的水平。因此,可以获得优良的电磁波吸收特性,即电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
这样,本实施方案的电磁波吸收体1通过图案层5的导电性图案12,根据天线的共振原理来接收特定频率的电磁波。换句话说,本发明的电磁波吸收体除吸收电磁波以外,在附近存在金属(导电性发射层2)的状态下,也使导体图案12具有作为接收天线有效发挥作用的功能。在此,特定频率是由导电性图案12的形状以及尺寸等各种因素所决定的频率,是通过电磁波吸收体1应该吸收的频率。如果用导电性图案12接收电磁波,就会在导电性图案12的端部流过共振电流。由于流过该电流,所以在电流的周围产生磁场。磁通密度以越接近电流就越大的状态进行分布。如果在该图案层5的附近设置具有磁性损耗材料的损耗层,就可以使磁场在能量上产生损耗。这样就可以使电磁波的能量转变为热能而加以吸收。在本实施方案中,损耗层包含电磁波吸收层4和电介质3。
再者,通过把电磁波吸收体1安装在表面部由导电性材料构成的物体上来使用;或者相对于损耗层在与图案层5相反的一侧上进一步设置导电性反射层等,这样在损耗层介于图案层和导电性的层之间的层叠状态下使用;便可以在图案层5的导电性图案12和导电性的层(由导电性材料构成的物体的表面层或导电性反射层)之间构成电容器。如果缩短该导电性图案12和导电性的层之间的距离,便可以增大电容器的容量。另外,在图案彼此之间也可以形成电容器。这样,图案电磁波吸收体通过利用电容器而赋予电抗调整功能,由此便可以实现薄型化。
图5是本发明的其它实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。本实施方案类似于上述图2~图4的各实施方案,在相对应的部分标注相同的参照符号。特别地,本实施方案从电磁波入射侧开始,按照电磁波吸收层4、图案层5、电介质层3以及导电性反射层2的顺序层叠而成。至于其它的构成,则与上述的实施方案同样。
本发明的电磁波吸收量(反射损耗量)的计算利用计算机模拟来进行。模拟法使用TLM法,使用KCC公司生产的“Micro-Stripes”。在进行该计算时,电磁波吸收层4例如在2.4GHz的材料常数被设定为:复数介电常数的实部ε’=12.2,复数介电常数的虚部ε”=1.13,复数相对磁导率的实部μ’=1.02,复数相对磁导率的虚部μ”=0.48,厚度为0.5mm。电介质3例如在2.4GHz的材料常数被设定为:ε’=3.79,ε”=0.03,厚度为2.0mm。也就是说,作为2.4GHz频带的电磁波吸收体,实现了厚度为2.5mm厚(作为具有磁导率的层,厚度为0.5mm)的薄型化。但是,材料常数和厚度并不局限于这些数值,可以选择任意的组合。例如,为实现进一步的薄型化,也可以利用由提高ε’和μ’所产生的波长缩短效果,总厚度为0.5mm和1.0mm的也可以制造出来。
图6是本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的剖视图。本实施方案类似于上述图2~图4的各实施方案,在相对应的部分标注相同的参照符号。特别地,本实施方案在图案层5的电磁波入射侧(图6的上方),也可以如上述那样进一步形成表面层6。构成并不局限于图5以及图6所示的构成。例如也可以从电磁波入射侧开始,按照电磁波吸收层4、图案层5、电磁波吸收层4、电介质层3、导电性反射层2的顺序构成。
作为本发明的实施方案,具有从电波入射的方向按照图案层5、电磁波吸收层4、电介质层3、导电性反射层2的顺序层叠而成的层叠体,按照电磁波吸收层4、图案层5、电介质层3、导电性反射层2的顺序层叠而成的层叠体,按照电磁波吸收层4、图案层5、电磁波吸收层4、电介质层3、导电性反射层2的顺序层叠而成的层叠体,按照图案层5、电介质层3、导电性反射层2的顺序层叠而成的层叠体,按照图案5、电介质层3、导电性反射有层2的顺序层叠而成的层叠体等。本发明并不局限于这些,还包含各种方案的层叠体。另外,这些层叠体还可以是抽选出主要层的,也未必如上述那样排列,例如,即使在各层之间插入粘结层、支持体或保护层等,也可以得到同样的效果。另外,通过配合粘结剂,也可以兼有粘结层和电介质层3或电磁波吸收层4。
在本发明的又一实施方案中,电磁波吸收体也可以采用如下的构成:即不含有图2~图6的各实施方案中的导电性反射层2,不含有这样的导电性反射层2的电磁波吸收体在与电介质层3的电磁波入射侧(图5以及图6的上方)相反的一侧(图5以及图6的下方),在具有电磁波屏蔽性能的表面上进行设置。具有电磁波屏蔽性能的表面例如也可以具有与导电性反射层2同样的构成,例如也可以通过金属板来实现。这样的构成可以实现与具有导电性反射层2的电磁波吸收体一样的电磁波吸收特性。
图7是表示构成本发明的其它实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。在本实施方案中,使用图7所示的图案层5以代替图3以及图4所示的图案层5。其它的构成与图2~图6的构成同样。图3以及图4所示的图案层5的导电性图案12具有放射形图案30和大致呈方形的图案31,但是,图7的图案层5的导电性图案12,只有大致呈方形的图案31。即使是这样的构成,也可以实现同样的效果。
图8是表示构成本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。在本实施方案中,使用图8所示的图案层5以代替图3以及图4所示的图案层5。其它的构成与图2~图6的构成同样。图3以及图4所示的图案层5的导电性图案12具有放射形图案30和大致呈方形的图案31,但是,图8的图案层5的导电性图案12只有放射形图案30。即使是这样的构成,也可以实现同样的效果。
图9是表示本发明的其它实施方案的大致呈方形的图案41的主视图。在本实施方案中,使用图9所示的大致呈方形的图案41以代替图3、图4以及图7所示的大致呈方形的图案31。其它的构成与图2~图7的构成同样。图3、图4以及图7所示的大致呈方形的图案31是面状图案,而图9的大致呈方形的图案41是沿着外周边延伸的闭环的线状(带状)的图案。即使是这样的构成,虽然在与导电性反射层2之间所形成的电容器的容量减少,但也可以实现同样的效果。
图10是表示本发明的另一实施方案的放射形图案40的主视图。在本实施方案中,使用图10所示的放射形图案40以代替图3、图4以及图8所示的放射形图案30。其它的构成与图2~图6以及图8的构成同样。图3、图4以及图8所示的放射形图案30是面状图案,而图10的大致放射形图案40是沿着外周边延伸的闭环的线状(带状)的图案。即使是这样的构成,虽然在与导电性反射层2之间所形成的电容器的容量减少,但也可以实现同样的效果。
图11是表示电磁波的吸收特性的模拟结果的曲线图。作为电磁波吸收体1的构成,设计为图2的构成。在图11中,横轴表示频率,纵轴表示反射损耗。反射损耗的数值越小,表示电磁波的吸收量越大。对于将正方形、角部为圆弧状的大致正方形、圆形的图案如图7那样进行排列的电磁波吸收体,求算出反射特性。除角部的曲率半径以外的条件完全一致。
不论下标“a”“b”如何,标注符号50的线50a、50b表示正方形图案的电磁波吸收特性。不论下标“a”“b”如何,标注符号51的线51a、51b表示圆形图案的电磁波吸收特性。不论下标“a”“b”如何,标注符号52的线52a、52b表示以正方形为基础、将角部设计为小曲率半径的圆弧状的图案的电磁波吸收特性。不论下标“a”“b”如何,标注符号53的线53a、53b表示以正方形为基础、将角部设计为中等曲率半径的圆弧状的图案的电磁波吸收特性。不论下标“a”“b”如何,标注符号54的线54a、54b表示以正方形为基础、将角部设计为小曲率半径的圆弧状的图案的电磁波吸收特性。关于各图案,用下标“a”、“b”区别地表示偏振波方向相差45度(°)的电磁波的电磁波吸收特性。
在正方形图案(无R)中,Q值较高,电磁波吸收量的峰值(峰值吸收量)较大,但大吸收量的频带较小,为调整该频带以使其与应该吸收的目标频率相匹配,需要耗费大量的工夫。另外,因电磁波的偏振波方向的不同,电磁波的吸收量达到峰值的频率(峰值频率)的偏移较大,从而偏振波特性较差。在圆形的图案中,偏振波特性极好,但Q值较低,峰值吸收量较小。与此相对照,在以方形为基础、并使角部成为曲线状的图案(带R的正方形)中,峰值吸收量较大,且偏振波特性良好。
由图11可知:在以正方形为基础、并使角部成为曲线状的图案中,角部中形成为曲线状的部分的尺寸存在一个范围,在该范围可以抑制因偏振波方向的不同而引起的能够吸收的频率的偏移,也就是可以得到与圆形同等程度的偏振波特性。在图11的情况下,于角部的3个曲率半径中,较大一侧的2个半径的图案可以得到良好的偏振波特性。角部的曲率半径越小,峰值吸收量变得越大,所以在可以得到与圆形同等程度的偏振波特性的范围内,优选以尽可能小的尺寸的曲率半径成为曲线状。与图11的情况下的大致呈方形的图案31相对应的正方形25的边长为8mm。被配置为具有平行于偏振波方向的边的样品在0度(°)位置的情况下(即图中的实线,以下往往称为“0度(°)偏振波”),R=2时的反射损耗为-17dB,R=3时的反射损耗为-14dB,即使在从上述0度(°)位置将试样转位45度(°)角的情况下(图中的虚线,以下往往称为“45度(°)偏振波”),可知几乎没有吸收频率的偏移,从而偏振波特性良好。
反射损耗是从入射到电磁波吸收体的电磁波在电磁波吸收体产生反射这一角度观察时的损耗,表示电磁波被电磁波吸收体所吸收而产生的损耗,是与电磁波吸收体的电磁波吸收量相对应的数值。反射损耗用负的数值来表示,反射损耗的绝对值成为电磁波的吸收量。
图12是在以正方形为基础、并使角部成为曲线状的导电性图案中,表示因角部形成为曲线状的部分的尺寸所引起的电磁波吸收特性之变化的曲线图。图12所表示的实例是:通过在导电性图案的角部设置曲线状的部分,使Q值增加,反射损耗加大,从而电磁波吸收特性得以改善。在图12的实例中,导电性图案的一个边长为20mm。
在曲率半径R=0mm的情况下,0度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线60表示,峰值为-23dB(2.6GHz),而在曲率半径R=2mm的情况下,0度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线61表示,峰值为-32dB(2.65GHz)。这样,可以认为通过赋予R(形成曲线部),共振电流的流动变得顺畅,从而Q值增加。这表示方形图案不会总是处于Q值最高的状态。如果进一步增大曲率半径R,则这次反射损耗的数值减少,也可以看到向高频侧移动的倾向。在曲率半径R=10mm的情况下,0度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线63表示,峰值低于曲率半径R=0mm的情况。因此,可以说为改善反射损耗,曲率半径R的范围以1mm<R<20mm为好。
曲率半径R=0mm时,45度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线63表示,曲率半径R=2mm时,45度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线64表示,曲率半径R=10mm时,45度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线65表示。另外,曲率半径R=4mm时,0度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线66表示,曲率半径R=4mm时,45度(°)偏振波的电磁波的反射损耗用线67表示。偏振波特性也包含在内的反射损耗改善效果以曲率半径R=4mm为最优(反射损耗为-29dB)。从这些结果可知,通过在图案形状中赋予R,表现出往往可以实现吸收频率向高频侧的移动控制和Q值的进一步最优化,作为电磁波吸收特性的调整手段是一种有效的手段。如果进而计算倾斜45°时(45°偏振波)的吸收特性的偏移,则可以切实地确认赋予R的改善效果。
在本实施方案中,上述角部中形成为曲线状的部分的尺寸在因偏振波方向的不同而引起的能够吸收的频率偏移可以得到抑制的尺寸范围内,确定为较小的尺寸。根据这样的构成,可以尽可能缩小角部中形成为曲线状的部分。由此,正如图11以及图12所表明的那样,在抑制了因电磁波的偏振波方向的不同而引起的吸收量达到峰值的频率的偏移之后,可以尽可能地提高电磁波的吸收量的峰值。也就是说,如果角部曲线的曲率半径增大,则图案形状接近于圆形,并最终成为圆。与此相对应,虽然具有Q值下降、电磁波吸收特性降低的倾向,但偏振波特性变得良好。因此,在因偏振波方向的不同而引起的能够吸收的频率偏移可以得到抑制的尺寸范围内,将上述角部中形成为曲线状的部分的尺寸确定为较小的尺寸,由此将曲率半径R的大小设计为最优化的图案形状,以便提高电磁波吸收特性,而且改善偏振波特性。因此,可以获得电磁波吸收特性极其优良的电磁波吸收体。
图13是比较表示电磁波吸收体1的电磁波吸收特性的计算值和实测值的曲线图,其中电磁波吸收体1使用赋予了R的大致呈方形的图案31且按照图7的图案排列。线70表示0度(°)偏振波的电磁波的电磁波吸收特性的计算值,线71表示45度(°)偏振波的电磁波的电磁波吸收特性的计算值。线72表示0度(°)偏振波TE波的电磁波的电磁波吸收特性的实测值,线73表示0度(°)偏振波TM波的电磁波的电磁波吸收特性的实测值。线74表示45度(°)偏振波TE波的电磁波的电磁波吸收特性的实测值,线75表示45度(°)偏振波TM波的电磁波的电磁波吸收特性的实测值。
使用了该大致呈方形的图案31的电磁波吸收体1被设计为:在2.45GHz下与电磁波吸收峰值相匹配。在计算值中,可以看到约-17dB的反射损耗,而倾斜45度(°)时的吸收特性的偏移几乎没有看到。实测值是对于TE波以及TM波,在0度(°)和旋转45度(°)的状态下,基于自由空间法得到的电磁波吸收特性。实测值的反射损耗(相当于电磁波吸收量)是-15~-19dB(TE波以及TM波,包含0°以及45°偏振波),与计算值相差不多,频带宽的实测值要稍大一些。通过R赋予效果,可以观察到偏振波特性优良的吸收特性。
图14是表示以2个频率的电磁波吸收为目标的电磁波吸收体1的电磁波吸收特性的曲线图,其中电磁波吸收体1是将赋予了R且尺寸不同的大致呈方形的图案31进行排列而成的。图15是表示图14的电磁波吸收特性的导电性图案、具体地说是表示大致呈方形的图案31的排列的一部分的主视图。作为本发明的其它实施方案,外周长不同的导电性图案通过组合而形成。在本实施方案中,作为大致呈方形的图案31,是将对应的正方形25的边长为10mm的第1大致呈方形的图案31a、和对应的正方形25的边长为24mm的第2大致呈方形的图案31b进行组合,将组合而成的如图15所示的边长为27mm的方形图案单元以在x方向以及y方向安放镜面的方式反复进行配置,以便形成图案层5。换句话说,把第1大致呈方形的图案31b配置成方格花纹状,在第1大致呈方形的图案31b之间,以矩阵的方式各配置4个第2大致呈方形的图案31a。
在图14中,实线70表示0度(°)偏振波的电磁波吸收特性,虚线71表示45度(°)偏振波的电磁波吸收特性。对于该电磁波吸收体1,反射损耗(电磁波吸收特性)在2.45GHz和5.2GHz同时表现出约-10dB的2个吸收峰。如果进一步计算倾斜45度(°)时的吸收特性的偏移,则可知几乎没有偏移,可以切实地确认赋予R的改善效果。
表1比较表示了组合曲率半径R不同的大致呈方形的图案31时的电磁波吸收特性。
表1
构成 | R的大小(mm) | 吸收频带的宽度(MHz) | ||||
大 | 小 | -20dB | -15dB | -10dB | -6dB | |
1种 | 7 | 7 | 16.8 | 33.6 | 67.1 | 134.2 |
2种1 | 8 | 6 | 33.6 | 50.3 | 83.9 | 167.8 |
2种2 | 9 | 5 | 16.8 | 33.6 | 67.1 | 151.0 |
2种3 | 10 | 4 | 0.0 | 16.8 | 50.4 | 117.5 |
图16是比较表示组合曲率半径R不同的大致呈方形的图案31时的电磁波吸收特性的曲线图。作为本发明的其它实施方案,角部的曲率半径不同的导电性图案通过组合而形成。本实施方案中在排列图7所示的大致呈方形的图案31的构成中,在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31彼此之间是曲率半径R不同的构成,各角部的曲率半径R为第1数值的大致呈方形的图案31和各角部的曲率半径R为第2数值的大致呈方形的图案31排列配置成方格花纹状。第1数值和第2数值是不同的。曲率半径R相当于图7的说明中所使用的图3以及图4中的大致呈方形的图案31的角部的曲率半径R1,但为了方便起见而使用“R”。
图16在如图7那样排列大致呈方形的图案31的构成中,表示因在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31的曲率半径R的不同而不同的电磁波吸收特性。在图16中,各线100~103表示把边长为23mm的正方形的各角部形成为曲线状的构成的电磁波吸收特性。此外,正方形的间隔是6mm。虚线100表示在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31的曲率半径R均为7mm时的电磁波吸收特性。实线101表示在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31当中,一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为6mm、而另一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为8mm时的电磁波吸收特性。虚线102表示在在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31当中,一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为5mm、而另一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为9mm时的电磁波吸收特性。点划线103表示在x方向以及y方向相邻的大致呈方形的图案31当中,一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为4mm、而另一方的大致呈方形的图案31的各角部的曲率半径R为10mm时的电磁波吸收特性。
虚线100表示表1中标记为“1种”的构成的电磁波吸收特性。实线101表示表1中标记为“2种1”的构成的电磁波吸收特性。虚线102表示表1中标记为“2种2”的构成的电磁波吸收特性。点划线103表示表1中标记为“2种3”的构成的电磁波吸收特性。在表1中,吸收频带的宽度表示反射损耗为-20dB、-15dB、-10dB、-6dB以上的高频频带的宽度。
由于相邻的大致呈方形的图案31的角部的曲率半径R不同,因而大致呈方形的图案31的外周长不同,相应地共振频率也不同。相邻的大致呈方形的图案31的角部的曲率半径R在相同时和不同时,电磁波吸收特性的差异不是如下的简单的差异,例如,当增大曲率半径R时,则依照其比例,大致呈方形的图案31的外周长缩短,共振频率向高频侧移动。正如图16所表明的那样,如果使相邻2个大致呈方形的图案31的曲率半径R的合计值保持恒定而拉大差距,则电磁波的吸收频率向低频侧移动。吸收频率是吸收量达到峰值的频率。
另外,在相邻的2个大致呈方形的图案31的曲率半径R之差较小的情况下,即在图16所示的实例中其差为2mm的情况下,电磁波吸收量的峰值维持相邻的2个大致呈方形的图案31的曲率半径R相同时的吸收量的峰值不变,而吸收频带变宽。该吸收频带变宽的现象在相邻的导电性图案的间隔较近的情况下,换句话说,在间隔导电性图案彼此之间的干涉效果可以被看到的距离的情况下产生,这已由本发明者所确认。如果进一步增大相邻的2个大致呈方形的图案31的曲率半径R之差,则电磁波吸收量的峰值不会降低太多,而吸收频率向低频侧移动。在图16所示的实例中,特别在曲率半径之差为4mm以下的情况下,电磁波吸收量的峰值维持着相邻的2个大致呈方形的图案31的曲率半径R相同时的吸收量的峰值。
这样一来,相邻的2个大致呈方形的图案31的曲率半径R显然有效地对电磁波吸收体的设计参数产生影响。在相邻的导电性图案彼此之间的干涉和影响下,产生出了特异的现象。通过组合因角部的曲率半径R之差而引起的共振频率接近的多个导电性图案,吸收频带以及吸收频率发生变化。通过将相邻的导电性图案的角部的曲率半径R设计为不同,由于相邻的导电性图案互相施加影响的效果,与使相邻的导电性图案的角部的曲率半径R相同的情况相比,可以维持吸收量的峰值不变而变更吸收频率。
这样一来,根据将相邻的导电性图案的角部的曲率半径R设计为不同的构成,相对于只形成角部的曲率半径相同的导电性图案的情况而言,可以不降低电磁波吸收量的峰值而变更吸收频带。例如,通过给予相邻的导电性图案的角部的曲率半径以些微的差别,可以不降低电磁波吸收体吸收量的峰值而扩大吸收频带,而且例如,通过给予相邻的导电性图案角部的曲率半径以稍大的差别,可以不降低电磁波吸收体的吸收量的峰值而降低吸收的电磁波的频率(以下常常称为“吸收频率”)。
图17是表示具有图案层5的电磁波吸收体1的电磁波吸收特性的曲线图,其中在赋予R的大致呈方形的图案31中设置有空孔部(隙缝天线部)75,并在空孔部75中进一步配置有小尺寸的大致呈方形的图案31。图18是表示表现出图17的电磁波吸收特性的导电性图案之排列的一部分的主视图。在该实例中,作为大致呈方形的图案31,相对应的正方形25的边长为24mm,设置有:第1大致呈方形的图案31c,其形成有在相对于外部轮廓倾斜45度(°)的方向上的大致呈方形(4个角部呈曲线状)的空孔部75;以及第2大致呈方形的图案31d,其配置在与该第1大致呈方形的图案31c相同的方向上,并形成于空孔部75的内侧。空孔部75的边长为16mm,第2个大致呈方形的图案31d为10mm。
图17表示使用了将图18所示的图案单元在x方向以及y方向反复排列多个所得到的图案层5的电磁波吸收体1的反射损耗的计算结果。在图17中,实线80表示0度(°)偏振波的电磁波吸收特性,虚线81表示45度(°)偏振波的电磁波吸收特性。在此时的电磁波吸收体1中,可以观察到在1.8GHz为-3.5dB、在5.4GHz为-9dB、在7.5GHz为-18dB这样与各天线相对应的3个频带下的电磁波吸收。如果计算倾斜45°时的吸收特性的偏移,则可知几乎没有偏移,可以切实地确认赋予R的改善效果。
根据图17以及图18所示的构成,在导电性图案的第1大致呈方形的图案31c中设置有空孔部75,可以使该空孔部本身还作为接收天线发挥作用。也就是说,在与外周长相对应的频率下产生共振的大致呈方形的图案31c中,可以设置在与内周长相对应的频率下产生共振的隙缝图案(隙缝天线部)75,借助于作为1个导电性图案的大致呈方形的图案31c,可以在不同的多个(2个以上)频率下产生共振。这样,可以得到双峰特性的电磁波吸收体,其吸收与1个导电性图案的外周长和在那里形成的1个隙缝图案的内周长分别对应的2个频率的电磁波。
另外,在1个导电性图案上形成多个隙缝图案,而且各隙缝图案的内周长不同,在此情况下,通过1个导电性图案,可以得到多峰特性的电磁波吸收体,其吸收频率数量为隙缝图案数+1的电磁波。再者,可以反复在隙缝图案的内部设置其它的导电性图案,可以将其作为共振天线而与其它频率的电磁波相对应,更进一步增加吸收频率,在1个导电性图案中形成1个隙缝图案,在理论上,可以得到一种多峰特性的电磁波吸收体,其吸收3个以上频率的电磁波。在这种情况下,不仅具有高吸收特性,而且可以通过在导电性图案的角部设置曲线状来改善偏振波特性。通过反复该项操作,可以进一步吸收多个(4个以上)频率的电磁波。
本发明的电磁波吸收体1的制造方法例如可以采用如下的方法。图案层5的制造是在蒸镀有铝的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜(薄膜厚度=25μm、铝厚度≈600~800)上,采用蚀刻法形成预定形状的导电性图案。电磁波吸收层4是在100份的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂中,混合340份铁氧体和50份碳黑,并与其它填料一起混炼,接着加工为0.5mm厚的片材而形成。电介质层3是在SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂中填充无机系以及其它填料(不使用磁性损耗材料)并混炼后,加工为2.0mm厚的片材而形成。关于各层的材料常数,在加工成φ7×φ3的环状后,根据同轴管法用网络分析器进行测定,并调整配比以达到所期望的材料常数。作为其它的填料,适宜使用阻燃剂、防老化剂、加工助剂以及无机填料等。
通过粘结剂层叠这些各层,粘结反应完成后,裁切成50cm×50cm的尺寸。
作为铁氧体,例如可以列举出Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mn-Mg铁氧体等软铁氧体,或者作为永磁材料的硬铁氧体。作为铁合金,例如可以列举出磁性不锈钢(Fe-Cr-Al-Si合金)、仙台合金(Fe-Si-Al合金)、坡莫合金(Fe-Ni合金)、硅铜(Fe-Cu-Si合金)、Fe-Si-B(-Cu-Nb)合金、Fe-Si-Cr合金、Fe-Ni-Cr-Si合金等。此外,在这些合金种,可以使用扁平状的。作为铁粒子,例如可以列举出羰基铁粉。在羰基铁的情况下,以尽可能接近真球为宜。如果是磁性材料,则其形状没有限制,可以适宜使用块状、扁平状、纤维状等。优选使用低成本、且复数相对磁导率高的软铁氧体粉末。当不存在如铁氧体那样的磁性损耗材料时,利用了复数相对磁导率的薄层化就不能实现。另外,电磁波吸收层4也可以用磁性体本身来形成。在这种情况下,可以采用形成铁氧体等的软磁性烧结体和它们的镀覆产品、金属化合物和金属氧化物的层的方法。
另外,介质损耗材料包含在电磁波吸收层4中,或者如果需要的话,也包含在电介质层3中,它是选自石墨、碳黑、碳纤维、石墨纤维、金属粉、金属纤维之中的材料的电磁波吸收体。电磁波吸收层4含有磁性损耗材料作为必要成分,但为了阻抗匹配,也优选赋予其以适当的复数比介电率。为此目的,介质损耗材料填充在电磁波吸收层4中,或者如果必要的话,填充在电介质层3中,作为该介质损耗材料,例如可以列举出炉法碳黑以及槽法碳黑等碳黑、不锈钢、铜以及铝等导电粒子和纤维、石墨、碳纤维、石墨纤维、氧化钛等。本发明优选使用的电介性材料是碳黑,特别优选使用的是氮吸附比表面积(ASTMD3037-93)为100~1000m2/g、DBP吸油量(ASTM D2414-96)为100~400ml/100g的碳黑,例如,Showa Cabot公司生产的IP1000(商品名)、以及Lion Aczo公司生产的Ketjen black EC(商品名)等。所谓DBP吸油量,就是作为增塑剂的一种的DBP(邻苯二甲酸二丁酯:dibutylphthalate的简称)的吸收量(单位:cm3/100g)。
作为电磁波吸收层4以及电介质层3所使用的有机聚合物的材料(媒介物),使用合成树脂、橡胶、以及热塑性弹性体。例如可以列举出聚乙烯、聚丙烯、以及它们的共聚物、聚丁二烯以及它们的共聚物等聚烯烃,聚氨脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等热塑性树脂或热固性树脂,以及地沥青等。也可以使用聚尿酸等具有生物降解性的树脂。另外,也可以形成为填充有玻璃纤维等材料的FRP。
电磁波吸收层4也可以是除上述有机聚合物以外的、在石膏材料、水泥材料、或无纺布和发泡体、纸、波纹纸等上浸渍了具有磁性的涂料等的材料,也可以适宜选择能够配合填料的材料。
电介质层3并不局限于使用了有机聚合物的材料,只要具有复数介电常数,不表现出导电性,则无论怎样的材料都可以使用。例如,可以使用木材、胶合板、纸、石膏、水泥、粘土、沙子、土、无纺布、再生树脂、不燃板材、地沥青、沥青、发泡体等。
电磁波吸收层4也可以兼作粘结剂层。例如,在环氧树脂中配合铁氧体和介质损耗材料,在图案层5、电介质层3、导电性反射层2的各界面和叠层上使用时可以使其位于各层之间。在这种情况下,如前所述,可以采取交替层叠多个电磁波吸收层4和电介质层3的构成。
此时,为赋予电磁波吸收层4和电介质层3以阻燃性,配合预定量的阻燃剂和阻燃助剂。作为阻燃性的尺度,要求满足UL94 V0。作为阻燃剂并没有特别的限定,可以使用适宜量的磷化合物、硼化合物、溴系阻燃剂、锌系阻燃剂、氮系阻燃剂、氢氧化物系阻燃剂等。作为磷化合物,可以列举出磷酸酯、磷酸钛等。作为硼化合物,可以列举出硼酸锌等。作为溴系阻燃剂,可以列举出六溴苯、十溴苄基苯基醚、十溴苄基苯基氧化物、四溴双酚、溴化铵等。作为锌系阻燃剂,可以列举出碳酸锌、氧化锌或硼酸锌等。作为氮系阻燃剂,例如,可以列举出三嗪化合物、受阻胺类化合物、或诸如三聚氰胺氰尿酸酯、三聚氰胺胍化合物之类的三聚氰胺系化合物等。作为氢氧化物系阻燃剂,可以列举出氢氧化镁、氢氧化铝等。在赋予阻燃性和不燃性的情况下,图案层5和导电性反射层2所使用的PET薄膜便成问题。PET膜的阻燃化基本上是困难的,可考虑用如碳(碳化层)之类的不燃材料来覆盖。作为除此以外的方法,其对策是:对于图案层5,采用只把导电性图案复制在电磁波吸收层4上、然后剥离PET薄膜的构成;对于导电性反射层2,使用在玻璃纤维或玻璃布上添加金属箔的层以替代PET薄膜。
本发实施的阻燃配比对于电磁波吸收层4,是相对于作为粘结材料的PVC 100(phr),以碳酸钙70(phr)、阻燃剂(丸菱油化工业株式会社生产的Nonesan SAN-1)20(phr)为基,在其中混合分散剂、增塑剂、铁氧体、石墨等。进而对于电介质层3,则混合作为粘结材料的再生PVC 100(phr)、碳酸钙140(phr)、阻燃剂(丸菱油化工业株式会社生产的Nonesan SAN-1)10(phr)等。任何一层都表现出与UL94的V-0相当的阻燃性。此外,按此配比制作的图案电波吸收体,作为产品达到了防火规格的标准。
图案层5以及导电性反射层2既可以是金、白金、银、镍、铬、铝、铜、锌、铅、钨、铁等金属,也可以是在树脂中混入了上述金属的粉末、导电性碳黑的树脂混合物、或者导电性树脂的薄膜等。也可以是把上述金属等加工在板、片材、薄膜、无纺布等上的材料。或者也可以具有如下的构成,即在合成树脂薄膜上,形成膜厚例如为600的金属层。也可以是把金属箔复制在薄膜或布片等基材上的材料。另外,也可以把导电油墨(例如电阻率为10Ω/□~0.5Ω/□)涂抹在基材或电磁波吸收体4或电介质层3上。
电磁波吸收特性根据自由空间法进行测定。自由空间法是在置于自由空间的作为测定试样的电磁波吸收体1上照射平面波,通过改变频率、入射角度、偏振波来测定此时的反射系数、透射系数,从而得到材料的复数介电常数以及复数相对磁导率的测定方法,根据这样得到的复数介电常数以及复数相对磁导率,可计算求出电磁波吸收体1的电磁波吸收量(反射损耗)。这时,进行TE波、TM波、进而在使试样旋转45°的状态下的测定。使用的测定仪器是网络分析器(AgilentTechnologies公司生产,商品名:HP8720ES),天线是双固定天线(double rigid antenna)。作为电磁波吸收体1的测定试样的长方形各边的尺寸是500×500(mm)以及1000×1000(mm)。
图6中的表面层6不仅置于按图6的顺序层叠的电磁波吸收体1之上,而且有时也置于按其它的层叠顺序构成的电磁波吸收体1之上。作为表面层6的具体实例,有壁纸、瓷砖铺面(Tile carpet)、瓷砖、不燃板材、胶合板、装饰板、涂饰面、树脂板、布制品、纸类等。如果是基本上具有电磁波屏蔽性的导电性材料以外的材料,就可以全部层叠在上面(图案层的外侧)。它们的厚度例如当薄至1mm以下时,对电磁波吸收特性几乎没有影响,但在较厚的情况和复数介电常数较高的情况下,需要进行旨在使电磁波吸收特性最优化的再设计。但是,如果按该再设计进行调整,则可以发挥所期望的电磁波吸收特性。
在本发明中作为对象的电磁波是根据用途而决定的,例如是900MHz频带的至少一部分频率的电磁波,更具体地说是包含950MHz~956MHz这一范围的频率的电磁波。作为上述屏蔽对象的电磁波的频率是例示性的,屏蔽例示的频率以外的频率的电磁波的构成也包含在本发明中。所谓900MHz频带是大于等于880MHz但小于1000MHz的频率范围。各构成层的材料特性在这些频率范围内,几乎没有差异地变化,可以照那样使用本发明的数值。
另外,往往以2.4GHz频带的频率的电磁波为吸收的对象。2.4GHz频带是大于等于2400MHz但小于2500MHz的电磁波。具体地说是包含RFID用2400MHz~2483.5MHz这一范围的频率的电磁波。
这些频率只要在UHF频带(300MHz~3GHz)、SHF频带(3GHz~30GHz)和EHF频带(30GHz~300GHz)之中,就可以选择任意的单个或多个频率。也就是说,成为吸收对象的电磁波含有300MHz~300GHz的频率的电磁波。
最后,说明在950MHz频带具有吸收特性的图案电波吸收体的图案形状、层叠构成以及配比。图案形状为图3所示的构成,设定a1x=a1y=1.0mm、a2x=a2y=17.5mm、b1x=b1y=20.5mm、c2x=c2y=9.0mm、c1=1.5mm,放射形图案30中大致三角形部分22的曲率半径R1=7.5mm,大致呈方形的图案31中角部的曲率半径R2=7.0mm。关于电磁波吸收体层4的配比,是以PVC(Kaneka株式会社,KS1700)100(phr)、铁氧体(JFE铁氧体株式会社生产的LD-M)430(phr)、石墨(日本石墨株式会社生产的Blue P)35(phr)为基,在其中添加增塑剂、分散剂、碳酸钙等。构成被设计为图案层(蒸镀有铝的PET薄膜)、电磁波吸收体层4(2.5mm)、作为电介质层3的胶合板(6.5mm)、导电性反射层(蒸镀有铝的PET薄膜)的层叠。
表2表示用自由空间法测定的TE波以及TM波的电磁波吸收特性。
表2
TE波 | TM波 | |||||
入射角度 | 10度 | 30度 | 45度 | 10度 | 30度 | 45度 |
吸收频率(GHz) | 0.95 | 0.95 | 1.00 | 0.95 | 1.05 | 1.05 |
吸收量的峰值(dB) | 20 | 20 | 16 | 25 | 30 | 22 |
图19是表示用自由空间法测定的TE波的电磁波吸收特性的曲线图。图20是表示用自由空间法测定的TM波的电磁波吸收特性的曲线图。在图19中,实线110表示入射角为10度(°)时的电磁波吸收特性,虚线111表示入射角为30度(°)时的电磁波吸收特性,点划线112表示入射角为45度(°)时的电磁波吸收特性。在图20中,实线120表示入射角为10度(°)时的电磁波吸收特性,虚线121表示入射角为30度(°)时的电磁波吸收特性,点划线122表示入射角为45度(°)时的电磁波吸收特性。上述构成的电磁波吸收体例如对于以10度(°)的入射角入射的TE波,表现出20dB的电磁波吸收量;以10度(°)的入射角入射的TM波,表现出25dB的电磁波吸收量。由此可知异向性也较少,且表现出高的吸收性能。正如图19、图20以及表2所表明的那样,显然通过适当选择放射形图案30以及大致呈方形的图案31的尺寸、电磁波吸收层4的材质,可以得到吸收950MHz的电磁波的电磁波吸收体1。
图21是表示构成本发明的另一实施方案的电磁波吸收体1的图案层5的主视图。图22是表示具有图21所示的图案层5的电磁波吸收体1的电磁波吸收特性的曲线图。进一步表示了显示薄型化的在950MHz频带具有吸收特性的图案电波吸收体的图案形状、层叠构成以及配比。图案形状如图21表示那样,大致是图3所示的构成,其不同点在于尺寸不同,相对应的部分标记同样的符号。在本实施方案中,放射形图案30和大致呈方形的图案31的各曲率是有所区别的,2个图案30、31的间隔c1连续地发生变化。导体图案尺寸被设定为:a1x=a1y=1.0mm、a2x=a2y=20.0mm、b1x=b1y=25mm、c2x=c2y=7.0mm、c1=0.5mm~2.5mm,放射形图案30中大致三角形部分22的曲率半径R1=6.5mm,大致呈方形的图案31中角部的曲率半径R2=10.5mm。放射形图案30和大致呈方形的图案31的间隔c1如下述那样连续地发生变化,即与这些图案30、31间的间隙在其延伸方向上的两端部相比,中间部较大。关于电磁波吸收体层4的配比,以聚氯乙烯(昭和电工株式会社,Elaslene 301NA)100(phr)、羰基铁(BASP生产的EW-1)650(phr)为基,在其中添加增塑剂、分散剂、碳酸钙等。构成被设计为图案层(蒸镀有铝的PET薄膜)、电磁波吸收体层4(1.2mm)、电介质层3(3.2mm)、导电性反射层(蒸镀有铝的PET薄膜)的层叠。电磁波吸收层4以及电介质层3在950MHz的材料常数如后述的表3所示。也就是说,作为950MHz频带的电磁波吸收体,获得了厚度为4.4mm厚(作为具有磁导率的层,为1.2mm厚)的薄型。其模拟得到的电磁波吸收量如图22所示。在图22中,用线200表示电磁波吸收量。在925MHz频带下,结果可以得到19.5dB的吸收量。
如图21所示,作为相邻的2个导电性图案的放射形图案30和大致呈方形的图案31的间隔c1可以设计为因位置不同而不同的构成。由此,与使放射形图案30和大致呈方形的图案31的间隔c1保持恒定的情况相比,可以增大电磁波吸收量。因此,如果设计为改变相邻的导电性图案的角部的曲率半径而使导电性图案间的间隔连续变化的方案,则也有可能使吸收频率向低频率侧移动,并增加吸收量。
表3表示上述的实施例所使用的电磁波吸收层4和电介质层3的材料常数以及厚度。在表3中,将电磁波吸收层4简记为“吸收层”。
表3
相关图 | 厚度 | 材料 | ε’ | ε” | μ’ | μ” | |
图11 | 吸收层 | 0.5mm | SBS系测定平均值(5.2GHz) | 12.2 | 1.12 | 1.02 | 0.48 |
电介质层 | 2mm | PVC系测定平均值(5.2GHz) | 3.79 | 0.03 | 1.03 | 0.04 | |
图12图13 | 吸收层 | 0.5mm | SBS系测定平均值(2.4GHz) | 12.8 | 1.18 | 1.41 | 0.43 |
电介质层 | 2mm | PVC系测定平均值(2.4GHz) | 3.89 | 0.11 | 1.03 | 0.01 | |
图14图17 | 吸收层 | 0.5mm | SBS系测定平均值(2.4GHz) | 12.8 | 1.18 | 1.41 | 0.43 |
SBS系测定平均值(5.2GHz) | 12.2 | 1.12 | 1.02 | 0.48 | |||
电介质层 | 2mm | PVC系测定平均值(2.4GHz) | 3.89 | 0.11 | 1.03 | 0.01 | |
PVC系测定平均值(5.2GHz) | 3.79 | 0.03 | 1.03 | 0.04 | |||
图16 | 吸收层 | 0.2mm | 混合有石墨、铁氧体的PVC系测定平均值(2.4GHz) | 20 | 2 | 1.2 | 0.2 |
电介质层 | 1.6mm | 混合有石墨的PVC系测定平均值(2.4GHz) | 6 | 0.12 | 1 | 0 | |
图19图20 | 吸收层 | 2.5mm | 混合有石墨、铁氧体的PVC系测定平均值(950MHz) | 23 | 1 | 2.7 | 1.2 |
电介质层 | 6.5mm | 木材的测定平均值(950MHz) | 2.32 | 0.3 | 1 | 0 | |
图21 | 吸收层 | 1.2mm | 聚氯乙稀/羰基铁系测定平均值(950MHz) | 15.1 | 0.74 | 4.6 | 1.1 |
电介质层 | 3.2mm | 混合有石墨的PVC系测定平均值(950MHz) | 7.9 | 0.13 | 1 | 0 |
上述的实施方案只不过是本发明的例示,可以在本发明的范围内变更构成。本发明的最大特征在于:将导电性图案的角部设计为曲线状,但是,可以不需要将全部的导电性图案的角部形成为曲线状,而只是一部分导电性图案具有曲线状的角部。另外,在将导电性图案的角形成为曲线状的情况下,既可以使全部的角部成为曲线状,也可以仅使部分的角部成为曲线状。
另外,导电性图案既可以是大致呈多角形的面状的形状,又可以是沿着大致的多角形的外周边延伸的闭环的线状的形状。
另外,电磁波吸收层可以设计为如下的构成,即相对于100重量份的有机聚合物,以1重量份~1500重量份的配比,含有选自铁氧体、铁合金、铁粒子之中的1种或多种材料作为磁性损耗材料。如果设计为这样的构成,则可以赋予损耗层以复数相对磁导率(μ’、μ”),可以高效地从能量上使导体图案周围产生的磁场得以衰减。
另外,还可以设计为电介质层的复数介电常数的实部μ’在1~50范围内的构成。如果设计为这样的构成,就可以任意控制电介质层以及电磁波吸收体的介电常数,可以有助于导电性图案的小型化、以及电磁波吸收体的薄型化。
另外,作为用于吸收2.4GHz频带的电磁波的电磁波吸收体,可以设计为总厚是4mm以下的构成。如果设计为这样的构成,则导电性图案相对于2.4GHz频带的电磁波可以作为共振天线发挥作用。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以实现电磁波吸收体的薄型化。
另外,作为用于吸收900MHz频带的电磁波的电磁波吸收体,可以设计为总厚是10mm以下的构成。如果设计为这样的构成,则导电性图案相对于900MH频带的电波,可以作为共振天线发挥作用。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以实现电磁波吸收体的薄型化。
本发明可以实现以下的实施方案。
(1)一种电磁波吸收体,其特征在于:其是由图案层和损耗层层叠而成的,其中,图案层是一种或多种导电性图案以互不连接的方式排列多个而形成,所述导电性图案具有至少1个角部呈曲线状的大致多角形的外部轮廓形状;损耗层由具有复数相对磁导率(μ’、μ”)的磁性损耗材料以及具有复数介电常数(ε’、ε”)的介质损耗材料之中的至少一方的材料构成。
它可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体。关于其理由,在以下进行详细的说明。
以下说明使用导电性图案的电磁波吸收体可以实现薄型化的机理。首先,通过图案层的导电性图案,根据天线的共振原理来接收特定频率的电磁波。在此,特定频率是由导电性图案的形状以及尺寸等各种因素所决定的频率,是通过电磁波吸收体应该吸收的频率。如果用导电性图案接收电磁波,就会在导电性图案的端部流过共振电流。由于流过该电流,所以在电流的周围产生磁场。磁场以越接近电流源越强、磁通密度越大的状态进行分布。如果接近该图案层设置具有磁性损耗材料的损耗层,就可以使磁场在能量上产生损耗。这样就可以使电磁波的能量转变为热能而加以吸收。
再者,通过把电磁波吸收体安装在表面部由导电性材料构成的物体上来使用;或者相对于损耗层在与图案层相反的一侧上进一步设置导电性反射层等,这样在损耗层介于图案层和导电性的层之间的层叠状态下使用;便可以在图案层的导电性图案和导电性的层(由导电性材料构成的物体的表面层或导电性反射层)之间构成电容器。如果缩短该导电性图案和导电性的层之间的距离,便可以增大电容器的容量。另外,在图案彼此之间也可以形成电容器。这样,图案电磁波吸收体通过利用电容器而赋予电抗调整功能,由此便可以实现薄型化。
再者,接收电磁波的导电性图案具有基本上为多角形即大致的多角形的外部轮廓形状,将电磁波吸收量的峰值与导电性图案的外部轮廓形状为圆形的情况相比,可以提高电磁波吸收量的峰值。
其理由是因为在多角形图案的情况下,Q值比圆形图案提高了。首先,如果就Q值进行说明,则共振的Q值可以用频带宽表示。两者的关系是Q=共振频率/频带宽。因此,Q值较高意味着频带宽变窄。
这种关系可以套用使用图案的电磁波吸收体的电磁波吸收量的峰值来表现。也就是说,所谓多角形图案的Q值较高,就是具有窄频带,同时具有较高的电磁波反射衰减量(电磁波吸收量的峰值);所谓Q值较低,虽然表示吸收频带宽,但电磁波反射衰减量(电磁波吸收量的峰值)较低。
作为多角形图案的Q值较高的反面,就是吸收频带变得狭小,根据偏振波方向的不同,产生了共振频率的偏移。这可以通过以下的说明来解释,当向方形(四方形)图案施加0°的电场(没有偏振波的状态)时,就会沿方形图案的边流过强大的电流,并在该部分产生共振,与此相对照,在方形图案中使电场倾斜45°的情况下,以及在圆形图案的情况下,流过强大电流的路径不像方形图案在0°时那样,产生沿着细边缘集中的现象。换句话说,由于电流路径的扩大,可以说涉及共振的半波长的波分布的区域扩大,共振的条件增多。作为其结果,可以认为获得了频带宽。例如在方形图案的情况下,当接收电磁波(TE波)时,则产生与边平行的笔直方向的电场,但是,当使方形旋转45°角时,则在接收电磁波(TE波)时,在图案内产生如圆弧所描绘那样的电场,因而其分布是明显不同的。也就是说,方形(多角形)图案集中产生共振的结果,虽然电磁波吸收特性提高,但存在的缺点是容易表现出偏振波依存性。
为改善这一缺点,图案的形状基本上为多角形,但设定为使至少1个角部形成为曲线状。这里,在角部上赋予R、即成为曲面状的效果,就是共振电流不会在角部滞留而变得容易流动,进而共振区域得以扩大,结果Q值稍有降低,但表现出宽频带性能,由此偏振波特性得以改善。这样,因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移可以抑制在较低的水平。因此,可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体,其电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
另外,导电性图案既可以是大致呈多角形的面状的形状,又可以是沿着大致的多角形的外周边延伸的闭环的线状的形状。
导电性图案被形成为基本上呈多角形,并将至少1个角部设计为曲线状,由此可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体,其电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
(2)一种电磁波吸收体,其特征在于:在因偏振波方向的不同而产生的可以吸收的频率的偏移能够得到抑制的尺寸范围内,所述角部的形成为曲线状的部分的尺寸被确定为较小的尺寸。
可以尽可能缩小角部中形成为曲线状的部分。由此,在抑制了因电磁波的偏振波方向的不同而引起的吸收量达到峰值的频率的偏移之后,可以尽可能地提高电磁波的吸收量的峰值。也就是说,如果角部曲线的曲率半径R增大,则图案形状接近于圆形,并最终成为圆。与此相对应,虽然具有Q值下降、电磁波吸收特性降低的倾向,但偏振波特性变得良好。在本发明中,将曲率半径R的大小设计为最优化的图案形状,以便提高电磁波吸收特性,而且改善偏振波特性。因此,可以获得电磁波吸收特性极其优良的电磁波吸收体。
在抑制了因电磁波的偏振波方向的不同而引起的吸收量达到峰值的频率的偏移之后,可以尽可能地提高电磁波的吸收量的峰值。
(3)一种电磁波吸收体,其特征在于:导电性图案为面状的图案。
通过把电磁波吸收体安装在表面由导电性材料构成的物体上来使用;或者进一步设置导电性反射层等,这样在图案层层叠于导电性的层之上的状态下使用;便可以由图案层的导电性图案和导电性的层构成电容器。而且由于是面状的图案,因而可以增大电容器的容量。面状的导电性图案容易形成容量较大的电容器,可以有效地运用对使用导电性图案的电磁波吸收体的薄型化有效的电抗调整功能。
可以提高基于导电线图案的电磁波的接收效率,也可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收量。
(4)一种电磁波吸收体,其特征在于:通过导电性图案的组合,可以吸收2个以上频率的电磁波。
导电性图案对于特定频率的电磁波可以作为共振天线发挥作用。而且在面状图案的情况下,设计成使外周长与特定频率的波长相对应。于是,在将多种与2个以上的电磁波频率相对应的图案尺寸进行排列的情况下,可以获得吸收2个以上频率的电磁波的具有双峰特性的电磁波吸收体。在这种情况下,不仅具有高吸收特性,而且可以通过在图案形状的角部设置曲线状来改善偏振波特性。
通过图案形状的组合,可以接收多个频率的电磁波,可以吸收2个或2个以上的电磁波。
(5)一种电磁波吸收体,其特征在于:导电性图案具有一个或多个空孔部,该空孔部对于应该吸收的频率下的电磁波产生共振。
例如,在面状图案的内部设置空孔部,可以使空孔部本身还作为接收天线发挥作用。也就是说,可以在作为共振贴片天线的面状图案的内部设置隙缝图案(隙缝天线)。由此可以得到吸收2个频率的电磁波的具有双峰特性的电磁波吸收体。再者,通过反复在隙缝图案的内部设置面状图案,可以将其作为共振天线而与其它频率的电磁波相对应,理论上可以得到一种多峰特性的电磁波吸收体,其吸收3个以上频率的电磁波。在这种情况下,不仅具有高吸收特性,而且可以通过在图案形状的角部设置曲线状来改善偏振波特性。通过反复该项操作,可以进一步吸收多个(4个以上)频率的电磁波。
通过在导电性图案上形成空孔部,可以接收多个频率的电磁波,可以吸收2个或2个以上的电磁波。
(6)一种电磁波吸收体,其特征在于,损耗层包括:电磁波吸收层,其由磁性损耗材料以及介质损耗材料之中的至少一方的材料构成;以及电介质层,其由电介质材料组成。
可以使损耗层的电磁波的吸收变得良好。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以实现电磁波吸收体的薄型化。
可以使损耗层的电磁波的吸收变得良好,可以提高电磁波吸收量。
(7)一种电磁波吸收体,其特征在于:电磁波吸收层以及电介质层各自的表面电阻率为106Ω/□以上。
电磁波吸收层以及电介质层的表面电阻率(按照JIS K6911)比一般认为的导电性水平(10-4~101Ω/□)高许多,这些层不具有所谓的电磁波屏蔽性。其结果,能够以高效率将特定频率的电磁波吸入内部而转换为热能。
电磁波不会被反射,而可以适当地加以吸收。
(8)一种电磁波吸收体,其特征在于:电磁波吸收层以及电介质层的至少一方是由多层层叠而成的。
可以假想电磁波吸收层和电介质层作为层叠体构成的情况,进而可以假想电磁波吸收层与电介质层交替层叠的情况。例如,在作为电介质层使用不燃板材、热固性树脂、阻燃纸和胶合板的薄板、作为电磁波吸收层采用在粘结性树脂中调配了磁性损耗材料的粘结剂层的情况下,当为了得到粘结剂层所必需的厚度而进行厚涂时,则需要专用设备,导致成本增加。由于多层薄涂也可以得到作为电磁波吸收层的效果,所以,当采用以现有设备进行薄涂而增加层叠数量的交替层叠,就不需要新型的专用设备。
通过各层的薄型复层化,则可以使用现有设备而以低成本进行制作。
(9)一种电磁波吸收体,其特征在于:导电性反射层相对于损耗层,层叠在与图案层相反的一侧。
这样,对电磁波吸收体安装位置的限制减少,例如,可以安装在表面由非导电性材料构成的物体上来使用,以吸收电磁波。因此,提高了便利性。
可以得到便利性较高的电磁波吸收体。
(10)一种使用上述电磁波吸收体的电磁波吸收方法。
通过使用如上述那样优良的电磁波吸收体,可以合适地吸收电磁波。
作为上述电磁波吸收体的具体用途,作为形成办公室等电磁波环境空间的地板材料、墙壁材料、天花板材料,或者作为家具和办公设备的金属面的遮盖材料,或者作为屏风等,通过配置根据本发明的电磁波吸收体,可以进行电磁波环境的改善。具体地说,防止因自干涉和与其它波的干涉引起的电子设备(医疗用设备)的误动作、人体保护、无线LAN(2.4GHz频带、4.9GHz频带、5.2GHz频带等)以及DSRC、ETC(5.8GHz)等的传输延迟对策和电磁波通信环境的保护对策。另外,也可以用于改善使用毫米频带的电磁波的与ITS相关的移动物体间的无线通信的电磁波通信环境。另外,关于电磁波环境,不仅办公室,而且家庭内、医院、音乐厅、工厂、研究设施、车站、展览场所、道路侧壁等室外设施等也可以加以利用。对于在各个可以设想的环境中的墙壁、地板、天花板、柱子、面板、广告板、钢制品等,在每个需要的地方也可以加以利用。
使用如上述那样优良的电磁波吸收体,可以合适地吸收电磁波。
本发明只要不脱离其精神实质或主要特征,便能够以其它各种形式加以实施。因此,上述的实施方案在所有方面只不过是简单的例示,本发明的范围表示在权利要求书中,并不受说明书正文的任何限制。
再者,属于权利要求书的等同原则范围的变化和变更,均在本发明的范围之内。
根据本发明,可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体。在电磁波吸收体中,首先,通过图案层的导电性图案,根据天线的共振原理来接收特定频率的电磁波。在此,特定频率是由导电性图案的形状以及尺寸等各种因素所决定的频率,是通过电磁波吸收体应该吸收的频率。由于在具有接收电磁波的导电性图案的图案层上层叠并设置损耗层,所以可以由损耗层使接收的电磁波的能量产生损耗。这样可以吸收电磁波。
再者,接收电磁波的导电性图案具有基本上为多角形即大致的多角形的外部轮廓形状,而且至少1个角部形成为曲线状。通过在角部上赋予R、即成为曲线状,可以将因电磁波的偏振波方向的不同而引起的电磁波吸收量(以下往往简称“吸收量”)达到峰值的频率的偏移抑制在较低的水平,可以使偏振波特性变得良好。因此,可以获得电磁波吸收特性优良的电磁波吸收体,其电磁波吸收量的峰值较高,且因电磁波的偏振波方向的不同,吸收量达到峰值的频率的偏移较小。
图案层可以是全部的导电性图案具有曲线状角部的构成,但也可以不是全部的导电性图案具有曲线状角部的构成,可以是一部分的导电性图案具有曲线状角部的构成。在一部分的导电性图案具有曲线状角部的情况下,其它的导电性图案是否具有曲线状的角部并不受到限制。再者,具有曲线状角部的导电性图案既可以是只有一部分的角部为曲线状,又可以是全部的角部为曲线状。另外,导电性图案既可以是大致呈多角形的面状的形状,又可以是沿大致的多角形状延伸的闭环的线状的形状。
根据本发明,可以尽可能地缩小角部中形成为曲线状的部分。这样,在抑制了因电磁波的偏振波方向的不同而引起的吸收量达到峰值的频率的偏移之后,可以尽可能地提高电磁波的吸收量的峰值。也就是说,为使电磁波吸收量的峰值较高,且偏振波特性良好,可以设计曲率半径R的大小达到最优化的图案形状。因此,可以获得电磁波吸收特性极其优良的电磁波吸收体。
根据本发明,通过把电磁波吸收体安装在表面由导电性材料构成的物体上来使用;或者进一步设置导电性反射层等,这样在图案层层叠于导电性的层之上的状态下使用;便可以由图案层的导电性图案和导电性的层构成电容器。而且由于是面状的图案,因而可以增大电容器的容量。面状的导电性图案容易形成容量较大的电容器,可以通过形成电容器来调整电抗,从而可以使采用导电性图案的电磁波吸收体实现薄型化。
根据本发明,导电性图案对于特定频率的电磁波可以作为共振天线发挥作用。导电性图案被设计成使外周长与特定频率的波长相对应。因此,通过形成外周长不同的导电性图案,对于分别对应于外周长的2个以上的电磁波的频率产生共振。由此可以获得吸收2个以上频率的电磁波的具有多峰特性的电磁波吸收体。在这种情况下,不仅具有高吸收特性,而且可以通过在图案形状的角部设置曲线状来改善偏振波特性。
根据本发明,通过形成角部的曲率半径不同的导电性图案,相对于只形成角部的曲率半径相同的导电性图案的情况而言,可以不降低电磁波吸收量的峰值而变更吸收的电磁波的频带(以下往往称为“吸收频带”)。吸收频带的变更包括扩大吸收频带以及吸收频率的变花。例如,通过给予相邻的导电性图案的角部的曲率半径以些微的差别,可以不降低电磁波吸收体吸收量的峰值而扩大吸收频带,而且例如,通过给予相邻的导电性图案角部的曲率半径以稍大的差别,可以不降低电磁波吸收体的吸收量的峰值而降低吸收的电磁波的频率(以下常常称为“吸收频率”)。
根据本发明,与相邻的2个导电性图案的间隔保持恒定的情况相比,可以增大电磁波吸收量。
根据本发明,在导电性图案中设置空孔部,可以使该空孔部本身还作为接收天线发挥作用。也就是说,在对应于外周长的频率下产生共振的导电性图案中,可以设置对应于内周长的频率下产生共振的隙缝图案(隙缝天线),可以对于不同的多个(2个以上)频率产生共振。由此可以得到吸收2个以上频率的电磁波的具有多峰特性的电磁波吸收体。再者,可以反复在隙缝图案的内部设置其它导电性图案,可以将其作为共振天线而与其它频率的电磁波相对应,理论上可以得到一种多峰特性的电磁波吸收体,其吸收3个以上频率的电磁波。在这种情况下,不仅具有高吸收特性,而且可以通过在图案形状的角部设置曲线状来改善偏振波特性。通过反复该项操作,可以进一步吸收多个(4个以上)频率的电磁波。
根据本发明,可以使损耗层的电磁波的吸收变得良好。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以使电磁波吸收体实现薄型化。
根据本发明,可以赋予损耗层以复数相对磁导率(μ’、μ”),可以高效地从能量上使导体图案周围产生的磁场得以衰减。
根据本发明,可以任意控制电介质层以及电磁波吸收体的介电常数,可以有助于导电性图案的小型化、以及电磁波吸收体的薄型化。
根据本发明,电磁波吸收层以及电介质层的表面电阻率(按照JISK6911)比一般认为的导电性水平(10-4~101Ω/□)高许多,这些层不具有所谓的电磁波屏蔽性。其结果,能够以高效率将特定频率的电磁波吸入内部而转换为热能。另外,电磁波不会被反射,而可以适当地加以吸收。
根据本发明,可以假想电磁波吸收层和电介质层作为层叠体构成的情况,进而可以假想电磁波吸收层与电介质层交替层叠的情况。例如,在作为电介质层使用不燃板材、热固性树脂、阻燃纸和胶合板的薄板、作为电磁波吸收层采用在粘结性树脂中调配了磁性损耗材料的粘结剂层的情况下,当为了得到粘结剂层所必需的厚度而进行厚涂时,则需要专用设备,导致成本增加。由于多层薄涂也可以得到作为电磁波吸收层的效果,所以,当采用以现有设备进行薄涂而增加层叠数量的交替层叠,就不需要新型的专用设备。通过各层的薄型复层化,则可以使用现有设备而以低成本进行制造。
根据本发明,导电性图案对于2.4GHz频带的电磁波,可以作为共振天线发挥作用。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以使电磁波吸收体实现薄型化。
根据本发明,导电性图案对于900MHz频带的电磁波,可以作为共振天线发挥作用。因此,可以提高电磁波吸收体的电磁波吸收效率,可以使电磁波吸收体实现薄型化。
根据本发明,对电磁波吸收体安装位置的限制减少,例如,可以安装在表面由非导电性材料构成的物体上来使用,以吸收电磁波。因此,提高了便利性。
根据本发明,可以赋予作为层叠体的电磁波吸收体以阻燃性或不燃性。当赋予作为层叠体的电磁波吸收体以阻燃性或不燃性时,例如,可以通过赋予电磁波吸收层以及吸收体层之中的至少一层以阻燃性或不燃性等来实现。这样,通过赋予电磁波吸收体以阻燃性或不燃性,可以优选将电磁波吸收体用作内部装潢材料或构成内部装潢材料的材料。
根据本发明,通过使用如上述那样优良的电磁波吸收体,可以合适地吸收电磁波。
作为上述各发明的电磁波吸收体的具体用途,如果完全作为一个实例来说明,则可以用作形成办公室等电磁波环境空间的地板材料、墙壁材料、天花板材料,或者用作家具和办公设备的金属面的遮盖材料,或者用作屏风等。在这些用途中,通过配置根据本发明的电磁波吸收体,可以进行电磁波环境的改善。更具体地说,可以用于防止因自干涉和与其它波的干涉引起的电子设备(医疗用设备)的误动作、以及保护人体免受电磁波的侵害。进而可以用于无线LAN(2.4GHz频带、4.9GHz频带、5.2GHz频带等)以及IC标签(950MHz频带、2.4GHz频带)、DSRC、ETC(5.8GHz)以及船舶激光器(9.4GHz频带、3GHz频带)等的传输延迟对策和电磁波通信环境的保护对策,而且可以用于激光防伪对策。另外,也可以用于改善使用毫米频带的电磁波的与ITS相关的移动物体间的无线通信的电磁波通信环境。另外,关于电磁波环境,不仅办公室,而且普通居室、医院、音乐厅、工厂、研究设施、车站、展览场所、道路侧壁、船舶、飞机、集装箱、卡车、仓库、物流中心、百货商店、停车场、加油站、零售便利店、店铺等室外设施等也可以加以利用。对于在各个可以设想的环境中的墙壁、地板、天花板、柱子、面板、广告板、钢制品、桌子、隔墙、架子、支柱、设备、金属制构件等,在每个需要的地方也可以加以利用。上述的具体的用途,完全是一种例示,本发明并不局限于这些用途,可以在以电磁波吸收为目的所有用途中得到广泛的应用。
Claims (17)
1、一种电磁波吸收体,其特征在于:其是由图案层和损耗层层叠而成的,其中,图案层是含有一种或多种导电性图案的多个导电性图案以互不连接的方式而形成,所述导电性图案具有至少1个角部呈曲线状的大致多角形的外部轮廓形状;损耗层包括由具有复数相对磁导率(μ’、μ”)的磁性损耗材料以及具有复数介电常数(ε’、ε”)的介质损耗材料之中的至少一方的材料构成的部分。
2、根据权利要求1所述的电磁波吸收体,其特征在于:在因偏振波方向的不同而产生的可以吸收的频率的偏移能够得到抑制的尺寸范围内,所述角部的形成为曲线状的部分的尺寸被确定为较小的尺寸。
3、根据权利要求1或2所述的电磁波吸收体,其特征在于:导电性图案为面状的图案。
4、根据权利要求1~3的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:外周长不同的导电性图案通过组合而形成。
5、根据权利要求1~4的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:角部的曲率半径不同的导电性图案通过组合而形成。
6、根据权利要求1~5的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:相邻的2个导电性图案的间隔因位置的不同而不同。
7、根据权利要求1~6的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:导电性图案具有一个或多个空孔部,该空孔部具有对于应该吸收的频率下的电磁波产生共振的尺寸。
8、根据权利要求1~7的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于,损耗层包括:电磁波吸收层,其由磁性损耗材料以及介质损耗材料之中的至少一方的材料构成;以及电介质层,其由电介质材料组成。
9、根据权利要求8所述的电磁波吸收体,其特征在于:电磁波吸收层相对于100重量份的有机聚合物,以1重量份~1500重量份的配比,含有选自铁氧体、铁合金、铁粒子之中的1种或多种材料作为磁性损耗材料。
10、根据权利要求8或9所述的电磁波吸收体,其特征在于:电介质层的复数介电常数的实部μ’在1~50的范围内。
11、根据权利要求8~10的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:电磁波吸收层以及电介质层各自的表面电阻率为106Ω/□以上。
12、根据权利要求8~11的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:电磁波吸收层以及电介质层的至少一方是由多层层叠而成的。
13、根据权利要求1~12的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:是用于吸收2.4GHz频带的电磁波的电磁波吸收体,总厚度为4mm以下。
14、根据权利要求1~12的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:是用于吸收900MHz频带的电磁波的电磁波吸收体,总厚度为10mm以下。
15、根据权利要求1~14的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:导电性反射层相对于损耗层,层叠在与图案层相反的一侧。
16、根据权利要求1~15的任一项所述的电磁波吸收体,其特征在于:其具有阻燃性或不燃性。
17、一种电磁波吸收方法,其使用权利要求1~16的任一项所述的电磁波吸收体。
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