JP2004207506A

JP2004207506A - 電波吸収体

Info

Publication number: JP2004207506A
Application number: JP2002375136A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sato; 秀之佐藤; Shingo Hibino; 真吾日比野
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】広角度な範囲で入射する電波に対して高い吸収性能を発揮しながらも、簡単に設計できる電波吸収体を提供する。
【解決手段】反射層１と、この反射層１の表面に積層された吸収層２とからなっている。反射層１の表面には、球体の一部からなる凸部１ａが分布形成されている。吸収層２は、上記反射層１の表面形状に沿って一定の厚みに形成され、球殻の一部からなる凸部２ａが分布形成されている。そして、反射層１の凸部１ａとその表面の吸収層２の凸部２ａとからなる凸部３でも、平面部分とともに、電波を吸収できるようになっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信を利用した電子機器やシステムが盛んに普及し始めている。例えば、自動車の分野では、ミリ波を利用した衝突防止レーダシステムや、無線通信を利用した道路通行料の自動料金収受システム（ＥＴＣ）が普及しつつある。また、オフィス等では、無線ＬＡＮやブルートゥース等を利用した無線通信機器が普及しつつある。
【０００３】
このような電波（電磁波）を利用した電子機器やシステムでは、電磁波の両立性（ＥＭＣ：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）が問題となっている。すなわち、通信に不要な電波が、通信機器の周囲にある様々な物体により乱反射され通信特性を悪化させたり、周囲にある他の電子機器に誤作動を引き起こさせたりすること等が問題となっている。そこで、このような問題に対しては、周囲の物体や室内の壁面や電子機器の筐体等に電波吸収体を取り付ける等の対策を施すことによって、無線通信環境の改善を行なっている。
【０００４】
上記電波吸収体においては、電波が電波吸収体の表面に垂直入射した場合には高い吸収性能を得られるが、電波が斜入射した場合には充分な吸収性能を得られないという問題がある。そこで、電波が斜入射するような場合には、電波吸収体を多層構造にして誘電率，透磁率，厚み等を調整することによって斜入射特性を向上させたり、電波吸収体の表面を予め電波到来方向に向けて施工したり、電波吸収体を図１１に示すような波形状にしたり（特許文献１参照）する等の工夫を施している。なお、図１１において、５１は反射層、５２は吸収層である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１６１９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電波が斜入射する場合を考慮して、電波吸収体を多層構造にするには、コストがかかり、しかも設計が煩雑である。特に誘電率や透磁率の設定は、吸収したい電波の入射角度が変更するたびに、電波吸収材料の配合を検討して最適化する必要があり、大変な手間がかかるという問題がある。また、電波吸収体の表面を電波到来方向に向けて施工したものや、電波吸収体を波形状にしたものは、特定の入射角度にしか対応できない（吸収性能を発揮できる電波の到来方向が限られる）という問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、広角度な範囲で入射する電波に対して高い吸収性能を発揮しながらも、簡単に設計できる電波吸収体の提供をその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の電波吸収体は、反射層と、この反射層の表面に沿って積層された吸収層とからなる電波吸収体であって、上記反射層の表面に、凸部および凹部の少なくとも一方が分布形成され、その反射層の表面に、表面形状に沿って上記吸収層が一定の厚みに形成されているという構成をとる。
【０００９】
本発明の電波吸収体では、凸部や凹部の表面のある部分の法線方向から到来する電波に対しては、その部分では、その電波を垂直入射電波として捕えることができる。すなわち、上記凸部や凹部の分布形成により、垂直入射電波として捕えることができる電波の到来方向を広げることができる。そのため、電波吸収体の設計では、斜入射電波を考慮しなくてもよくなり、垂直入射電波に対応する設計をすればよいため、電波吸収体の設計が簡単になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【００１１】
図１および図２は、本発明の電波吸収体の第１の実施の形態を示している。この電波吸収体は、反射層１と、この反射層１の表面に積層された吸収層２とからなっているものである。そして、上記反射層１の表面には、球体の一部からなる凸部１ａが分布形成されており、隣り合う凸部１ａと凸部１ａとの間は平面に形成されている。また、上記反射層１の裏面は平面に形成されている。一方、上記吸収層２は、上記反射層１の表面形状に沿って一定の厚みｄに形成されており、上記反射層１の凸部１ａに対応する部分は、球殻の一部からなる凸部２ａに形成され、隣り合う凸部２ａと凸部２ａとの間は平面に形成されている。そして、上記反射層１の凸部１ａとその表面の吸収層２の凸部２ａとからなる凸部３でも、上記平面部分とともに、電波を吸収できるようになっている。
【００１２】
上記電波吸収体は、吸収層２を電波到来側にして設置される。例えば、オフィスに設置する場合には、反射層１を壁面や天井面や床面に向け、吸収層２を室内の内側に向けて貼着等する。
【００１３】
そして、電波が上記電波吸収体に対して斜め方向（電波吸収体の平面部分に対して斜め方向）から到来しても、その電波が上記凸部３における球面のある部分の法線方向から到来する電波であれば、上記凸部３におけるその部分では、その電波を垂直入射電波として捕えることができる。また、上記電波吸収体に対して垂直方向（電波吸収体の平面部分に対して垂直方向）から到来した電波に対しては、電波吸収体の平面部分および凸部３の頂点部分が、垂直入射電波として捕えることができる。このように、上記凸部３を分布形成することにより、垂直入射電波として捕えることができる電波の到来方向を広げることができる。そのため、電波吸収体の設計では、斜入射電波を考慮しなくてもよくなり、垂直入射電波に対応する設計をすればよいため、電波吸収体の設計が簡単になる。
【００１４】
また、上記凸部３の大きさ，突出高さ，分布密度（単位面積当りの凸部３の個数）等を調整することにより、吸収する電波の垂直入射成分と斜入射成分とのバランスや到来方向の範囲等を簡単に調整することができる。そのため、電波吸収体の用途に合わせて、上記凸部３の大きさ等を調整すれば、簡単に電波吸収体を最適設計をすることができる。
【００１５】
例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、上記凸部３の大きさおよび突出高さが同じで、その分布密度が異なる〔図３（ａ）の方が図３（ｂ）よりも高い〕場合を比較すると、斜入射成分の吸収は、凸部３が担うため、斜入射成分については、凸部３の分布密度が高い方〔図３（ａ）〕が、低い方〔図３（ｂ）〕よりも、高い吸収性能を発揮する。一方、垂直入射成分の吸収は、凸部３間の平面部分が主に担っており、その平面部分は、凸部３の分布密度が低い方〔図３（ｂ）〕が、高い方〔図３（ａ）〕よりも、広くなっているため、垂直入射成分については、逆に、凸部３の分布密度が低い方〔図３（ｂ）〕が、高い方〔図３（ａ）〕よりも、高い吸収性能を発揮することができる。
【００１６】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記凸部３の大きさおよび分布密度が同じで、その突出高さが異なる〔図４（ａ）の方が図４（ｂ）よりも高い〕場合を比較すると、凸部３の表面が球面の一部であるため、斜入射成分については、突出高さが高い方〔図４（ａ）〕が、低い方〔図４（ｂ）〕よりも、垂直入射電波として捕えることができる（高い吸収性能を発揮できる）電波の到来方向の範囲が広くなっている。一方、凸部３間の平面部分は、突出高さが低い方〔図４（ｂ）〕が、高い方〔図４（ａ）〕よりも、広くなっているため、垂直入射成分については、突出高さが低い方〔図４（ｂ）〕が、高い方〔図４（ａ）〕よりも、高い吸収性能を発揮することができる。
【００１７】
つぎに、電波吸収体の材料等についてより詳しく説明すると、上記反射層１の形成材料は、電波を反射するものであれば特に限定されないが、金属（めっき，蒸着膜，箔，板等），炭素繊維布，導電インク，導電プラスチック等が用いられる。なかでも、導電性が高い点で、アルミニウムや銅が好ましい。
【００１８】
上記吸収層２としては、誘電損失材料からなるもの、磁性損失材料からなるもの、および抵抗皮膜とスペーサ層との積層体からなるものがあげられる。
【００１９】
例えば、上記吸収層２が誘電損失材料や磁性損失材料からなる場合には、下記の式（２）〜（４）により、必要な吸収性能が得られるように、上記吸収層２の厚みｄ，複素比誘電率，複素比透磁率を調節すればよい。
【００２０】
【数２】

【００２１】
【数３】

【００２２】
【数４】

【００２３】
上記誘電損失材料としては、発泡ポリエチレンにカーボン粒子を含有させたもの，ゴムにカーボン粒子を含有させたもの等があげられ、上記磁性損失材料としては、フェライト等があげられるが、特に限定されるものではない。
【００２４】
また、上記吸収層２が上記抵抗皮膜とスペーサ層との積層体からなる場合には、スペーサ層の方を反射層側にし、そのスペーサ層の厚みｔを、下記の式（５）で表される値に設定することにより、電波吸収体をλ／４型電波吸収体とすることができる。
【００２５】
【数５】

【００２６】
上記抵抗皮膜は、上記スペーサ層の表面に、所定の金属酸化物や金属窒化物をイオンプレーティング，蒸着，スパッタリング等することによって形成される。上記金属酸化物等としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ），酸化錫（ＳｎＯ₂），酸化亜鉛（ＺｎＯ），窒化チタン（ＴｉＮ）等が用いられる。そして、上記抵抗皮膜の表面抵抗は、２００〜７００Ωの範囲にあることが好ましく、より好ましくは自由空間の特性インピーダンス３７７Ωに近い値であり、最も好ましくは上記３７７Ωである。また、上記スペーサ層の形成材料は、特に限定されるものではなく、通常、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリイミド（ＰＩ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等があげられるが、上記誘電損失材料や磁性損失材料であってもよい。さらに、上記スペーサ層は、異なる上記形成材料を用いて複数層からなるものであってもよいし、それらの層間に空気層を設けてもよい。
【００２７】
つぎに、上記電波吸収体の製造について説明する。この電波吸収体は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、図５に示すように、まず、成形型を用いて上記反射層１を上記形状に成形するとともに、吸収層２またはスペーサ層（λ／４型電波吸収体の場合）を上記形状に成形する。そして、その吸収層２等の裏面形状に反射層１の表面形状を合わせた状態で、吸収層２等の裏面に反射層１を裏打ちする。λ／４型電波吸収体の場合は、さらに、スペーサ層の表面に抵抗皮膜を蒸着する。このようにして、上記電波吸収体を製造することができる。
【００２８】
特に、上記吸収層２が誘電損失材料や磁性損失材料からなる場合には、電波吸収体の製造方法の変形例として、図６に示すように、つぎのような連続工程により量産が可能となる。すなわち、まず、ロール状に巻かれた吸収層２の形成シート１０から、その形成シート１０を繰り出し、平行に対峙する一対の成形用ロール１１の間に連続して通し、上記各実施の形態における吸収層２の形状にする。つづいて、必要に応じてオーブン１２内を通過させ、架橋・硬化させる。つづいて、めっき処理装置１３により、上記吸収層２の裏面にめっき処理を施し、反射層１を形成する。このようにして、上記電波吸収体を連続工程により製造することができる。なお、この製造方法による電波吸収体では、反射層１をめっき処理により形成するため、反射層１の裏面は、上記吸収層２の裏面形状に沿った凹凸状になっており、平面になっていない。
【００２９】
このように、本発明の電波吸収体によれば、反射層１の表面に、球体の一部からなる凸部３が分布形成され、その反射層１の表面形状に沿って吸収層２が一定の厚みｄに形成されることにより、電波吸収体に対して斜め方向から到来する電波であっても、その電波を垂直入射電波として捕えることができるようになり、広角度な範囲で入射する電波に対して高い吸収性能を発揮することができる。このため、電波吸収体の設計では、斜入射電波を考慮しなくてもよくなり、垂直入射電波に対応する設計をすればよいため、電波吸収体の設計が簡単になる。
【００３０】
特に、凸部３の表面が球面の一部である場合には、その表面の曲率が一定であるため、垂直入射電波として捕えることができる範囲の電波であれば、どの到来方向からの電波でも均一に垂直入射電波として捕えることができる。しかも、そのように捕えることができる電波の到来方向は、平面視で３６０°の範囲となっている。
【００３１】
図７および図８は、本発明の電波吸収体の第２の実施の形態を示している。この実施の形態における電波吸収体は、反射層１の表面に、球面の一部からなる凹部１ｂが分布形成されており、その反射層１の表面形状に沿って吸収層２が一定の厚みｄに形成されている。そして、上記反射層１の凹部１ｂとその表面の吸収層２の凹部（球殻の一部）２ｂとからなる凹部４でも、平面部分とともに、電波を吸収できるようになっている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３２】
この実施の形態の電波吸収体においても、上記第１の実施の形態と同様に、電波が上記電波吸収体に対して斜め方向から到来しても、上記凹部４における球面により、その電波を垂直入射電波として捕えることができ、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００３３】
図９および図１０は、本発明の電波吸収体の第３の実施の形態を示している。この実施の形態における電波吸収体は、反射層１の表面に、球体の一部からなる凸部１ａおよび球面の一部からなる凹部１ｂが交互に分布形成されており、その反射層１の表面形状に沿って吸収層２が一定の厚みｄに形成されている。すなわち、上記第１の実施の形態（図１参照）における凸部３および第２の実施の形態（図２参照）における凹部４が交互に分布形成され、それら凸部３および凹部４でも、平面部分とともに、電波を吸収できるようになっている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００３４】
この実施の形態の電波吸収体においても、上記第１および第２の実施の形態と同様に、電波が上記電波吸収体に対して斜め方向から到来しても、上記凸部３および凹部４における球面により、その電波を垂直入射電波として捕えることができ、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【００３５】
上記各実施の形態の変形例として、上記凸部３や凹部４の表面形状を偏平した球面（表面の曲率が場所によって異なるようなもの）の一部にしてもよい。このような電波吸収体であっても、垂直入射電波として捕えることができる電波の到来方向を広げることができる。また、上記凸部３や凹部４の形状を円錐状，円錐台状，多角錘状，多角錘台状等にしてもよい。このような電波吸収体は、電波の到来方向が予め分かっている場合に用いられ、特定方向から到来する電波をより効果的に吸収することができる。
【００３６】
なお、上記凸部３や凹部４の分布形態は、特に限定するものではなく、整然と分布されたものでもランダムに分布されたものでもよい。また、一つの電波吸収体における凸部３や凹部４の大きさ等も、特に限定するものではなく、全てが同一でもよいし、個々が異なっていてもよい。
【００３７】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３８】
【実施例１】
斜入射角度が４５°まで対応できる凸部が形成された電波吸収体を製造した。そのために、まず、吸収層を形成した。すなわち、エポキシ変性ウレタンゴム１００重量部に対し、酸化チタンを３０重量部、カーボン粒子（ライオン社製、ケッチェンブラックＥＣ）を５重量部添加したものを、ニーダーを用いて混合し、その混合された材料をロールにかけ、厚み２ｍｍのシートを作製した。そして、そのシートを金型により、表面に球体の一部からなる凸部が分布形成され、隣り合う凸部と凸部との間が平面になっている、厚みが１．５ｍｍで一定の吸収層に形成した。各凸部の平面視の直径を８ｍｍとし、凸部の分布密度を１０００ｍｍ²当り５個とした。つぎに、その吸収層の裏面にめっき処理を施して反射層を形成した。このようにして、上記電波吸収体を製造した。
【００３９】
【実施例２】
上記実施例１と異なる金型を用いて、凸部の突出量が同一で、凸部の分布密度が上記実施例１の２倍（１０００ｍｍ²当り１０個）の電波吸収体を製造した。それ以外は、上記実施例１と同様である。
【００４０】
【実施例３】
斜入射角度が３０°まで対応できる凸部が形成された電波吸収体を製造した。そのために、上記実施例１と異なる金型を用いて、凸部の分布密度が同一（１０００ｍｍ²当り５個）で、凸部の突出量が小さい（凸部の平面視の直径が４ｍｍ）電波吸収体を製造した。それ以外は、上記実施例１と同様である。
【００４１】
【比較例１】
平面状の電波吸収体を製造した。そのために、上記実施例１において作製したシートをプレス成形して、厚み１．５ｍｍの平面状の吸収層に形成した後、その吸収層の裏面にめっき処理を施して反射層を形成し、上記平面状の電波吸収体を製造した。
【００４２】
〔電波吸収性能：垂直入射成分と斜入射成分とのバランス〕
このようにして得られた実施例１〜３および比較例１の各電波吸収体に対して、垂直入射および４５°斜入射の各場合における電波吸収性能を、自由空間法により測定した。その測定結果を下記の表１に示した。なお、この測定には、Ｗバンドアンテナ（７５〜１１０ＧＨｚ）を使用した。また、使用電波は、ミリ波レーダーに用いられる７６．５ＧＨｚのものを用いた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
上記表１より、実施例１〜３の各電波吸収体は、比較例１のものよりも、斜入射電波に対して高い吸収性能を発揮することがわかる。また、実施例１〜３の結果より、凸部の分布密度や突出高さを適宜設定することで、垂直入射成分と斜入射成分とのバランスを適宜設定できることがわかる。すなわち、実施例１の結果と実施例２の結果とを比較すればわかるように、凸部の突出量を同一にした状態で、凸部の分布密度を高めると、垂直入射電波に対しては吸収性能が低くなり、斜入射電波に対しては吸収性能が高くなる。また、実施例１の結果と実施例３の結果とを比較すればわかるように、凸部の分布密度を同一にした状態で、凸部のの突出量を小さくすると、垂直入射電波に対しては吸収性能が高くなり、斜入射電波に対しては吸収性能が低くなる。
【００４５】
〔電波吸収性能：電波到来方向への依存性〕
さらに、電波到来方向への依存性を評価するために、各電波吸収体を同一面で９０°回転させた状態で同様に測定した。その測定結果を下記の表２に示した。
【００４６】
【表２】

【００４７】
上記表２より、各電波吸収体を同一面で９０°回転させても、上記表１と同様の結果が得られることから、実施例１〜３の各電波吸収体においては、平面視で電波の到来方向が変わっても、安定した吸収性能を発揮することができることがわかる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電波吸収体によれば、反射層の表面に、凸部および凹部の少なくとも一方が分布形成され、その反射層の表面に、表面形状に沿って吸収層が一定の厚みに形成されている。このため、上記凸部や凹部の表面のある部分の法線方向から到来する電波に対しては、その部分では、その電波を垂直入射電波として捕えることができる。すなわち、上記凸部や凹部の分布形成により、電波吸収体に対して斜め方向から到来する電波であっても、その電波を垂直入射電波として捕えることができるようになり、広角度な範囲で入射する電波に対して高い吸収性能を発揮することができる。そのため、電波吸収体の設計では、斜入射電波を考慮しなくてもよくなり、垂直入射電波に対応する設計をすればよいため、電波吸収体の設計が簡単になる。
【００４９】
特に、本発明の電波吸収体において、上記凸部および凹部の表面が、球面の一部をなすように構成されている場合には、その表面の曲率が一定であるため、垂直入射電波として捕えることができる範囲の電波であれば、どの到来方向からの電波でも均一に垂直入射電波として捕えることができる。しかも、そのように捕えることができる電波の到来方向は、平面視で３６０°の範囲となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電波吸収体の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】上記電波吸収体を用いた電波吸収体を示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、上記電波吸収体における凸部の分布形態を示す説明図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、上記電波吸収体における凸部の突出形態を示す説明図である。
【図５】上記電波吸収体の製造方法を示す説明図である。
【図６】上記製造方法の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の電波吸収体の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図８】上記電波吸収体を用いた電波吸収体を示す断面図である。
【図９】本発明の電波吸収体の第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】上記電波吸収体を用いた電波吸収体を示す断面図である。
【図１１】従来の電波吸収体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１反射層
１ａ凸部
２吸収層
２ａ凸部
３凸部

Claims

反射層と、この反射層の表面に沿って積層された吸収層とからなる電波吸収体であって、上記反射層の表面に、凸部および凹部の少なくとも一方が分布形成され、その反射層の表面に、表面形状に沿って上記吸収層が一定の厚みに形成されていることを特徴とする電波吸収体。
上記凸部および凹部の表面が、球面の一部をなすように構成されている請求項１記載の電波吸収体。
上記吸収層が誘電損失材料からなる請求項１または２記載の電波吸収体。
上記吸収層が磁性損失材料からなる請求項１または２記載の電波吸収体。
上記吸収層が抵抗皮膜とスペーサ層との積層体からなり、スペーサ層が抵抗皮膜よりも反射層側に配置され、スペーサ層の厚みが、下記の式（１）で求められる値に設定することによって、λ／４型電波吸収体に形成されている請求項１または２記載の電波吸収体。