JP2006140352A

JP2006140352A - 電磁波吸収体

Info

Publication number: JP2006140352A
Application number: JP2004329500A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Narita; 毅成田; Hideki Kitahara; 英樹北原; Keiji Tsukahara; 啓二塚原
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】入射電磁波の反射が少なく、電磁波の波長依存性が低く、より広範な波長の電磁波を吸収できる電磁波吸収体を提供する。
【解決手段】導電性材料からなる線状体１０を所定間隔で並列に配置してなる平行グリッド１０Ａ、または前記線状体１０からなる格子面を、電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置したことを特徴とする電磁波吸収体１。
【選択図】図１

Description

本発明は、不要な電磁波を吸収するために用いられる電磁波吸収体に関する。

各種建築構造部や設備、機器では不要な電磁波を受信しないように、不要電磁波を吸収する対策が採られている。例えば、高度道路通信システム（ITS）の一つある自動車走行支援システム（AHS）では、各車輌に搭載されたレーダ等の検出装置が道路の各所に設置されたレーンマーカを検出し、走行経路を予測し、行路からの逸脱時や障害物の出現時に運転者へ危険を知らせるなどして安全な走行を支援するものである。このようなAHSにおいては、走行中の車両が対象であるので比較的高い周波数（一般に６０ＧＨｚもしくは７６ＧＨｚ）の電磁波が利用されるが、この比較的高周波の電磁波はビル壁や道路の防護壁、トンネルの内壁、ガードレール等によって乱反射しやすく、不要な電磁波が発生する。この不要な電磁波が車輌の受信器に受信されると、誤った発信源からの情報と誤認され、走行に危険を生じる可能性がある。

また、近年では高速道路等において、無線通信を利用して通行料の支払いを行う電子通行料支払いシステム（ETC）が普及しつつある。このETCでは５．８ＧＨｚの周波数の電磁波を用いており、同様の不要波による問題がある。

そこで、誤動作の原因となる不要電磁波を吸収する目的で、電磁波吸収体が用いられている。図９は、従来から広く使用されている板状の誘電体からなる電磁波吸収体を示す断面図であるが、大気中から電磁波が電磁波吸収体１００に入射すると、その一部は電磁波吸収体１００の表面１０１で反射し、反射しなかった電磁波は電磁波吸収体１００の内部に浸透し、減衰しながら電磁波吸収体１００の裏面１０２に達する。そして、減衰せずに残った一部の電磁波は反射波となって電磁波吸収体１００の内部を逆行し、電磁波吸収体１００の表面１０１から外界に出る。また、残りの電磁波は電磁波吸収体１００の裏面１０２を出て外界へ透過する。この電磁波吸収体１００の裏面１０２からの透過は、裏面１０２に金属板１１０のような完全反射体を配置することで防止することが可能である。しかし、その一方で反射波が多くなり、電磁波吸収体１００の表面１０１から外界に出る電磁波の量が多くなる。この電磁波吸収体１００の表面１０１から出てくる電磁波を吸収する有効な方法はなく、裏面１０２で反射して表面１０１から外界に出てくる他の反射波によって干渉させる他にない。また、このような板状の誘電体からなる電磁波吸収体１００では、電磁波の波長に依存してその板厚が決定されており、特定波長の電磁波にのみ有効であり、汎用性が低いという問題がある。

また、材料面から電磁波の吸収性能を改善することも行われており、通常は、誘電損失の大きな材料を用いて電磁波吸収体内部での電磁波の減衰量を高めることが行われている。また、誘電損失粉体と繊維とをバインダーで結着した複合材料で形成した電磁波吸収体も知られている（例えば、特許文献１参照）。この複合材料からなる電磁波吸収体は、誘電損失体粉末の誘電損失作用と、繊維間に形成される複雑な空隙による電磁波散乱吸収作用とにより、電磁波の吸収性能を高めている。

しかしながら、上記の複合体からなる電磁波吸収体では、繊維と誘電損失粉体とがランダムで、空隙の大きさも一様ではないため、電磁波の散乱効果にムラがある。また、構造骨格を形成する繊維は一般に誘電率が低いため、電磁波が透過しやすく、電磁波の散乱そのものが起こり難い。一般に、誘電率が高い材料からなる電磁波吸収体では、表面で反射しやすく、電磁波が内部に浸透し難いため、上記の複合体からなる電磁波吸収体でも反射が起こり電磁波の散乱が更に起こり難くなる。このような反射は、電磁波が電磁波吸収体に対して斜めに入射した場合により顕著となる。更には、AHS等に用いられる比較的高い周波数の電磁波に対する吸収性能にも劣っている。

また、ハーフミラー作用により入射電磁波の一部を反射し、残部を透過させることを繰り返し行うことで電磁波を減衰させ、最終的に消滅させる電磁波吸収体も知られている（例えば、特許文献２参照）。この電磁波吸収体は、電磁波の半反射体と、電磁波の反射体とを、間接材を挟んで配置したものであり、半反射体により入射電磁波の一部を反射するとともに、残部を間接材側に透過させ、透過した電磁波を間接材中を伝搬させた後、反射体により反射して再び間接材中を伝搬させ、更に半反射体に達した電磁波を半反射体で再び間接材側に反射することを繰り返して電磁波を減衰させ、最終的に消滅させる。

しかし、このハーフミラー方式の電磁波吸収体では、半反射体は電磁波の入射軸に対して直交するように配置されるため、入射電磁波の半分程度は半反射体で反射され、吸収効率が十分とはいえない。

特開平８−１８１４８２号公報特開２０００−９１７８２号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、入射電磁波の反射が少なく、電磁波の波長依存性が低く、より広範な波長の電磁波を吸収できる電磁波吸収体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記の電磁波吸収方法及び電磁波吸収体を提供する。
（１）導電性材料からなる線状体を所定間隔で並列に配置してなる平行グリッド、または前記導電性材料からなるメッシュを、電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置し、第１の平行グリッドまたはメッシュにて入射電磁波の一部を入射軸に対して直交する方向に反射し、反射された電磁波を前記第１の平行グリッドまたはメッシュに隣接する第２の平行グリッドまたはメッシュで電磁波の入射軸と平行な方向に反射するとともに、前記第１の平行グリッドまたはメッシュを透過した電磁波を該第１の平行グリッドまたはメッシュより下段の第３の平行グリッドまたはメッシュにて入射軸に対して直交する方向に反射させることを繰り返し行い、入射電磁波を順次減衰させることを特徴とする電磁波の吸収方法。
（２）導電性材料からなる線状体を所定間隔で並列に配置してなる平行グリッド、または前記導電性材料からなるメッシュを、電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置したことを特徴とする電磁波吸収体。
（３）平行グリッドが、電磁波を透過する材料からなるシート上に導電性塗料を印刷して形成されていることを特徴とする上記（２）に記載の電磁波吸収体。
（４）平行グリッドまたはメッシュを、空気中に配置したことを特徴とする上記（２）または（３）に記載の電磁波吸収体。
（５）平行グリッド間またはメッシュ間に、断熱材または吸音材を配置したことを特徴とする上記（２）または（３）に記載の電磁波吸収体。

本発明によれば、平行グリッドまたはメッシュを電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置することにより、入射電磁波の反射が少なく、電磁波の波長依存性が低く、より広範な波長の電磁波を吸収できる。

以下、本発明の電磁波吸収体に関して図面を参照して詳細に説明する。尚、以降の説明において、断面図は何れも電磁波の入射面と直交する面を示してある。

図１は、本発明の電磁波吸収体の一実施形態を示す上面図であり、図２はその断面図である。図示されるように、本発明の電磁波吸収体１は、導電性材料からなる線状体１０を所定間隔で並列に配置して形成される平行グリッド１０Ａを、電磁波の入射軸Ｌに対して４５°の角度で交差するように、多段に配置して構成されている。

導電性材料からなる線状体１０は、適度の反射率を有することが必要で、更に誘電損失を有することが好ましく、それにより水平方向に伝播する電磁波の量が減少する。具体的には、アルミニウムや銅、鉄等の金属からなる細線とする他に、炭素繊維や窒化シリコン含有繊維を用いることができる。特に後者の繊維では、金属の細線に比べて耐熱性が高く、軽量化を図ることができる。また、紙等の電磁波を透過するシート上に、導電性塗料を線状または格子状に印刷して形成することもできる。導電性塗料は、前記金属の微粉やカーボン粉、半導体材料からなる粉等をバインダー等とともに溶媒に分散させたものを使用できる。印刷による線状体１０の形成は一般的なプリンタを用いて容易に行うことができ、しかも精度が高く、コスト的にも有利である。

個々の平行グリッド１０Ａにおける線状体１０の間隔（ｓ）、平行グリッド１０Ａの間隔（Ｄ）、全体の厚さ（ｈ）は、吸収対象の電磁波の波長を目安に設定することができる。但し、本発明の電磁波吸収体１によれば、設計時に設定した電磁波の波長の他にも、この設定波長を中心としてある範囲の波長の電磁波まで吸収することができ、本発明の電磁波吸収体は従来の電磁波吸収体に比べて波長依存性は低いといえる。

例えば、平行グリッド１０Ａの間隔（Ｄ）は電磁波の波長の半波長以上、全体の厚さ（ｈ）は電磁波の波長の１．５倍以上が好ましいが、これに限定されない。また、線状体１０の間隔（ｓ）は電磁波の波長の１／２以下が好ましい。尚、個々の線状体１０の線幅（金属細線の場合は直径）は間隔（ｓ）に応じて適宜設定される。

図３に本発明の電磁波吸収体１による電磁波の吸収機構を模式的に示すが、同図（Ａ）に示すように、入射電磁波は、先ず最上段の平行グリッド１０Ａ（面Ａ）により、その一部（Ｈ）が入射軸に対して直交する方向（以下、「水平方向」という）に反射され、残部（Ｖ）がその下段の平行グリッド１０Ａ（面Ｂ）側に透過する。次いで、同図（Ｂ）に示すように、水平方向に反射された電磁波（Ｈ）は、隣接する平行グリッド１０Ａ（面Ｃ）で反射され、更にその一部が水平方向に透過し、残部が入射軸に沿う方向（以下、「垂直方向」という）に反射される。同時に、透過した電磁波（Ｖ）は、その一部が下段の平行グリッド１０Ａ（面Ｂ）により水平方向に反射され、残部が更に下段の平行グリッド１０Ａ（面Ｄ）側に透過する。そして、同図（Ｃ）に示すように、反射または透過した電磁波は、それぞれ隣接する平行グリッド１０Ａまたは下段の平行グリッド１０Ａで同様の反射または透過を繰り返し、その間に減衰を続け、最終的に電磁波吸収体１を透過する電磁波は消滅する。

また、本発明の電磁波吸収体１では、平行グリッド１０Ａに代えて、導電性材料からなるメッシュを用いることもできる。メッシュは、図示は省略するが、上記と同様の導電性材料からなる線状体１０を格子状に配置したものや、導電性材料からなる板やシート、箔に規則的に多数の開口を設けたもの等を例示できる。格子状に配置する場合は、平行グリッドと同様に導電性塗料を印刷する方法を採用することができる。また、格子の開口は、上記した平行グリッド１０Ａの線状体１０の間隔に準じて形成される。一方、開口を設ける場合は、通常の孔開け加工が採用でき、開口径や間隔は、上記した平行グリッド１０Ａの線状体１０の間隔に準じて形成される。

尚、格子の形状及び開口の形状には特に制限がなく、格子では三角形や正方形、菱形、多角形等とすることができる。また、開口の形状も、円形や三角形、菱形、多角形等とすることができる。

また、本発明の電磁波吸収体１は、平行グリッド１０Ａまたはメッシュを空気中に配置して構成してもよいが、図４に示すように、平行グリッド１０Ａやメッシュの間に断熱材や吸音材２０を配置することもできる。尚、図中の符号１５は、紙等のシートである。これにより、電磁波吸収体１には、電磁波吸収機能に加えて断熱機能や吸音機能が付加される。但し、断熱材や吸音材２０は、誘電率の低い材料で形成して電磁波の減衰効果を維持することが好ましい。

以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（実施例１）
図１に示すように、プリンタ（アルプス電気（株）製「ＭＤ５５００」）を用い、コピー用紙に、導電性インク（アルプス電気（株）製「ＭＤＣ−ＦＭＥＧ」）を線幅（ｗ）１．７ｍｍで全長４００ｍｍの直線を、線間隔（ｓ）１１ｍｍで印刷した。そして、図２に示すように、印刷したコピー用紙を２０枚、基台上に４５°の角度で傾斜させた状態で、２７．５ｍｍの間隔（Ｄ）で平行に配置して電磁波吸収体を作製した。電磁波吸収体の厚さ（ｈ）は８２．５ｍｍとした。

作製した電磁波吸収体について、電磁波の吸収を自由空間法によって測定した。即ち、平面波を放出する一組のアンテナの間に電磁波吸収体を置き、ネットワークアナライザーを用いてＳパラメータ法によって測定した。尚、電磁波の波長は４．８〜７．２ＧＨｚとし、電磁波の入射角度を０°とした。その結果、図５に示すように、全測定周波数範囲において約２０ｄＢの吸収率が得られ、このことから本発明の電磁波吸収体は広い周波数範囲にわたり良好な電磁波の吸収効果を有することがわかる。

（実施例２）
直径０．９ｍｍ（ｗ）で、全長４００ｍｍのＳＵＳ３１６製の細線を、線間隔（ｓ）３．７ｍｍで平行に配置してメッシュ板を作製し、これを２０枚、基台上に４５°の角度で傾斜させた状態で、１８．５ｍｍの間隔（Ｄ）で平行に配置して電磁波吸収体を作製した。電磁波吸収体の厚さ（ｈ）は５５．５ｍｍとした。

作製した電磁波吸収体について、実施例１と同様にして電磁波の吸収を測定したところ、図６に示すように、全測定周波数範囲において１５ｄＢ以上の吸収率が得られた。

（比較例１）
実施例１で作製した印刷したコピー紙を２０枚、図７に示すように、電磁波の入射軸に対して直交するように２７．５ｍｍ間隔（Ｄ）で平行に配置し、５５．０ｍｍの厚さ（ｈ）の電磁波吸収体を作製した。

作製した電磁波吸収体について、実施例１と同様にして電磁波の吸収を測定したところ、図８に示すように、高周波側で吸収が若干多いものの、全測定周波数範囲において最大で約７ｄＢの吸収率しか得られなかった。

本発明の電磁波吸収体の実施形態を示す上面図である。本発明の電磁波吸収体の実施形態を示す断面図である。本発明の電磁波吸収体による電磁波の吸収機構を説明するための図である。本発明の電磁波吸収体の他の実施形態を示す断面図である。実施例１において、電磁波の吸収を測定した結果を示す図である。実施例２において、電磁波の吸収を測定した結果を示す図である。比較例１で作製した電磁波吸収体を示す模式図である。比較例１において、電磁波の吸収を測定した結果を示す図である。従来の電磁波吸収体による電磁波の吸収機構を説明するための図である。

符号の説明

１電磁波吸収体
１０線状体
１０Ａ平行グリッド
１５シート
２０誘電体

Claims

導電性材料からなる線状体を所定間隔で並列に配置してなる平行グリッド、または前記導電性材料からなるメッシュを、電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置し、第１の平行グリッドまたはメッシュにて入射電磁波の一部を入射軸に対して直交する方向に反射し、反射された電磁波を前記第１の平行グリッドまたはメッシュに隣接する第２の平行グリッドまたはメッシュで電磁波の入射軸と平行な方向に反射するとともに、前記第１の平行グリッドまたはメッシュを透過した電磁波を該第１の平行グリッドまたはメッシュより下段の第３の平行グリッドまたはメッシュにて入射軸に対して直交する方向に反射させることを繰り返し行い、入射電磁波を順次減衰させることを特徴とする電磁波の吸収方法。
導電性材料からなる線状体を所定間隔で並列に配置してなる平行グリッド、または前記導電性材料からなるメッシュを、電磁波の入射軸に対して４５°の角度で交差するように多段に配置したことを特徴とする電磁波吸収体。
平行グリッドが、電磁波を透過する材料からなるシート上に導電性塗料を印刷して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁波吸収体。
平行グリッドまたはメッシュを、空気中に配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の電磁波吸収体。
平行グリッド間またはメッシュ間に、断熱材または吸音材を配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の電磁波吸収体。