JP2006165078A - 電磁波吸収パネル - Google Patents

Abstract

【課題】従来のような透湿防止材料や防水フィルム等を用いることなく、第１および第３誘電体層１２０２、１２０６の含水率が変動した場合でも良好な電波吸収性能を発揮する、一般建材を用いた電磁波吸収パネルを提供する。
【解決手段】
第１誘電体層１２、第２誘電体層１４、第３誘電体層１６および電磁波反射層２０を積層して電磁波吸収パネル１０を構成する。スペーサ材１４Ａにより第１誘電体層１２の背面と第３誘電体層１６の前面との間に厚さｄ２の領域１４Ｂを画成し、第１誘電体層１２と第３誘電体材料１６とを互いに平行に保持する第２誘電体層１４を構成する。第１誘電体層１２の厚さｄ１を第３誘電体層１６厚さｄ３の８５％以下にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電波障害を抑制するために建物の壁や天井等に使用される電磁波吸収パネルに関し、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する、いわゆる一般建材を用いて構成される電磁波吸収パネルに関する。

従来、無線通信に使用される電磁波を吸収し、電波障害を抑制する電磁波吸収パネルが知られている。この種の電磁波吸収パネルとしては、フェライト材料の層を使用したものや、誘電体材料の層の中に抵抗膜を埋設したものが使用されていきたが、これらの電磁波吸収パネルは高価であり、取り扱いにも注意を要した。
そこで、本出願人は、珪酸カルシウム板や、モルタル板、石膏ボード等の一般建材を使用した特許文献１の電磁波吸収パネルを提案した。この電磁波吸収パネル１０は、電波整合層１２と電磁波反射層１４とから構成される。電波整合層１２は、第１誘電体層１２０２と、第２誘電体層１２０４と、第３誘電体層１２０６とから構成される。第２誘電体層１２０４は、比誘電率がほぼ１である低誘電率材料から構成され、第１および第３誘電体層１２０２、１２０６は、比誘電率が従来の低誘電率材料よりも高い一般建材、例えば珪酸カルシウム板、モルタル板、石膏ボードから構成され、電磁波反射層１４は、例えば金属箔で構成されている。
特開２００３−２８３１８０号公報

しかしながら、上記特許文献１の一般建材を用いた電磁波吸収パネルでは、第１および第３誘電体層１２０２、１２０６の比誘電率が材料中の含水率に応じて変動し、電磁波吸収特性が変動するため、第２誘電体層１２０４を吸放湿性の小さい材料で構成する、各層の間に透湿防止材料１６を設ける、全層を防水フィルム１８で覆い密閉する等していた。このため、構成材料が増えて設計、性能検証および製造が複雑になり、高コストになるといった問題を残していた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、上記のような透湿防止材料や防水フィルム等を用いることなく、第１および第３誘電体層１２０２、１２０６の含水率が変動した場合でも良好な電波吸収性能を発揮する、一般建材を用いた電磁波吸収パネルを提供するにある。

上記目的を達成するため、本発明の電磁波吸収パネルは、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第１誘電体材料で形成された厚さｄ１の第１誘電体層と、前記第１の誘電体の背面に積層され、比誘電率が略１の第２誘電率を有する厚さｄ３の第２誘電体層と、前記第２誘電体層の背面に積層され、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第３誘電体材料で形成された厚さｄ３の第３誘電体層と、前記第３誘電体層の背面に積層され、前記第１、第２および第３誘電体層を通して入射される電磁波を反射する反射層とから構成される電磁波吸収パネルであって、前記厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ３の８５％以下の厚さで構成されることを特徴とする。

また、本発明の電磁波吸収パネルは、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第１誘電体材料で形成された厚さｄ１の第１誘電体層と、前記第１の誘電体の背面に積層され、比誘電率が略１の第２誘電率を有する厚さｄ３の第２誘電体層と、前記第２誘電体層の背面に積層され、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第３誘電体材料で形成された厚さｄ３の第３誘電体層と、前記第３誘電体層の背面に積層され、前記第１、第２および第３誘電体層を通して入射される電磁波を反射する反射層とから構成される電磁波吸収パネルであって、前記厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ１、ｄ２およびｄ３の合計値の４５％以下の厚さで構成されることを特徴とする。

本発明の電磁波吸収パネルによれば、前記第１誘電体層の厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記第３誘電体層の厚さｄ３の８５％以下の厚さで構成される。
このように電磁波吸収パネルを構成すると、前記第１および第３の誘電体層の含水率が通常の設置環境、例えば室内環境下で変動した場合でも、必要な電磁波吸収性能を維持することができる。したがって、従来の透湿防止材料や防水フィルム等を用いることなく、良好な電波吸収性能を有する電磁波吸収パネルを提供することができる。
前記第１誘電体層の厚さｄ１が前記第３誘電体層の厚さｄ３の８５％を超えると、前記第１および第３の誘電体層の含水率の変動が大きくなり、これらの比誘電率の変動も大きくなり、所望の電磁波吸収パネルの所望の周波数の電磁波の吸収性能が低下する。

また、本発明の電磁波吸収パネルによれば、前記第１誘電体層の厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記第１、第２および第３誘電体層の厚さｄ１、ｄ３およびｄ３の合計値の４５％以下の厚さで構成される。
このように電磁波吸収パネルを構成すると、前記第１および第３の誘電体層の含水率が通常の設置環境、例えば室内環境下で変動した場合でも、必要な電磁波吸収性能を維持することができる。したがって、従来の透湿防止材料や防水フィルム等を用いることなく、良好な電波吸収性能を有する電磁波吸収パネルを提供することができる。
前記第１誘電体層の厚さｄ１が前記第１、第２および第３誘電体層の厚さｄ１、ｄ３およびｄ３の合計値の４５％以下を超えると、前記第１および第３の誘電体層の含水率の変動が大きくなり、これらの比誘電率の変動も大きくなり、所望の電磁波吸収パネルの所望の周波数の電磁波の吸収性能が低下する。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、実施の形態の電磁波吸収パネルの構成を示す分解斜視図である。また、図２は、図１に示される電磁波吸収パネルの断面図である。

図１および図２に示すように、この電磁波吸収パネル１０は、第１誘電体層１２、第２誘電体層１４、第３誘電体層１６および電磁波反射層２０を積層して構成される。
第１誘電体層１４は、第１誘電体材料で形成した厚さｄ１の板材から構成される。第３誘電体層１６は、第３誘電体材料で形成した厚さｄ３の板材から構成される。
第１誘電体層１２と第３誘電体材料１６との間には、スペーサ材１４Ａが介装されている。スペーサ材１４Ａは、第１誘電体層１２の背面と第３誘電体層１６の前面との間に厚さｄ２の空気の領域１４Ｂを画成し、第１誘電体層１２と第３誘電体材料１６とを互いに平行に保持している。スペーサ材１４Ａおよび領域１４Ｂは、第２誘電体層１４を構成する。

電磁波反射層２０は、第３誘電体材料１６の背面に設けられ、第１誘電体層１２、第２誘電体層１４および第３誘電体層１６を通して入射された電磁波を良好に反射して電磁シールドとしての機能を果たすことのできる材料で形成される。その材料としては例えば、金属板、金属箔、金属メッシュ、導電性プラスチック板、導電性塗料の塗膜などをはじめとする様々な材料を使用することができる。

この電磁波吸収パネル１０へ、その背面側（図２で見て右側）から入射する電波は、電磁波反射材２０によって反射して戻され、その際の反射損失は僅かなものである。
一方、前面側（図２で見て左側）から入射する電波は、第１誘電体層１２および第３誘電体層１６により、反射して戻される電波が、後に入射された電波との干渉によりかなりの反射損失を伴って減衰される。反射損失の値は電波の周波数によって異なり、即ち周波数依存性を有しており、それについては後に詳述する。

第１誘電体層１２を形成する第１誘電体材料および第３誘電体材料１６を形成する第３誘電体材料は、入手容易で低価格の材料を使用することが望ましく、更に加工性に優れたものであることが望まれる。これら条件を満足する好適な材料としては、例えば、無機バインダーを主材料とする建材などがあり、具体的には、珪酸カルシウム板などが好ましい材料である。
また、セメント板、モルタル板、繊維セメント板、それに繊維モルタル板などのセメント系材料の板状建材なども好ましい材料であり、繊維セメント板の一種であるフレキシブルボードなどは、加工性に優れている点で特に好適な材料である。また、壁面用の電磁波吸収パネルにも使用可能であるが、特に天井用の電磁波吸収パネルに使用するのに適した材料として、石膏ボードや岩綿成型板（岩綿吸音板、岩綿保温板、等々）などの内装建材がある。
さらに、外観性や装飾性をも兼ね備えた好適な材料として、素焼タイル、陶器タイル、磁器タイルなどの内装用タイルや、テラコッタなどの内装用れんがをはじめとする種々の窯業系の板状材料がある。また、同じく外観性及び装飾性に優れた材料として、ガラスタイルや内装用板ガラスなどの様々なガラス内装材、それに人造大理石などの様々なプラスチック内装材も使用可能である。

本発明に係る電磁波吸収パネルの電磁波吸収特性については後に詳述するが、本発明を実施する上では、第１誘電体層１２および第３誘電体材料１６の材料としては、比誘電率の値が１００以上のＩＴＯやＢＳＴなどの高価な材料を使用する必要はなく、比誘電率の値が２〜５０の誘電体材料を使用して好適な結果を得ることができ、更には、比誘電率の値が２〜１５の誘電体材料を使用して良好な結果を得ることも可能である。

スペーサ材１４Ａは、図示したものはプラスチック製の枠状体（格子状体）であるが、ただしこれ以外の様々な形態のものとすることができる。スペーサ材１４Ａは、第２誘電体層１４の特性インピーダンスが、自由空間の特性インピーダンス（３７７Ω）に略等しくなるように構成する。
第２誘電体層１４は、その体積の大部分が空気から成り、空気の特性インピーダンスは自由空間の特性インピーダンスに略等しい。しかもスペーサ材１４Ａの材料が、第２層１４の特性インピーダンスに大きな影響を及ぼさないプラスチック材料であることから、第２誘電体層１４の特性インピーダンスが、自由空間の特性インピーダンスに略等しくなっている。

スペーサ材１４Ａの形状は、桟状としてもよく、また、第１誘電体層１２と第３誘電体層１６との間に多数の駒状体を配列してスペーサ材とすることも可能である。それらの場合にも、第２誘電体層１４に占めるスペーサ材１４Ａの体積の割合を充分に小さくすることで、第２誘電体層１４の特性インピーダンスを自由空間の特性インピーダンスに略等しくすることができる。
スペーサ材１４Ａを金属材料製とした場合には、第２層１４の特性インピーダンスに比較的大きな影響を及ぼすことになるため、金属材料を使用することはあまり好ましくないが、ただし、金属材料は一般的に高強度であるため、第２誘電体層１４に占めるスペーサ材の体積の割合を極めて小さくできる可能性があり、それが可能であるならば、金属材料の使用も排除されるものではない。
なお、プラスチック材料以外にも、特性インピーダンスに比較的小さな影響しか及ぼさない公知の材料が幾つも存在しており、それら材料は、スペーサ材１４Ａの好適な材料である。

スペーサ材１４Ａの更に別の好適な形態として、例えば発泡ウレタン板や発泡スチロール板などの、発泡材料で形成した板材を使用してもよい。この場合、その発泡材料の空孔率を充分に大きくすることによって、第２誘電体層１４の特性インピーダンスを自由空間の特性インピーダンスに略等しくすることができる。発泡ウレタン板や発泡スチロール板は一般的な建材であり、入手容易で低価格である上、特に加工性において群を抜いて優れているため、スペーサ材１４Ａの材料として非常に好ましいものである。

図３は、電磁波吸収パネルの変形例である。
変形例の電磁波吸収パネル１００は、図１及び図２に示される電磁波吸収パネル１０の電磁波反射層２０の背面側に第３誘電体層１６、第２誘電体層１４、第１誘電体層１２を積層し、電磁波吸収パネル１００の両面のいずれの側から入射した電磁波をも減衰させて反射させるようした両面型の電磁波吸収パネルである。
なお、図１および図２に示される電磁波吸収パネル１０の各構成要素と同一の構成には、同じ参照番号が付されている。

図１および図２に示される電磁波吸収パネル１０は、主として無線ＬＡＮシステムなどの運用空間を囲繞している壁面や天井などに用いて好適である。これに対し、図３に示される変形例の両面型の電磁波吸収パネル１００は、例えば、個別に無線ＬＡＮシステムを運用している互いに隣接する空間どうしを区画して、それら無線ＬＡＮシステムどうしの相互干渉を防止するためなどに用いて好適である。

前述のように、電磁波吸収パネル１０は、電磁シールド機能を提供するとともに、前面側から入射して反射する電波を減衰させる機能を提供するものであり、その電磁波吸収能力は、周波数依存性を有するものである。そして、本発明においては、この周波数依存性を適切に設定して、電磁波吸収パネル１０に所望の吸収周波数特性を持たせるようにしている。
電磁波吸収パネル１０の吸収周波数特性を決定する要因には、第１誘電体層１２の比誘電率ε_１、第３誘電体層１６の比誘電率ε_３、第１誘電体層１２の厚さｄ１、第２誘電体層１４の厚さｄ２、第３誘電体層１６の厚さｄ３があり、さらに、第２誘電体層１４の特性インピーダンスＺｃ_２が自由空間の特性インピーダンスから比較的大きく偏位している場合には、第２誘電体層１４の特性インピーダンスＺｃ_２ないし比誘電率ε_２も考慮することになる。
以下に、電磁波吸収パネル１０の吸収周波数特性が、それら要因によってどのように定まるかについて説明する。

以下の説明においては、第１誘電体層１２、第２誘電体層１４および第３誘電体層１６をそれぞれ単に第１層１２、第２層１４およびを第３層１６ともいう。また、自由空間の特性インピーダンスをＺ_０、電磁波吸収パネル１０の表面（前面）に対する電波の入射角をθ、電波の波長をλで表すことにする。

前述のように、電磁波吸収パネル１０は、電波の入射側から順に第１層１２、第２層１４、及び第２層を有しており、入射角θを考慮に入れたそれら各層の特性インピーダンスをそれぞれＺｃ_１(θ)、Ｚｃ_ｍ(θ)、Ｚｃ_２(θ)で表すことにする（前述のように、第２層１４の特性インピーダンスは自由空間の特性インピーダンスＺ_０に略々等しくしてあるため、Ｚｃ_ｍ(０)≒Ｚ_０である）。入射角θの関数としての特性インピーダンスＺｃ_１(θ)、Ｚｃ_ｍ(θ)、Ｚｃ_２(θ)の値は、各層の比誘電率の値ε_１、ε_２、ε_３と、自由空間の特性インピーダンスの値Ｚ_０とから求めることができ、入射電波がＴＥ波の場合には以下の式１で表され、ＴＭ波の場合には以下の式２で表される。

また、入射角θを考慮に入れた第１層１２、第２層１４および第３層１６の伝播定数をγ_１(λ,θ)、γ_２(λ,θ)、γ_３(λ,θ)で表すことにする。これら伝播定数の値は入射電波の周波数の関数であるとともに入射角θの関数でもあり、ここでは入射電波の波長λ及び入射角θの関数の形で表している。γ_１(λ,θ)、γ_２(λ,θ)、γ_３(λ,θ)の値は以下の式３で表される。

以上において、電磁波吸収パネル１０の反射損失を求めるには、先ず、電磁波吸収パネル１０の表面、即ち第１層１２の前面を境界面と見たときのその背面インピーダンスＺ_１(λ,θ)の値を求める。この背面インピーダンスの値は入射電波の周波数及び入射角θの関数であり、ここでは波長λ及び入射角θの関数の形で表している。
この背面インピーダンスＺ１(λ,θ)の値は、上述した各層の特性インピーダンスＺｃ_１(θ)、Ｚｃ_２(θ)、Ｚｃ_３(θ)の値と、伝播定数γ_１(λ,θ)、γ_２(λ,θ)、γ_３(λ,θ)の値と、厚さｄ１、ｄ２、ｄ３の値とから、以下の式４、式５、式６に従って求めることができる。
これらの式においてＺ_２(λ,θ)は、第１層１２と第２層１４との境界面（すなわち、第１層１２の背面）の背面インピーダンスの値であり、Ｚ_３(λ,θ)は、第２層１４と第３層１６との境界面（すなわち、第３層１６の前面）の背面インピーダンスの値である。

電磁波吸収パネル１０の反射損失は、式６によって示された電磁波吸収パネル１０の表面の背面インピーダンスＺ_１(λ,θ)の値から求めることができ、入射電波がＴＥ波の場合の反射損失Ｓｔｅ(λ,θ)は以下の式７によって、またＴＭ波の場合の反射損失Ｓｔｍ(λ,θ)は以下の式８によって表される。

本発明に係る電磁波吸収パネルの典型的な用途は、例えば、多数の人々が働いている単一オフィス空間において、各人が使用しているパーソナル・コンピュータや、サーバ、共用プリンタなどの機器を相互接続する無線ＬＡＮシステムを運用する際に、それら多数の機器が夫々に送出する電波がＥＭＩを生じないようにするために、そのオフィス空間の壁面や天井を電磁波吸収パネルで覆うというものである。このような場合には、電磁波吸収パネルへ入射する電波の入射角は一定せず、様々な方向から様々な入射角度で電波が入射するため、電磁波吸収パネルの吸収周波数特性を考える上で、入射角を考慮することには大きな意味はなく、また、電波の反射の影響が強く現れるのは、電波が垂直に近い角度で入射した場合であるため、式７及び式８においてθ＝０とすることができる。その場合には、電磁波吸収パネルの反射損失Ｓ(θ)は、次の式９で表される。

電磁波吸収パネル１０の吸収周波数特性に関する以上の解析は、第１層１２の比誘電率ε_１、第３層の比誘電率ε_３、第１層の厚さｄ１、第２層の厚さｄ２、第３層の厚さｄ３が既に定められている場合に、電磁波吸収パネル１０がいかなる吸収周波数特性を呈するものとなるかを示したものである。
本発明においては、これとは逆に、電磁波吸収パネル１０に所望の吸収周波数特性を付与することができるように、第１層１２の比誘電率ε_１、第２層の比誘電率ε_２、第３層１６の比誘電率ε_３、第１層１２の厚さｄ１、第２層１４の厚さｄ２、第３層１６の厚さｄ３を適切に定めるようにしている。これは、以下の方法に従って行う。

先ず、第１層１２を形成する第１誘電体材料を選定して、その第１誘電体材料の比誘電率ε_１を求め、また、第３層１６を形成する第３誘電体材料を選定して、その第３誘電体材料の比誘電率ε_３を求める。第１誘電体材料と第２誘電体材料とは同一材料でもよく、異種材料でもよい。
ただし、それらを同一材料とすれば、定尺に形成した電磁波吸収パネルを設置個所の寸法に合わせて切断加工する際に、その加工が容易であるという利点が得られる。両者の材質が大きく異なると、切断工具が良好に対応できないことがあるからである。また、それら材料が一般的なものであって、それらの比誘電率を示したデータが既に存在する場合には、そのデータを参照することでそれらの比誘電率を求めることができる。そのようなデータが入手できない場合には、公知の誘電率測定方法を用いて、測定によって比誘電率を求めればよい。

次に、その電磁波吸収パネルの吸収周波数特性を、第１比誘電率ε_１と、第３比誘電率ε_３と、厚さｄ１と、厚さｄ２と、厚さｄ３とに基づいて計算により算出する。このとき、その電磁波吸収パネルを使用する状況に応じて、電波の入射角が電磁波吸収パネルに垂直であると見なしてよければ、上掲の式９を用いて計算をする。一方、斜めに入射する電波を考慮することが妥当であると考えられる場合には、上掲の式７ないし式８を用いる。

次に、算出したその吸収周波数特性が、所望の周波数帯をカバーするピークを有するという条件（以下、周波数特性条件という）を満足しているか否かを判定する。
本発明に係る電磁波吸収パネルは、後に実施例として例示するように、第１層１２及び第３層１６の材料を、珪酸カルシウム板やモルタル板などの無機バインダーを主材料とする一般建材とし、且つ、第１層１２の厚さｄ１、第２層１４の厚さｄ２、第３層１６の厚さｄ３を３ｍｍ〜４５ｍｍの範囲内の値としたとき、その吸収周波数特性が１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数領域において複数のピークを持つように設計することができる。そして、それらピークの位置は、３つの厚さｄ１、ｄ２、ｄ３の値に応じて変化する。そこで、算出した吸収周波数特性が、上述の周波数特性条件を満足していなかった場合には、それら３つの厚さｄ１、ｄ２、ｄ３の値を変えて上述の計算を反復することによって、上述の周波数特性条件を満足する３つの厚さｄ１、ｄ２、ｄ３の値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を求める。

更に、求める３つの厚さの値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は、周波数特性条件を満足することに加えて、強度条件及び寸法条件も満足するものでなければならない。
ここでいう強度条件とは、第１層１２の厚さｄ１及び第３層１６の厚さｄ３が、実用上充分な強度を備えるために必要な最小厚さ（材料強度や、スペーサ材１４Ａの形態などによって異なるが、例えば３ｍｍ程度）以上でなければならないという条件である。
また、寸法条件とは、最終的に完成したときの電磁波吸収パネル１０の厚さが、実用上許容される最大厚さ（電磁波吸収パネルの設計者が任意に設定することのできる厚さであり、例えば９０ｍｍ程度、好ましくは４５ｍｍ程度）以下でなければならないという条件である。
これら周波数特性条件、強度条件、及び寸法条件のすべてを満足する３つの厚さの値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は、通常幾つも見出すことができ、それらのうちから総合的に判断して最適と思われる組合せを選択するようにする。

また、周波数特性条件における所望の周波数帯は、電磁波吸収パネルの具体的な使用目的に応じて決められるものである。例えば、事業所内ＰＨＳシステムの通信品質を確保するためにオフィスの壁面及び天井に電磁波吸収パネルを装備するのであれば、吸収周波数特性のピークが（複数のピークがある場合には、そのうちの１つが）ＰＨＳの周波数帯である１．８８〜１．９２ＧＨｚをカバーすることのできる位置にくるようにする。
ここで、ピークが周波数帯をカバーするというのは、そのピークが存在することによって、カバーしようとする周波数帯の全域において損失反射の値が目標レベル以上になることを意味する。
損失反射の目標レベルは、必要とする通信品質に応じて決められる。従来は、２０ｄＢが損失反射の目標レベルとされることが多かったが、近年は通信機器の性能が向上したこともあり、損失反射の目標レベルは６ｄＢ程度でも充分なことがある。本発明に係る電磁波吸収パネルは、損失反射の目標レベルを、６ｄＢより充分に高い１５ｄＢに設定した場合でも、その目標レベルを容易に達成することができる。

電磁波吸収パネルの使用目的の別の具体例として、例えば、無線ＬＡＮシステムの通信品質を確保するためにオフィスの壁面及び天井に電磁波吸収パネルを装備するのであれば、吸収周波数特性のピークが、その無線ＬＡＮの周波数帯をカバーすることのできる位置にくるようにする。
無線ＬＡＮの周波数帯としては、２．４〜２．５ＧＨｚと、５．１５〜５．２５ＧＨｚとの、２つの周波数帯が割り当てられている。そこで、電磁波吸収パネルの吸収周波数特性が、少なくとも２つのピークを持ち、それらのうちの１つのピークが２．４〜２．５ＧＨｚの周波数帯をカバーし、もう１つのピークが５．１５〜５．２５ＧＨｚの周波数帯をカバーするようにすれば、それら両方の周波数帯に対応した電磁波吸収パネルを構成することができる。
そのためには、算出した吸収周波数特性が、それら２つの所望の周波数帯を各々カバーする２つのピークを有するという条件を満足しているか否かを判定し、もし満足していなければ、３つの厚さｄ１、ｄ２、ｄ３の値を変えて計算を反復することで、この条件を満足するそれら３つの厚さの値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を求め、こうして求めた値の組合せを用いて電磁波吸収パネルを製作するようにすればよい。
本発明に係る電磁波吸収パネルによれば、このような吸収周波数特性条件を満足する値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を求める。

さらに別の例として、事業所内ＰＨＳシステムと無線ＬＡＮシステムとのいずれにも対応できるようにするには、電磁波吸収パネルの吸収周波数特性が少なくとも３つのピーク
を持ち、それらピークがＰＨＳの１つの周波数帯と無線ＬＡＮの２つの周波数帯とをカバーするようにすればよい。
ただし、この条件を満足する３つの厚さの値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を見出すことは、１つないし２つだけの周波数帯をカバーすればよい場合と比べて、一層困難度が増大することになる。

そこで、この条件を満足する適当な値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を見出すには、各値の値域（電磁波吸収パネルの設計者が任意に設定することのできる範囲であり、例えば５ｍｍ〜４０ｍｍ程度）と、各値の増分（例えば１ｍｍ）とを設定し、その範囲内の全ての値の組合せによって得られるそれぞれの吸収周波数特性を網羅的に算出した上、それら算出した吸収周波数特性の評価までを行うコンピュータ・プラグラムを作成し、コンピュータに計算処理を行わせるのがよい。

上述した条件を満足する３つの厚さの値の組合せ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を求めたならば、それら求めた値に従って、第１層１２を厚さｄ１に形成し、第３層１６を厚さｄ３に形成し、それらの間にスペーサ材１４Ａを介装することで第２層１４を厚さｄ２に画成して第１層１２と第３層１６とを互いに平行に保持し、更に、第３層１６の背面に電磁波反射材２０を設けることで、電磁波吸収パネル１０を製作する。

更に、以上のようにして製作する電磁波吸収パネル１０は、以下の点を考慮することで、その吸収周波数特性を更に改善することができる。
第１は、電磁波吸収パネル１０を製作する過程で算出した吸収周波数特性におけるピーク（以下、算出ピークという）の位置と、実際に製作した電磁波吸収パネル１０の吸収周波数特性におけるピーク（以下、実ピークという）の位置とのずれを小さくする。
第２は、電磁波吸収パネル１０の使用中に発生する実ピーク位置の変動を小さくする。
第３は、含水率の変動により吸収周波数特性が大きく劣化しない条件を見出す。本発明は、この条件として、特に、第１層１２および第３層１６の厚さｄ１およびｄ３に注目した。

所望の周波数帯をカバーする実ピークの傾斜をなだらかにして、その実ピークの形状を「幅広」のものにすれば、所望の周波数帯の両側に充分余裕を持って広い領域をカバーすることができるため、ピーク位置のずれ及び変動に対処する必要はなくなる。しかしながら、そのような形状のピークは高さが減じるため、反射損失レベルの低下をもたらす。一方、ピーク位置のずれ及び変動を抑えるようにすれば、より急峻で「幅狭」のピークによって、所望の周波数帯をカバーすることができるようになるため、ピークの高さを増して、吸収能力を高めることができる。

実ピークと算出ピークとの間のピーク位置のずれをもたらす最大要因は、第２層１４の特性インピーダンスである。上に例示した方法においては、算出ピーク位置を求める上で、第２層１４の特性インピーダンスが自由空間のインピーダンスに完全に等しいものとして、そのピーク位置を求めているのに対して、実際の第２層１４の特性インピーダンスは自由空間の特性インピーダンスから多少なりとも偏位しているため、実ピーク位置が算出ピークの位置からずれるのである。
このピーク位置のずれを減少させるには、実際にスペーサ材１４Ａによって画成される第２層１４の特性インピーダンスの値を予め計測等によって求め、その求めた特性インピーダンスの値を用いて、前掲の式１及び式２の中のＺｃ_２(θ)の値に補正を加えればよい。これによって算出ピーク位置が実ピーク位置に近付くため、より急峻なピークによって所望の周波数帯をカバーすることが可能になり、反射損失レベルを高めることができる。

実ピーク位置の変動をもたらす最大要因は、第１層１２及び第３層１６の比誘電率ε_１、ε_３の変動である。前述のように、第１層１２および第３層１６の好適材料のうちには、珪酸カルシウム板、セメント板、モルタル板、繊維セメント板、繊維モルタル板、石膏ボード、岩綿吸音板、岩綿保温板、素焼タイル、それに内装用れんがなどのように、結露や室内湿度の影響を受けて含水率が変化しやすい材料が少なからず含まれている。
第１層１２および第３層１６をこの種の材料で形成した場合には、電磁波吸収パネル１０の供用中に第１層１２および第３層１６の含水率が変化することによって、その比誘電率ε_１、ε_３が変動し、その結果、実ピーク位置が変動する。
上述したように、ピークの形状をなだらかなものとしておけば、実ピーク位置が変動しても所望の周波数帯をカバーし続けることができるが、そのためには反射損失レベルの低下を甘受しなければならず、従って、実ピーク位置の変動を抑制することが望まれる。

ところで、第１層１２及び第３層１６の比誘電率ε_１、ε_３と第１層１２及び第３層１６の含水率ＷＣ_１、ＷＣ_３との間には、一定範囲内での線形性が認められ、上記式７および８は、各層の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）と含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）との５つの変数により計算ができることになる。
そこで、一般建材として珪酸カルシウム板、モルタル板、繊維強化セメント板（以下、それぞれＣＳ板、ＭＯ板、ＬＦともいう）の実験レベルの検討を行った。
ここで、電磁波吸収パネル１０の目標吸収性能値を−１２ｄＢとした。
また、厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）の合計値Ａで表すものとする。

珪酸カルシウム板、モルタル板、繊維強化セメント板の理論検討を行った。
まず、珪酸カルシウム板およびモルタル板について、第１層１２及び第３層１６が同材料で含水率変動も同じであると仮定し、各層の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）と含水率（ＷＣ）との４つの変数により電磁波吸収パネル１０の吸収性能を計算した。
ここで、２．４〜２．５ＧＨｚと、５．１５〜５．２５ＧＨｚの電磁波を良好に吸収する４つの変数を求めた。この結果を表１に示す。

表１から、次のことが判明した。
ＭＯ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の８％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの６％以下が好ましい。
ＣＳ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の２７％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの９％以下が好ましい。

次に、珪酸カルシウム板およびモルタル板について、第１層１２及び第３層１６が異なる材料、または、同じ材料でも異なる含水率を有すると仮定し、各層の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）と含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）との５つの変数により電磁波吸収パネル１０の吸収性能を計算した。
ここで、２．４〜２．５ＧＨｚと、５．１５〜５．２５ＧＨｚの電磁波を良好に吸収する５つの変数を求めた。この結果を表２に示す。
表２において、例えば、第１層１２がＣＳ板、第３層１６がＭＯ板のときには、電磁波吸収パネル１０をＣＳＭＯ板（Ａｂｓｏｒｂｅｒ）で表している。

表２から、次のことが判明した。
ＭＯＭＯ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の１５％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの１２％以下が好ましい。
ＭＯＣＳ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の８７％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの４４％以下が好ましい。
ＣＳＭＯ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の４２％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの２９％以下が好ましい。
ＣＳＣＳ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の８３％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの３６％以下が好ましい。

次に、繊維強化セメント板（ＦＬ板）について、第１層１２及び第３層１６が同じ材料で、同じ材料でも異なる含水率を有すると仮定し、各層の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）と含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）との５つの変数により電磁波吸収パネル１０の吸収性能を計算した。
ここで、２．４〜２．５ＧＨｚと、５．１５〜５．２５ＧＨｚの電磁波を良好に吸収する５つの変数を求めた。この結果を表３に示す。

表３から、次のことが判明した。
ＦＬＦＬ板の場合には、厚さｄ１は、厚さｄ３の２１％以下が好ましく、または、厚さの合計値Ａの１６％以下が好ましい。

次に、第２層１４の厚さｄ２を変えた場合の目標吸収性能値を−１２ｄＢを満足する含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の例を示す。
図４は、表２のＭＯＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。
図４において、ｄ１＝２ｍｍ、ｄ３＝２７ｍｍである。
図５は、表２のＣＳＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。
図５において、ｄ１＝４ｍｍ、ｄ３＝２８ｍｍである。
図６は、表２のＣＳＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。
図６において、ｄ１＝２６ｍｍ、ｄ３＝１０ｍｍである。
図７は、表２のＣＳＣＳ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。
図７において、ｄ１＝２６ｍｍ、ｄ３＝１２ｍｍである。
図８は、表３のＦＬＦＬ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。
図８において、ｄ１＝３ｍｍ、ｄ３＝２９ｍｍ、３１ｍｍおよび３３ｍｍである。
図４および図５は、厚さｄ１が厚さｄ３より大きい場合の例である。この場合、厚さｄ１を厚さｄ３との相対的な大きさで設定する。
図６〜図８は、厚さｄ１が厚さｄ３より小さい場合の例である。この場合、厚さｄ１を厚さｄ１、ｄ２およびｄ３の合計値Ａとの相対的な大きさで設定する。

図４〜図８から理解されるように、含水率がある程度変動した場合でも、各層の適切な厚さを設定することにより、材料によらず目標吸収性能値を−１２ｄＢを満足する電磁波吸収パネル１０を構成することができる。

また、表１〜表３および図４〜図８の結果に基づいて、第１層１２および第３層１６として用いられる上述の一般建材の特性を勘案すると、厚さｄ１が、強度上必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ３の８５％以下の厚さで構成されることが好ましく、または、前記厚さｄ１が、強度上必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ１、ｄ２およびｄ３の合計値Ａの４５％以下の厚さで構成されることが好ましい。

ただし、第３層１６がセメント系材料から構成される場合には、上述の一般的なセメント材料の特性を勘案すると、厚さｄ１が厚さｄ３の５０％以下の厚さで構成されることが好ましく、または、厚さｄ１が前記合計値Ａの３０％以下の厚さで構成されることが好ましい。
さらに、第１層１２および第３層１６がセメント系材料から構成される場合には、上述の一般的なセメント材料の特性を勘案すると、厚さｄ１が厚さｄ３の２５％以下の厚さで構成されることが好ましく、または、厚さｄ１は、前記合計値の１７％以下の厚さで構成されることが好ましい。

これらの場合、前記第１および第３の誘電体層の含水率が通常の設置環境、例えば室内環境下で変動した場合でも、必要な電磁波吸収性能を維持するとするのが妥当である。厚さｄ１がこれらの条件を超えた場合には、第１層１２および第３層１６の含水率の変動の影響が大きくなり、所望の電磁波吸収パネルの所望の周波数の電磁波の吸収性能が低下する。

次に、上記の計算性能に基づいて構成される電磁波吸収パネルの実験を行った。
その代表例を図９〜図１１に示す。
図９は、ＣＳＣＳ板の一実験例を示す図である。
図９において、Ｃａｌ．は計算値、Ｅｘｐ．は実験値である。
また、電磁波パネル１０は、２００ｍｍ角とし、厚さｄ１＝１５．６ｍｍ、厚さｄ２＝９ｍｍ、厚さｄ３＝１７．９ｍｍとした。含水率ＷＣ_１の平均値は５．６％に、含水率ＷＣ_３の平均値は１２．８％になるようにした。
この結果、計算値と実験値とは、ピーク部分の絶対値部に相違があるものの、ほぼ一致した良好な吸収性能が得られた。

図１０は、ＣＳＭＯ板の一実験例を示す図である。
図１０において、Ｃａｌ．は計算値、Ｅｘｐ．は実験値である。
また、電磁波吸収パネル１０は、２００ｍｍ角とし、厚さｄ１＝２３．５ｍｍ、厚さｄ２＝３０ｍｍ、厚さｄ３＝９ｍｍとした。含水率ＷＣ_１の平均値は５．６％に、含水率ＷＣ_３の平均値は６．５％になるようにした。
この結果、計算値と実験値とは、周波数の低いピーク値と２番目のピーク値の位置がずれているものの、ほぼ一致した良好な吸収性能が得られた。

図１１は、ＦＬＦＬ板の一実験例を示す図である。
図１１において、Ｃａｌ．は計算値、Ｍｅａ．１およびＭｅａ．２は実験値である。
また、電磁波パネル１０は、２００ｍｍ角とし、厚さｄ１＝３．１ｍｍ、厚さｄ２＝３．２ｍｍ、厚さｄ３＝２９．３ｍｍとした。
Ｍｅａ．１は、含水率ＷＣ_１の平均値は５．９％に、含水率ＷＣ_３の平均値は９．５％になるようにした。Ｍｅａ．２は、Ｍｅａ．１に対し含水率ＷＣ_１の平均値を１％上げて６．９％にした。
この結果、実験値Ｍｅａ．２は、実験値Ｍｅａ．１に比べ、やや吸収性能が低下するものの、計算値と実験値とは、３つのピーク値を含め、ほぼ一致した良好な吸収性能が得られた。

図１２は、ＦＬ板の含水率の変動例を示す図である。
２００ｍｍ角、３ｍｍ厚の繊維強化セメント板（ＦＬ板）に対し、１８℃５０％、２３℃７０％、１５℃２０％、３０℃６５％の環境下におけるその２０℃６０％の基準環境下からの重量変化を測定した。
図１２に示すように、含水率の変動はほぼ１％の範囲内にある。すなわち、室内の湿度は、２０％〜４０％が変化した場合、ＦＬ板の含水率の変動は１％の範囲内にあることがわかる。したがって、電磁波吸収パネル１０は、含水率の１％程度の変動に対し、良好な電磁波吸収性能を発揮すればよい。表１〜３から導出される各層の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）の電磁波吸収パネル１０は、含水率の１％程度の変動に対し、十分な電磁波吸収性能を発揮する。

実施の形態の電磁波吸収パネルの構成を示す分解斜視図である。 図１に示される電磁波吸収パネルの断面図である。 電磁波吸収パネルの変形例である。 表２のＭＯＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。 表２のＣＳＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。 表２のＣＳＭＯ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。 表２のＣＳＣＳ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。 表３のＦＬＦＬ板の含水率（ＷＣ_１、ＷＣ_３）の分布の一例を示す図である。 ＣＳＣＳ板の一実験例を示す図である。 ＣＳＭＯ板の一実験例を示す図である。 ＦＬＦＬ板の一実験例を示す図である。 ＦＬ板の含水率の変動例を示す図である。

符号の説明

１２……第１誘電体層、１４……第２誘電体層、１４Ａ……スペーサ材、１４Ｂ……領域、１６……第３誘電体層、２０……電磁波反射層。

Claims (6)

1. 比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第１誘電体材料で形成された厚さｄ１の第１誘電体層と、
   前記第１の誘電体の背面に積層され、比誘電率が略１の第２誘電率を有する厚さｄ２の第２誘電体層と、
   前記第２誘電体層の背面に積層され、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第３誘電体材料で形成された厚さｄ３の第３誘電体層と、
   前記第３誘電体層の背面に積層された電磁波反射層とから構成される電磁波吸収パネルであって、
   前記厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ３の８５％以下の厚さで構成される、
   ことを特徴とする電磁波吸収パネル。
2. 前記第３誘電体材料は、セメント系材料から構成され、
   前記厚さｄ１は、前記厚さｄ３の５０％以下の厚さで構成されることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収パネル。
3. 前記第１および第３誘電体材料は、セメント系材料から構成され、
   前記厚さｄ１は、前記厚さｄ３の２５％以下の厚さで構成されることを特徴とする請求項１記載の電磁波吸収パネル。
4. 比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第１誘電体材料で形成された厚さｄ１の第１誘電体層と、
   前記第１の誘電体の背面に積層され、比誘電率が略１の第２誘電率を有する厚さｄ３の第２誘電体層と、
   前記第２誘電体層の背面に積層され、比誘電率が材料中の含水率に応じて変動する第３誘電体材料で形成された厚さｄ３の第３誘電体層と、
   前記第３誘電体層の背面に積層され、前記第１、第２および第３誘電体層を通して入射される電磁波を反射する反射層とから構成される電磁波吸収パネルであって、
   前記厚さｄ１は、前記第１誘電体層の強度を維持するために必要な厚さ以上で、かつ、前記厚さｄ１、ｄ２およびｄ３の合計値の４５％以下の厚さで構成される、
   ことを特徴とする電磁波吸収パネル。
5. 前記第３誘電体材料は、セメント系材料から構成され、
   前記厚さｄ１は、前記合計値の３０％以下の厚さで構成されることを特徴とする請求項５記載の電磁波吸収パネル。
6. 前記第１および第３誘電体材料は、セメント系材料から構成され、
   前記厚さｄ１は、前記合計値の１７％以下の厚さで構成されることを特徴とする請求項５記載の電磁波吸収パネル。
   

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