JP2011086652A - 複合型中空電波吸収体およびそれを用いた電波吸収壁、電波暗室 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度の広い周波数帯域に渡って、−２０ｄＢ程度の反射減衰量を確保することの出来る電波吸収壁を構成する中空電波吸収体およびそれを用いた電波吸収壁、電波暗室を提供すること。
【解決手段】 導電性薄板２を、中空部を有する楔型またはピラミッド型に形成した中空電波吸収体と、フェライトタイル３とで構成した複合型中空電波吸収体１の中空部に誘電損失体４を備え、誘電損失体４は複素誘電率の虚数部ε”が０．１〜２．０の範囲であり、フェライトタイル３の共振点を挟んで電波の反射減衰量が−２０ｄＢとなる周波数のうち高い方の周波数における波長の１２分の１以上の厚さを有し、フェライトタイル３の前記電波吸収体との接合面から波長の６分の１以上の距離をおいて配置し、厚さｄは中空電波吸収体の全長と距離との差以下であり、距離は中空電波吸収体の全長と厚さとの差以下である複合型中空電波吸収体を得る。
【選択図】図１

Description

本発明はＥＭＩ測定などを行う電波暗室の内壁面等に主に用いられる電波吸収体およびそれを用いた電波吸収壁、電波暗室に関し、さらに詳しくは、３０ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数範囲で優れた電波吸収特性を示す複合型中空電波吸収体およびそれを用いた電波吸収壁、電波暗室に関する。

電波暗室はアンテナの指向性測定や電波伝搬実験、電磁妨害波の評価試験等多様な目的に利用されており、使用目的などによって要求条件が異なるものの、いずれの場合も壁面に電波吸収体を貼って電磁波の反射のない状態を作っている。とりわけ、ＥＭＣ用に用いられる電波暗室では、３０〜３００ＭＨｚ程度の広い周波数帯域に渡って電磁波の反射を抑え、−２０ｄＢ程度の反射減衰量を確保する必要があった。

このような広周波数帯域に対応できる電波暗室には、一般的に複合型の電波吸収壁が用いられ、シールド板上にフェライトタイルを設置し、その上にピラミッド型や楔型のカーボン含浸誘電材料からなる電波吸収体（以下、「中実電波吸収体」と称する。）が組み合わせられている。このような複合型電波吸収壁は現在でも多用されているが、電波吸収体コストの削減、軽量化による輸送コストの削減、組み立て作業の利便性向上等の観点から、中実電波吸収体に換えて、内部に空洞を有する電波吸収体（以下、「中空電波吸収体」と称する。）が用いられるようになってきている。

ピラミッド型や楔型の電波吸収体は、自由空間から電磁波が入射する際、インピーダンスの変化が徐々に為されるようにすることで反射を抑えるものであるが、充分な性能を得るために電波吸収体が大型化すると、中実電波吸収体では重量が非常に大きくなるという欠点を有していた。これに対し、導電性薄板でピラミッド型もしくは楔型を構成し、中空化することによって反射減衰量を確保しつつ軽量化を図ったのが中空電波吸収体である。

このような中空電波吸収体として、特許文献１にはオーム損失体で構成されており各々が４角形形状を有する２つの電波吸収体板と、該２つの電波吸収体板が互いに斜めに対向してくさび形状となるように、その先端部及び底部で脱着可能にそれぞれ支持する先端部支持部材及び底部支持部材とを備えたことを特徴とする電波吸収体が開示されている。

また、特許文献２には、対をなす電波吸収体板の先端部を相互に突き合わせ、かつくさび形状となるように当該対をなす電波吸収体板の後端部を底部支持部材で支持し、該底部支持部材の前記対をなす電波吸収体板の後端部間に、先端に向かって幅又は太さが細く形成された内部電波吸収体を設けたことを特徴とする電波吸収構造体が開示されている。

特開平０６−０６９６７６号公報 特開平０６−２７５９８１号公報

近年、電子機器の小型化高速化に伴う電磁ノイズの高周波化が顕著になり、より広い範囲の周波数帯域にも対応できる電波暗室が求められている。このような電波暗室に用いる電波吸収壁は、要求特性として、従来の３０ＭＨｚ程度の低周波領域のみならず３ＧＨｚ程度の高周波領域についても−２０ｄＢ程度の反射減衰量を確保する必要があるとされているが、特許文献１に記載の中空電波吸収体を用いても、特に１ＧＨｚを超える領域での前記要求特性をクリアすることは困難であると言う課題がある。

一方、特許文献２に記載されているように、中空電波吸収体の底部に内部電波吸収体を組み合わせることで、高周波領域の電波吸収特性を改善することは可能である。しかしながら、中空電波吸収体のみで構成する場合（内部電波吸収体のない場合）に比べ、低周波領域の電波吸収特性が劣ることから、前記要求特性を満足することが困難であると言う課題がある。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度の広い周波数帯域に渡って、−２０ｄＢ程度の反射減衰量を確保することの出来る電波吸収壁を構成する中空電波吸収体およびそれを用いた電波吸収壁、電波暗室を提供することにある。

本発明によれば、導電性を有する薄板を備えて中空部を有する楔型またはピラミッド型に形成した中空電波吸収体と、平板状のフェライト材からなるフェライトタイルとを接合して構成する複合型中空電波吸収体であって、前記中空部に誘電損失体を備え、前記誘電損失体は複素誘電率の虚数部ε”が０．１〜２．０の範囲であり、前記フェライトタイルの共振点を挟んで電波の反射減衰量が−２０ｄＢとなる周波数のうち高い方の周波数における波長の１２分の１以上の厚さｄを有し、前記フェライトタイルの前記電波吸収体との接合面から前記波長の６分の１以上の距離ｌをおいて配置し、前記厚さｄは前記中空電波吸収体の全長と前記距離ｌとの差以下であり、前記距離ｌは前記中空電波吸収体の全長と前記厚さｄとの差以下であることを特徴とする複合型中空電波吸収体が得られる。

本発明によれば、前記誘電損失体は、同一体積の場合に、前記電波が飛来する方向から見た前記中空電波吸収体の投影面積に占める前記誘電損失体の投影面積が最大となる形状を有することを特徴とする複合型中空電波吸収体が得られる。

本発明によれば、前記誘電損失体は、前記電波が飛来する方向に向かって漸次、前記誘電損失体の前記投影面積を減ずる形状を有することを特徴とする複合型中空電波吸収体が得られる。

本発明よれば、前記複合型中空電波吸収体を用いた電波吸収壁が得られる。

本発明によれば、前記複合型中空電波吸収体を備える電波吸収壁を用いた電波暗室が得られる。

本発明によって、３０ＭＨｚ〜３ＧＨｚ程度の広い周波数帯域に渡って−２０ｄＢ程度の反射減衰量を確保することの出来る電波吸収壁を構成する中空電波吸収体を提供することが可能となる。また、広い周波数帯域に渡って優れた反射減衰性を有する中空電波吸収体を用いることにより、軽量で組み立て利便性が高く低コストであるという中空電波吸収体の利点を生かした上で要求特性を満足することができる電波吸収壁を提供することが可能となる。更に、前記電波吸収壁を用いた電波暗室を提供することが可能となる。

本発明の複合型中空電波吸収体の構成を示す概略断面図。 フェライトタイルの反射減衰量の周波数特性を示す図。 本発明の実施形態の構成を示す図。図３（ａ１）、図３（ｂ１）、図３（ｃ１）は複合型中空電波吸収体の概略断面図。図３（ａ２）、図３（ｂ２）、図３（ｃ２）は中空電波吸収体が楔型の場合の電波飛来方向から見た誘電損失体の投影面積を示す図。図３（ａ３）、図３（ｂ３）、図３（ｃ３）は中空電波吸収体がピラミッド型の場合の電波飛来方向から見た誘電損失体の投影面積を示す図。 複合型中空電波吸収体の誘電損失体の構成を説明するための概略断面図。図４（ａ）比較例１、図４（ｂ）実施例、図４（ｃ）比較例２。 複合型中空電波吸収体の低周波領域における反射減衰量の周波数特性を示す図。 複合型中空電波吸収体の高周波領域における反射減衰量の周波数特性を示す図。

図１は本発明の複合型中空電波吸収体の構成を示す概略断面図である。また、図２はフェライトタイルの反射減衰量の周波数特性を示す図である。

図１に示すように、本発明による複合型中空電波吸収体１は、フェライトタイル３上に導電性薄板２で楔型もしくはピラミッド型を構成する。内部には誘電損失体４が設置されている。

本発明に用いられる導電性薄板は特に材質を限るものではないので従来使用されているもので良く、例えば不燃紙や不燃ボードにカーボンを含むスラリーを塗布したもの、不織布やガラスクロスに含浸させたもの、各種樹脂にカーボン粉末を分散させて板状に構成したものなどが挙げられる。導電率は含有するカーボンの量で適宜調整することが出来る。必要に応じて補強材などを併せて用いても構わない。

本発明に用いられるフェライトタイルは要求特性を満足すれば特に材料を限定するものではないが、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−ＺｎーＣｕ系の焼結フェライト等が好ましい。厚さは余り薄すぎると割れや欠けが発生しやすくなり、加工のコストが上昇する。厚すぎると重量が増し電波吸収壁を構成するのに適さなくなり、材料コストが上昇する。１〜２０ｍｍ程度の厚さが好ましい。

本発明に用いられる誘電損失体はウレタンやスチロール、ポリエチレンなどの発泡樹脂にカーボンスラリーを含浸したもの等が挙げられる。誘電損失体の複素誘電率の虚数部ε”は０．１〜２．０の範囲のものが好ましく、ε”が０．１より小さいと非常に大きいものにしないと充分な減衰が得られず、２．０より大きいと整合性が損なわれ特性が劣化するためである。

本発明においては内部に設置される誘電損失体の厚さｄは波長の１２分の１以上の厚さを有し、フェライトタイルからの離間距離ｌは波長の６分の１以上の長さを有する。波長は周波数によって変化し一定ではないが、ここで言う波長とは以下のものを指している。

図２に一例として示した周波数特性図はフェライトをトロイダル状に形成し１ターンコイルを取り付けてネットワークアナライザーにてインピーダンスを測定し、タイルとして使用するときの厚さに換算して反射減衰量を算出している。

ここでフェライトのみで−２０ｄＢの反射減衰量が得られるのは２００ＭＨｚ付近にある共振点を挟んで概ね５０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの帯域である。本発明ではフェライトタイルでは補えない高周波領域の特性を向上させることが一つの目的であるので、フェライトタイルの特性が−２０ｄＢを満たさなくなる周波数のうち、高い方の周波数５００ＭＨｚが当該周波数となり、この時の波長λは６００ｍｍである。

反射減衰量の周波数特性はフェライトの組成や厚さによって異なるため、実際に使用するフェライトタイルの特性によって本発明で言う波長の大きさは異なる。つまり、本発明の複合型中空電波吸収体では、使用するフェライトタイルの特性によって、内部に設置する誘電損失体の厚さやフェライトタイルからどのぐらい離すかで規定した設置位置が異なることになる。具体的に図２に示した例で言えば、波長λが６００ｍｍであるので、誘電損失体の厚さｄはｄ≧λ／１２＝５０ｍｍ、フェライトタイルとの離間距離ｌはｌ≧λ／６＝１００ｍｍとなる。

中空電波吸収体の内部に高周波領域で複素誘電率の虚数部ε”の大きい誘電損失体が設置されることによって、誘電損失体の厚さが薄い場合でも高周波領域の反射減衰特性が改善されるが、電磁波が誘電損失体の内部を通過することによってより減衰されるため、更にはε”が大きく薄いものを設置するよりもε”が小さく厚いものを用いた方が空間との整合性に優れるため、特性面から言えば誘電損失体の厚さは出来るだけ厚い方が好ましい。

内部通過による減衰の効果は一定以上の厚さを要し、発明者らによる検証により実験的に少なくとも波長λの１２分の１以上が必要であり、厚い程減衰量は大きくなり、ε”が小さく厚い程空間との整合性は良好で、複合型中空電波吸収体の特性が向上することが分かっている。また、誘電損失体の厚さは物理的に中空電波吸収体の長さから前記離間距離を除いた長さが最大となるが、重量やコストの面から言えば出来るだけ薄い方が好ましく、厚さは特性とコスト等の兼ね合いで適宜決定される。

誘電損失体はフェライトタイルから波長λの６分の１以上の距離を離すことが好ましい。これはフェライトタイルが空間のインピーダンスに合わせて設計されているため、フェライトタイル直上に空間よりも大きいインピーダンスを有する誘電損失体が設置されると整合性を損なうためフェライトタイルが担う低周波領域の反射減衰特性が低下するためであり、発明者らの検証によって６分の１波長以上の距離を離すことによって整合性の劣化を抑えられることが分かっている。

最大厚さ以下である同じ厚さの誘電損失体を用いる場合、誘電損失体の設置位置によって、電波が飛来する方向から見た中空電波吸収体の投影面積に占める誘電損失体の投影面積（以下、「占有面積」と称す。）が大きく異なる。この占有面積を出来るだけ大きくした方が電波吸収には有利である。使用する誘電損失体の厚さに負う部分もあるが、離間距離は６分の１波長以上であって中空電波吸収体の長さから厚さを除いた距離が好ましいが、より好ましくは６分の１波長以上であって２分の１波長以下である。

図３は本発明の実施形態の構成を示す図であり、図３（ａ１）、図３（ｂ１）、図３（ｃ１）は複合型中空電波吸収体の概略断面図、図３（ａ２）、図３（ｂ２）、図３（ｃ２）は中空電波吸収体が楔型の場合の電波飛来方向から見た誘電損失体の投影面積を示す図、図３（ａ３）、図３（ｂ３）、図３（ｃ３）は中空電波吸収体がピラミッド型の場合の電波飛来方向から見た誘電損失体の投影面積を示す図である。ここでは比較のために同じ体積の誘電損失体について説明する。

前述のように誘電損失体の占有面積は出来るだけ大きい方が良いことを考慮すると、使用する誘電損失体の形状は同じ体積のものであれば占有面積を大きく取れる形状にすることが好ましい。

図３（ａ１）に直方体ブロック形状の誘電損失体の実施形態を示す。誘電損失体の加工を考えると簡便・低コストに作ることの出来る形状であるが、占有面積や中空電波吸収体への取り付けを考えると、図３（ｂ１）や図３（ｃ１）に挙げた形状の方が有利である。なお、図３（ａ１）の形状の場合、実際の取り付けに際しては電波透明体からなるスペーサーを用いている。

図３（ｂ１）、図３（ｃ１）のいずれも、電波飛来方向に向かって誘電損失体が漸次、投影面積を減ずる形状すなわち徐々に窄まっていく形状であり、図３（ｂ１）は中空電波吸収体の内壁に沿った断面台形状に、図３（ｃ１）は上部が楔型もしくはピラミッド型の断面五角形状に構成されているが、これらの形状は中空電波吸収体に取り付ける際に容易で、高周波領域の整合性を改善でき、わずかではあるが図３（ｃ１）の構成の方が特性的に勝るものである。図３（ｃ１）の変形として、誘電損失体上部の断面が三角形の部分を複数の楔型もしくはピラミッド型で構成することも出来る。

図４は複合型中空電波吸収体の誘電損失体の構成を説明するための概略断面図であり、図４（ａ）は比較例１、図４（ｂ）は本発明の実施例、図４（ｃ）は比較例２をそれぞれ示す。図５は複合型中空電波吸収体の低周波領域における反射減衰量の周波数特性を示す図であり、図６は複合型中空電波吸収体の高周波領域における反射減衰量の周波数特性を示す図である。図５および図６の凡例は、それぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の構成に対応している。

本発明の実施例、比較例１、２のいずれも、導電性薄板２には不燃ボードにカーボンスラリーを塗布した１２６０ｍｍ×３００ｍｍのものを用い、中空電波吸収体の高さが１２５０ｍｍの楔型となるように構成した。使用したフェライトタイル３は厚さが６ｍｍのＮｉ−Ｚｎ系焼結フェライトで共振点を挟んで反射減衰量が−２０ｄＢとなる周波数のうち高い方の周波数が５００ＭＨｚ即ちλが６００ｍｍである材料を使用した。実施例及び比較例２において使用した誘電損失体４には発泡ウレタン樹脂にカーボンスラリーを含浸させ５００ＭＨｚにおけるε”が０．３である材料を直方体ブロック状に加工して用いた。厚さは２７０ｍｍであった。実施例ではフェライトタイルとの離間距離を２６０ｍｍとし、比較例２では０ｍｍとした。実施例は図示しない電波透明体からなるスペーサーを用いて取り付けた。

反射減衰量の測定は実施例並びに比較例の複合型中空電波吸収体に銅板の裏打ちをし、図５に示した低周波領域では導波管を用いて、図６に示した高周波領域では自由空間で反射波を測定して行った。

図４（ａ）に示した誘電損失体を設置しない比較例１では、図５に示す反射減衰量の周波数特性から、低周波領域については充分な特性が得られた。一方、図６に示す反射減衰量の周波数特性からも明らかなように、高周波領域においては充分な反射減衰量が得られなかった。

これに対して、内部に誘電損失体を設置した図４（ｂ）の実施例では、高周波領域の反射減衰量の周波数特性が著しく改善され、高周波領域も低周波領域も充分な反射減衰量が得られ、要求特性を充分満足した。

フェライトタイル直上に誘電損失体を設置した図４（ｃ）の比較例２では、低周波領域の反射減衰量が一部要求特性を満足しなかった。

本発明の複合型中空電波吸収体を用いて電波吸収壁を構成した電波暗室で、ＮＳＡ並びにＶＳＷＲの測定を行ったところ、充分規格を満足した。

なお、本発明は実施形態や実施例に限られるものではなく、例えば、中空電波吸収体の空洞部に補強のための仕切り板等が設置されても良く、誘電損失体が仕切り板に取り付けられて内部に設置されるなどしても良い。

１ 複合型中空電波吸収体
２ 導電性薄板
３ フェライトタイル
４ 誘電損失体

Claims (5)

1. 導電性を有する薄板を備えて中空部を有する楔型またはピラミッド型に形成した中空電波吸収体と、平板状のフェライト材からなるフェライトタイルとを接合して構成する複合型中空電波吸収体であって、前記中空部に誘電損失体を備え、前記誘電損失体は複素誘電率の虚数部ε”が０．１〜２．０の範囲であり、前記フェライトタイルの共振点を挟んで電波の反射減衰量が−２０ｄＢとなる周波数のうち高い方の周波数における波長の１２分の１以上の厚さｄを有し、前記フェライトタイルの前記電波吸収体との接合面から前記波長の６分の１以上の距離ｌをおいて配置し、前記厚さｄは前記中空電波吸収体の全長と前記距離ｌとの差以下であり、前記距離ｌは前記中空電波吸収体の全長と前記厚さｄとの差以下であることを特徴とする複合型中空電波吸収体。
2. 前記誘電損失体は、同一体積の場合に、前記電波が飛来する方向から見た前記中空電波吸収体の投影面積に占める前記誘電損失体の投影面積が最大となる形状を有することを特徴とする請求項１記載の複合型中空電波吸収体。
3. 前記誘電損失体は、前記電波が飛来する方向に向かって漸次、前記誘電損失体の前記投影面積を減ずる形状を有することを特徴とする請求項１または２記載の複合型中空電波吸収体。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の複合型中空電波吸収体を用いた電波吸収壁。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の複合型中空電波吸収体を備える電波吸収壁を用いた電波暗室。

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