JP2022115408A - 電波吸収体および電波吸収体の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚みの薄い吸収体を用いて十分な損失効果を得る技術を提供する。
【解決手段】電波吸収体１は、それぞれが異なる誘電率を有する積層された第１層１１および第２層１２を備える。第１層１１および第２層１２の誘電率ε_ｒ１，ε_ｒ２は、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とが同じ強度となるように設定される。第１層１１の厚みｄ１は、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とが少なくとも互いの一部を打消し合う位相差を有するように設定される。第１反射波Ｒ１は、露出面１ａに指定周波数を有する対象電波が入射されたときの露出面１ａでの反射波である。第２反射波Ｒ２は、露出面１ａから入射し、境界面１ｂで反射され、露出面１ａから出射する反射波である。
【選択図】図１

Description

本開示は、電波吸収体に関する。

車両のバンパーの内側に設置されるミリ波レーダでは、アンテナとバンパーとの間で不要反射が生じ、物標から到来する直接波と干渉して、レーダの物標検知性能を劣化させる。
例えば、特許文献１には、誘電体である電波吸収体によって、シールド対象となる部位を覆う技術が記載されている。

米国特許第９１５７９８６号明細書

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術には、所望の損失効果を得るためには吸収体を十分に厚くする必要があるという課題が見出された。
本開示の１つの局面は、厚みの薄い吸収体を用いて十分な損失効果を得る技術を提供する。

本開示の一態様は、電波吸収体であって、積層された第１層（１１）および第２層（１２）を備える。第１層および第２層は、それぞれが異なる誘電率を有する。第１層および第２層の誘電率は、第１反射波と第２反射波とが同じ強度となるように設定される。第１層の厚みは、第１反射波と第２反射波とが少なくとも互いの一部を打消し合う位相差を有するように設定される。第１反射波は、第１層の露出面に指定周波数を有する対象電波が入射されたときの第１層の露出面（１ａ）での反射波である。第２反射波は、第１層の露出面から入射し第１層と第２層との境界面（１ｂ）で反射され、露出面から出射する反射波である。第１層の露出面は、第１層における境界面とは反対側の面である。

このような構成によれば、第１層を透過した電波を第２層に吸収させるだけでなく、第１反射波と第２反射波とを打ち消し合わせることでも吸収効果を得ている。
従って、第２層の電波を吸収する効果だけを利用する従来技術と比較して、反射波を打ち消し合わせる分だけ、対象電波の吸収効果を向上させることができる。換言すれば、従来の電波吸収体と同等の吸収効果を得るのであれば第２層の厚みをより薄くできる。

また、本開示の電波吸収体では、上述したように二つの方法を用いて電波の吸収効果を得る。従って、第１層の厚さが公差の範囲でばらつく等して、反射波を打ち消し合わせる効果が低下したとしても、第２層での吸収効果に変化はないため、電波吸収体の全体として見た場合の性能低下が抑制される。つまり、本開示の電波吸収体によれば、構造公差に対するロバスト性を向上させることができる。

本開示の一態様は、電波吸収体の形成方法であって、電波を透過する誘電体である透過部材（３２）に、透過部材の誘電率の２乗に対して±４０％の範囲内の誘電率を有する誘電体シート（３５）を取り付ける。これにより、誘電体シートが取り付けられた部位を、電波吸収体として機能させる。

このような方法によれば、透過部材に誘電体シートを取り付けるだけで、簡単に、透過部材を電波吸収体として機能させることができる。

本開示に係る電波吸収体の構成および作用を示す説明図である。 電波吸収体における第２層の誘電率および厚みを変化させて電波吸収体の反射量をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 電波吸収体における第１層と第２層との間に５０μｍの隙間がある場合の電波吸収体の反射量をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 電波吸収体における第１層と第２層との間に１００μｍの隙間がある場合の電波吸収体の反射量をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 電波吸収体における第１層と第２層との間に１５０μｍの隙間がある場合の電波吸収体の反射量をシミュレーションによって算出した結果を示すグラフである。 本開示に係る電波吸収体が適用されたレーダ装置の外観を示す説明図である。 レーダ装置の構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
第１実施形態の電波吸収体１は、誘電率が異なる２つの薄板状の誘電体を積層した構造を有し、電波の反射を抑制する必要がある個所等に設けられる。

電波吸収体１は、図１に示すように、第１層１１と、第２層１２とを備える。
第１層１１は、対象電波Ｔを低損失で透過させる誘電体が用いられる。第２層１２は、第１層１１より誘電率の大きい誘電体が用いられ、通過しようとする対象電波Ｔの一部を吸収する。

対象電波Ｔは、指定周波数の電磁波である。指定周波数は、例えばミリ波レーダで使用されるミリ波帯の周波数である。
ここで、第１層１１の誘電率をε_ｒ１、第２層１２の誘電率をε_ｒ２、第１層１１の厚さをｄ１、第２層１２の厚さをｄ２、第１層１１内を伝搬する対象電波Ｔの波長をλｇとする。

電波吸収体１において、第１層１１が露出する面を第１露出面１ａ、第１層１１と第２層１２とが接する面を境界面１ｂ、第２層１２が露出する面を第２露出面１ｃという。
第１露出面１ａから入射し、第１露出面１ａにて反射した反射波を第１反射波Ｒ１という。第１露出面１ａから入射し、境界面１ｂにて反射し、第１露出面１ａから出射する反射波を第２反射波Ｒ２という。

第１層１１の厚さｄ１は、第１反射波Ｒ１と、第２反射波Ｒ２とが逆位相（すなわち、位相差が１８０°）となるように設定される。
具体的には、第１層１１の厚さｄ１は、（１）式に従って設定される。

ｄ１＝（１／４＋Ｎ／２）×λｇ （１）
第２層１２の誘電率ε_ｒ２は、第１露出面１ａにおいて、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とが同じ強度となるように、（２）式に従って設定される。

ε_ｒ２＝ε_ｒ１ ^２ （２）
［１－２．動作］
第１露出面１ａ側から電波吸収体１に照射される対象電波Ｔは、一部が第１露出面１ａで反射し、それ以外は第１層１１を透過する。第１層１１を透過し境界面１ｂに到達した対象電波Ｔは、一部が境界面１ｂにて反射し、それ以外は、第２層１２を透過する。第２層１２を透過する対象電波Ｔは、一部が第２層１２にて吸収され、それ以外は第２露出面１ｃから外部に放射される。

第１層１１の厚さｄ１、および第１層１１の誘電率ε_ｒ１、第２層１２の誘電率ε_ｒ２は、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とが、第１露出面１ａにて同じ強度となり、且つ逆位相となるように設定されている。従って、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とは、互いに打消し合うように合成され、第１露出面１ａでの反射が抑制される。

図２に、シミュレーションによって、第２層１２の厚みｄ２、および誘電率ε_ｒ２を変化させて、第１露出面１ａでの反射量を算出した結果を示す。但し、対象電波Ｔの周波数を７７ＧＨｚ、第１層１１の誘電率ε_ｒ１＝３．４２、誘電正接０．０３、厚みｄ１＝λｇ／４＝１．４ｍｍとした。

図２からは、第２層１２の誘電率ε_ｒ２が、ε_ｒ１ ^２に対して±４０％の範囲内にあり、かつ第２層１２の厚みｄ２が、０．５ｍｍ以上であれば、第１露出面１ａでの反射量は－１５ｄＢ以下となることがわかる。つまり、第２層１２の誘電率ε_ｒ２は、厳密に（２）式を満たすように設定される必要はなく、ε_ｒ１ ^２に対して±４０％の範囲内の大きさに設定されてもよい。

図３～５は、第１層１１と第２層１２との間に、接着層や樹脂のそり等を原因とする隙間があることを条件として、図２と同様のシミュレーションを行った結果を示す。隙間の大きさをＸとして、図３は、Ｘ＝５０μｍの場合、図４は、Ｘ＝１００μｍの場合、図５は、Ｘ＝１５０μｍの場合である。

第１層１１と第２層１２との間に隙間がある場合でも、第２層１２の誘電率ε_ｒ２が、ε_ｒ１ ^２に対して±４０％の範囲内にあり、かつ第２層１２の厚みｄ２が、０．５ｍｍ以上であれば、第１露出面１ａでの反射量は－１０ｄＢ以下となることがわかる。第２層１２の誘電率ε_ｒ２は、図３～図５の結果を考慮して、第１層１１と第２層１２との間に隙間が生じた場合に、吸収効果が大きく低下することがないように設定されてもよい。

［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）電波吸収体１では、第２層１２に不要電波を吸収させることに加えて、第１露出面１ａおよび境界面１ｂでの反射波を打消し合わせることで不要電波の吸収効果を得ている。しかも、反射波を打ち消し合わせることによる吸収効果は、第２層１２の厚みｄ２が０．５ｍｍ以上確保されていれば、厚みｄ２に関係なく得ることができる。従って、不要電波を吸収する効果だけを利用する従来技術と比較して、第２層１２の厚みｄ２を従来の電波吸収体と同じ厚さにした場合は、反射波を打ち消し合わせる分だけ吸収効果を向上させることができる。換言すれば、従来の電波吸収体と同等の吸収効果を得るために必要な第２層１２の厚みｄ２を薄くできる。

（１ｂ）電波吸収体１では、電波を透過させる第１層１１の厚さｄ１が公差の範囲でばらつくことで、反射波を打ち消し合わせる効果が低下したとしても、第２層１２での吸収効果は変化しないため、電波吸収体１の全体として見た場合の性能低下が抑制される。つまり、電波吸収体１によれば、構造公差に対するロバスト性を向上させることができる。

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
第２実施形態では、電波吸収体１が適用されたレーダ装置３について説明する。

図６および図７に示すレーダ装置３は、車両に搭載され、対象電波Ｔを送受信することにより、検知範囲内に存在する物体との距離を少なくとも測定する装置である。
レーダ装置３は、例えば、車両におけるバンパーの内側等に設置される。

レーダ装置３は、ロアケース３１と、レドーム３２と、コネクタ３３と、回路基板３４と、誘電体シート３５とを備える。
ロアケース３１は、電波を非透過とする材料で形成され、直方体状の外形を有し１つの面が開口された箱状の部材である。

レドーム３２は、電波を透過する誘電体材料で形成され、ロアケース３１の開口部を塞ぐようにロアケース３１に取り付けられる板状の部材である。
ロアケース３１およびレドーム３２は、回路基板３４を収納する空間を有した筐体を形成する。ロアケース３１の側壁には、コネクタ３３が設けられる。

コネクタ３３は、回路基板３４上の電子回路と当該レーダ装置３を搭載する車両とを電気的に接続するために用いられる。
回路基板３４は、アンテナ部３４１と、送受信回路部３４２とを備える。

アンテナ部３４１は、例えば、複数のパッチアンテナを２次元アレイ状に配置することで構成され、対象電波Ｔを送受信する。送受信回路部３４２は、コネクタ３３を介して入力される指令に従って、アンテナ部３４１に供給する送信信号を生成する回路を含む。また送受信回路部３４２は、アンテナ部３４１から供給される受信信号をダウンコンバート等の信号処理をしてコネクタ３３を介して出力する回路等を含む。

誘電体シート３５は、レドーム３２の内壁面において、基板収納空間に配置された回路基板３４上の送受信回路部３４２と対向する部位に設けられる。ここでは、電波吸収体１は、基板収納空間のうち、コネクタ３３側に位置する約半分の空間を覆うように配置される。

誘電体シート３５は、レドーム３２又は誘電体シート３５のいずれかと同じ誘電率を有する接着剤で接着することで、レドーム３２と一体化される。なお、誘電体シート３５は、圧着等によりレドーム３２と一体化されてもよい。

レドーム３２において、誘電体シート３５が設けられた部位、すなわち、図７において１点鎖線で囲われた部位が、レドーム３２を第１層１１とし、誘電体シート３５を第２層１２とする電波吸収体１を形成する。

つまり、レドーム３２の誘電率および厚みは、上述した第１層１１の誘電率ε_ｒ１および厚みｄ１と同様に設定される。誘電体シート３５の誘電率は、上述した第２層１２の誘電率ε_ｒ２と同様に設定される。

［２－２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）に加え、以下の効果を奏する。

（２ａ）レーダ装置３では、誘電体シート３５が設けられた部位が、電波吸収体１として機能して、レーダ装置３内への対象電波の侵入およびレドーム３２外壁での対象電波の反射を抑制する。従って、レーダ装置３のアンテナ特性が、バンパー等で反射した不要反射波の影響を受けて劣化することを抑制できる。

（２ｂ）レーダ装置３では、誘電体シート３５が送受信回路部３４２を覆うように設けられている。従って、不要反射波が送受信回路部３４２に到達すること、ひいては送受信回路部３４２のノイズを抑制でき、送受信回路部３４２での動作の信頼性を向上させることができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）上記実施形態では、第１層１１の厚みｄ１は、（１）式に従って、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２の位相差が１８０°となるように設定されているが、厳密に１８０°である必要はなく、位相差が９０°～２７０°となる範囲内で設定されてもよい。

（３ｂ）上記第２実施形態では、誘電体シート３５をレドーム３２に取り付けて、レドーム３２を第１層１１とする電波吸収体１を設けているが、誘電体シート３５をバンパーに取り付けて、バンパーを第１層１１とする電波吸収体１を設けてもよい。

（３ｃ）上記第２実施形態では、レドーム３２の内壁に誘電体シート３５を取り付けているが、レドーム３２を介してレーダ装置３の内部から外部へ向かう電波を抑制する必要がある場合は、レドーム３２の外壁に誘電体シート３５を取り付けてもよい。

（３ｄ）上記第２実施形態では、レドーム３２を電波吸収体１の第１層１１として利用しているが、あらかじめ第１層１１と第２層１２とが一体に形成された電波吸収体１を、レドーム３２に取り付けてもよい。

（３ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（３ｆ）上述した電波吸収体の他、当該電波吸収体を構成要素とする部材または装置、電波吸収体の形成方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…電波吸収体、１ａ…第１露出面、１ｂ…境界面、１ｃ…第２露出面、１１…第１層、１２…第２層、３…レーダ装置、３１…ロアケース、３２…レドーム、３３…コネクタ、３４…回路基板、３４１…アンテナ部、３４２…送受信回路部、３５…誘電体シート。

Claims (8)

1. それぞれが異なる誘電率を有する積層された第１層（１１）および第２層（１２）を備え、
   前記第１層および前記第２層の誘電率は、第１反射波と第２反射波とが同じ強度となるように設定され、
   前記第１層の厚みは、前記第１反射波と前記第２反射波とが少なくとも互いの一部を打消し合う位相差を有するように設定され、
   前記第１反射波は、前記第１層の露出面（１ａ）に指定周波数を有する対象電波が入射されたときの前記第１層の露出面での反射波であり、
   前記第２反射波は、前記第１層の露出面から入射し前記第１層と前記第２層との境界面（１ｂ）で反射され、前記第１層の露出面から出射する反射波であり、
   前記第１層の露出面は、前記第１層における前記境界面とは反対側の面である
   電波吸収体。
2. 請求項１に記載の電波吸収体であって、
   前記対象電波の前記第１層内での波長をλｇとして、
   前記第１層の厚みが、（１／４＋ｎ／２）λｇに設定された
   電波吸収体。
3. 請求項１または請求項２に記載の電波吸収体であって、
   前記第２層の誘電率が、前記第１層の誘電率の２乗の大きさに設定された
   電波吸収体。
4. 請求項１または請求項２に記載の電波吸収体であって、
   前記境界面に形成される可能性のある隙間の影響を考慮して、前記第２層の誘電率が設定された
   電波吸収体。
5. 請求項１または請求項２に記載の電波吸収体であって
   前記第２層の誘電率が、前記第１層の誘電率の２乗に対して±４０％の範囲内に設定された
   電波吸収体。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電波吸収体であって、
   前記第１層および前記第２層のいずれかが、ミリ波レーダを構成するレドームである
   電波吸収体。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電波吸収体であって、
   吸収の対象となる前記対象電波の到来方向に、前記第１層の露出面を向けて配置された
   電波吸収体。
8. 電波を透過する誘電体である透過部材（３２）に、前記透過部材の誘電率の２乗に対して±４０％の範囲内の誘電率を有する誘電体シート（３５）を取り付けることで、前記誘電体シートが取り付けられた部位を、電波吸収体として機能させる
   電波吸収体の形成方法。

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