JP2023124127A - Electromagnetic wave absorber and sensing system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電磁波吸収体及びセンシングシステムに関する。 The present disclosure relates to electromagnetic wave absorbers and sensing systems.
近年、無線LAN(Local AreaNetwork)等、無線通信による情報伝送技術がオフィス、工場、倉庫等において利用されている。このようなオフィス等においては、外部、複数の通信装置間、又は通信装置と壁や床などの建物の一部との間の相互作用により電波妨害、干渉などの電波障害が発生する。こうした電波障害を防止するために、オフィス等においては、壁、天井又は床に電磁波吸収体が配設されることがある。 In recent years, information transmission technology using wireless communication such as wireless LAN (Local Area Network) has been used in offices, factories, warehouses, and the like. In such offices and the like, radio disturbances such as jamming and interference occur due to interactions with the outside, between a plurality of communication devices, or between communication devices and parts of the building such as walls and floors. In order to prevent such radio wave interference, electromagnetic wave absorbers are sometimes installed on walls, ceilings, or floors in offices and the like.
電磁波吸収体は、干渉型と透過型に大別される。干渉型の電磁波吸収体は、入射する電磁波と反射する電磁波とを干渉により弱め合せて電磁波を低減するものである。透過型の電磁波吸収体は、電磁波吸収能を有する磁性体や誘電体を利用し、これらを含む層に電磁波を通過させることで電磁波を低減するものである。中でも、特定の周波数の電磁波を吸収する誘電体の材料設計が不要であり、誘電率に応じた厚さの調整で任意の周波数の電磁波を反射減衰させることができることから、干渉型の電磁波吸収体がよく用いられている。例えば下記特許文献1には、抵抗層、誘電体層及び反射層をこの順に備える干渉型の電磁波吸収体が開示されている。このような干渉型の電磁波吸収体は、抵抗層に用いる材料の表面抵抗値を最適化することで特定の周波数において、高い吸収量を確保している。 Electromagnetic wave absorbers are roughly classified into interference type and transmission type. An interference type electromagnetic wave absorber reduces electromagnetic waves by weakening the incident electromagnetic waves and the reflected electromagnetic waves by interference. A transmission-type electromagnetic wave absorber uses a magnetic material or a dielectric material having electromagnetic wave absorbing ability, and reduces electromagnetic waves by allowing electromagnetic waves to pass through a layer containing these materials. Above all, it is an interference-type electromagnetic wave absorber that does not require a dielectric material design that absorbs electromagnetic waves of a specific frequency, and can reflect and attenuate electromagnetic waves of any frequency by adjusting the thickness according to the dielectric constant. is often used. For example, Patent Literature 1 below discloses an interference type electromagnetic wave absorber having a resistive layer, a dielectric layer and a reflective layer in this order. Such an interference type electromagnetic wave absorber secures a high absorption amount at a specific frequency by optimizing the surface resistance value of the material used for the resistance layer.
ところで、近年、社会課題である少子高齢化の進行や新型コロナウイルス感染症の拡大により、レーダー技術を用いた一人暮らし高齢者の安心見守りシステム、非接触・非対面でのセンシング技術の需要が急激に高まっている。中でも、ミリ波帯域のレーダーを応用し、転倒検知、在/不在モニタリング、人の呼吸や心拍等のセンシング技術が今大きな注目を集めている。こうした用途での使用を想定したセンシングシステムは、レーダーから送信される特定の帯域(例えば60-66GHz)を複数の周波数帯に分け、複数の周波数帯を使い分けることで位置情報などのセンシングを行っている。 By the way, in recent years, due to the progress of the declining birthrate and aging population, which are social issues, and the spread of new coronavirus infections, there has been a rapid increase in demand for a secure monitoring system for elderly people living alone using radar technology and non-contact and non-face-to-face sensing technology. rising. Among them, technologies that apply millimeter-wave band radar to detect falls, presence/absence monitoring, and sensing technologies such as human breathing and heartbeats are currently attracting a great deal of attention. Sensing systems intended for use in such applications divide a specific band (eg 60-66 GHz) transmitted from radar into multiple frequency bands, and use multiple frequency bands to perform sensing such as location information. there is
しかし、上記特許文献1に記載の電磁波吸収体は、以下に示す課題を有していた。
すなわち、上記特許文献1に記載の電磁波吸収体は、抵抗層に用いる材料の表面抵抗値を最適化することで特定の周波数において高い吸収量を確保しているが、その一方で、特定の周波数からずれるにつれて吸収量は減少していく。このため、レーダーから送信される複数の周波数帯の電磁波が電磁波吸収体に入射されると、壁等に設置された電磁波吸収体において特定の周波数の電磁波が大きく吸収され、その周波数以外の電磁波は十分に吸収されなくなる。その結果、例えばレーダーから送信される周波数帯を構成する複数の周波数帯の電磁波の強度が一定である場合、レーダーで受信される電磁波においては、特定の周波数以外の電磁波の強度は大きくなっても、特定の周波数の電磁波の強度はかなり小さくなる。このため、センシングシステムにおいて、特定の周波数の電磁波については、S/N比がかなり小さくなり、信号として認識しにくくなるため、センシングを適切に行うことが困難となる。ここで、センシングシステムにおいて、プログラムを導入することで、特定の周波数の電磁波の強度を補正することも考えられるが、そのようなプログラムは、複雑なプログラミングを必要とするため、プログラムの開発に多大な時間とコストがかかることになる。
However, the electromagnetic wave absorber described in Patent Document 1 has the following problems.
That is, the electromagnetic wave absorber described in Patent Document 1 secures a high absorption amount at a specific frequency by optimizing the surface resistance value of the material used for the resistance layer. The amount of absorption decreases as it deviates. For this reason, when electromagnetic waves of multiple frequency bands transmitted from a radar enter an electromagnetic wave absorber, electromagnetic waves of a specific frequency are largely absorbed by the electromagnetic wave absorber installed on walls, etc., and electromagnetic waves other than that frequency are absorbed. not adequately absorbed. As a result, for example, when the strength of electromagnetic waves in multiple frequency bands that make up the frequency band transmitted from radar is constant, in the electromagnetic waves received by radar, even if the strength of electromagnetic waves other than a specific frequency increases, , the intensity of electromagnetic waves at a particular frequency is considerably reduced. Therefore, in the sensing system, the S/N ratio of the electromagnetic wave of a specific frequency becomes considerably small, making it difficult to recognize it as a signal, making it difficult to perform sensing appropriately. Here, in the sensing system, it is conceivable to correct the intensity of the electromagnetic wave at a specific frequency by introducing a program. It will take time and cost.
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、センシングシステムにおいて複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入させることなく、センシングを適切に行わせることができる電磁波吸収体及びセンシングシステムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides an electromagnetic wave absorber and a sensing system that can appropriately perform sensing without introducing a program that requires complicated programming in the sensing system. for the purpose.
本発明者らは上記課題が生じる原因について検討した。その結果、上記課題が生じる原因が、センシングシステムのレーダーから送信される特定の周波数帯において、特定の周波数の電磁波が大きく吸収され、その特定の周波数からずれた周波数の電磁波の吸収量が小さいため、その特定の周波数帯における電磁波の最大吸収量と最小吸収量との差が大きくなることにあるのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らは、センシングシステムのレーダーから送信される特定の周波数帯において、特定の周波数帯における電磁波の最大吸収量と最小吸収量との差を十分に小さくすることが上記課題を解決する上で重要であると考えた。そこで、本発明者らは、特定の周波数帯における電磁波の最大吸収量と最小吸収量との差を十分に小さくするべく鋭意検討を重ねた結果、電磁波吸収体の抵抗層の表面抵抗値を、電磁波吸収体において吸収量が最大となるときの抵抗層の表面抵抗値からあえてずらし、そのずれ量を乖離率で規定し、乖離率を特定の範囲にすることにより、上記課題を解決し得ることを見出した。具体的には、本発明者らは、以下の開示により上記課題を解決しうることを見出した。 The present inventors have investigated the cause of the above problems. As a result, the cause of the above problems is that in a specific frequency band transmitted from the radar of the sensing system, electromagnetic waves of a specific frequency are largely absorbed, and the amount of absorption of electromagnetic waves of frequencies deviating from the specific frequency is small. , the present inventors considered that the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount of electromagnetic waves in the specific frequency band becomes large. Therefore, the present inventors solved the above problem by sufficiently reducing the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount of electromagnetic waves in a specific frequency band transmitted from the radar of the sensing system. I thought it was important to do Therefore, the present inventors have made extensive studies to sufficiently reduce the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount of electromagnetic waves in a specific frequency band, and as a result, the surface resistance value of the resistance layer of the electromagnetic wave absorber is To solve the above problems by intentionally shifting the surface resistance value of the resistance layer when the absorption amount is maximum in the electromagnetic wave absorber, defining the shift amount by the deviation rate, and setting the deviation rate within a specific range. I found Specifically, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following disclosure.
すなわち、本開示は、抵抗層、誘電体層及び反射層をこの順に備え、特定の周波数帯の電磁波を吸収する干渉型の電磁波吸収体であって、前記周波数帯において前記電磁波の吸収量が最大となるときの前記抵抗層の表面抵抗値をR0とし、前記抵抗層の表面抵抗値をR1とした場合に、下記式(1)で定義される乖離率が30%以上である、電磁波吸収体である。
乖離率(%)=|{(R1/R0)-1}×100|・・・(1)
That is, the present disclosure is an interference-type electromagnetic wave absorber that includes a resistive layer, a dielectric layer, and a reflective layer in this order and absorbs electromagnetic waves in a specific frequency band, wherein the absorption amount of the electromagnetic waves is the maximum in the frequency band. When the surface resistance value of the resistance layer is R 0 and the surface resistance value of the resistance layer is R 1 , the divergence rate defined by the following formula (1) is 30% or more. Absorber.
Deviation rate (%)=|{(R 1 /R 0 )−1}×100| (1)
この電磁波吸収体によれば、電磁波吸収体で吸収される周波数帯の電磁波を送信しかつ受信し、受信される電磁波を処理することが可能な電磁波送受信装置を備えるセンシングシステムにおいて、電磁波送受信装置から送信される特定の周波数帯の電磁波が抵抗層側から入射されると、電磁波は抵抗層、誘電体層を通過し、反射層で反射される。このとき、誘電体層において、入射される電磁波と反射される反射波とが互いに弱め合うことで電磁波が吸収されるため、特定の周波数の電磁波の吸収量が最大となる。但し、この場合でも、乖離率が30%以上であることで、乖離率が30%未満である場合に比べて、上記周波数帯において最大吸収量と最小吸収量との差を小さくすることができる。このため、電磁波送受信装置から送信される周波数帯の電磁波の強度が一定である場合、電磁波送受信装置で受信される電磁波においては、特定の周波数以外の電磁波の強度は大きくしたまま、特定の周波数の電磁波の強度の低下が十分に抑制される。このため、センシングシステムにおいて、特定の周波数の電磁波について、S/N比の低下が抑制され、信号として認識しやすくなるため、センシングシステムにおいて複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入させることなく、センシングを適切に行うことが可能となる。 According to this electromagnetic wave absorber, in a sensing system comprising an electromagnetic wave transmitter/receiver capable of transmitting and receiving electromagnetic waves in a frequency band absorbed by the electromagnetic wave absorber and processing the received electromagnetic waves, When an electromagnetic wave of a specific frequency band to be transmitted is incident from the resistive layer side, the electromagnetic wave passes through the resistive layer and the dielectric layer and is reflected by the reflective layer. At this time, the incident electromagnetic wave and the reflected reflected wave weaken each other in the dielectric layer, thereby absorbing the electromagnetic wave. However, even in this case, when the deviation rate is 30% or more, the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount in the frequency band can be made smaller than when the deviation rate is less than 30%. . Therefore, when the intensity of the electromagnetic wave in the frequency band transmitted from the electromagnetic wave transmitting/receiving device is constant, the electromagnetic wave received by the electromagnetic wave transmitting/receiving device has a specific frequency while increasing the strength of the electromagnetic wave other than the specific frequency. A decrease in the intensity of electromagnetic waves is sufficiently suppressed. Therefore, in the sensing system, the reduction in the S/N ratio of the electromagnetic wave of a specific frequency is suppressed, and it becomes easy to recognize it as a signal. can be performed appropriately.
本開示の電磁波吸収体においては、前記乖離率が200%以下であることが好ましい。 In the electromagnetic wave absorber of the present disclosure, the divergence rate is preferably 200% or less.
この場合、乖離率が200%以下であることで、特定の周波数帯における特定の周波数の電磁波がより十分に吸収されるため、電波障害を効果的に抑制することができる。 In this case, when the rate of divergence is 200% or less, electromagnetic waves of a specific frequency in a specific frequency band are more sufficiently absorbed, so radio interference can be effectively suppressed.
上記電磁波吸収体においては、前記誘電体層の複素比誘電率の実部が10以上であることが好ましい。 In the above electromagnetic wave absorber, the real part of the complex dielectric constant of the dielectric layer is preferably 10 or more.
この場合、誘電体層の誘電率を大きくすることが可能となり、誘電体層の厚さを低減できるため、電磁波吸収体をより薄型化することができる。 In this case, the dielectric constant of the dielectric layer can be increased and the thickness of the dielectric layer can be reduced, so that the electromagnetic wave absorber can be made thinner.
また、本開示は、上述した電磁波吸収体と、前記電磁波吸収体で吸収される前記周波数帯の電磁波を送信しかつ受信し、受信される電磁波を処理することが可能な電磁波送受信装置と、を備えるセンシングシステムである。 Further, the present disclosure includes the electromagnetic wave absorber described above, and an electromagnetic wave transmitting/receiving device capable of transmitting and receiving electromagnetic waves in the frequency band absorbed by the electromagnetic wave absorber and processing the received electromagnetic waves. It is a sensing system equipped with
このセンシングシステムによれば、電磁波送受信装置から送信される特定の周波数帯の電磁波が抵抗層側から入射されると、電磁波は抵抗層、誘電体層を通過し、反射層で反射される。このとき、誘電体層において、入射される電磁波と反射される反射波とが互いに弱め合うことで電磁波が吸収されるため、特定の周波数の電磁波の吸収量が最大となる。但し、この場合でも、乖離率が30%以上であることで、乖離率が30%未満である場合に比べて、上記周波数帯において最大吸収量と最小吸収量との差を小さくすることができる。このため、電磁波送受信装置から送信される周波数帯の電磁波の強度が一定である場合、電磁波送受信装置で受信される電磁波においては、特定の周波数以外の電磁波の強度は大きくしたまま、特定の周波数の電磁波の強度の低下が十分に抑制される。このため、センシングシステムにおいて、特定の周波数の電磁波について、S/N比の低下が抑制され、信号として認識しやすくなるため、センシングシステムにおいて複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入することなく、センシングを適切に行うことが可能となる。 According to this sensing system, when an electromagnetic wave in a specific frequency band transmitted from the electromagnetic wave transmitting/receiving device is incident from the resistance layer side, the electromagnetic wave passes through the resistance layer and the dielectric layer and is reflected by the reflection layer. At this time, the incident electromagnetic wave and the reflected reflected wave weaken each other in the dielectric layer, thereby absorbing the electromagnetic wave. However, even in this case, when the deviation rate is 30% or more, the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount in the frequency band can be made smaller than when the deviation rate is less than 30%. . Therefore, when the intensity of the electromagnetic wave in the frequency band transmitted from the electromagnetic wave transmitting/receiving device is constant, the electromagnetic wave received by the electromagnetic wave transmitting/receiving device has a specific frequency while increasing the strength of the electromagnetic wave other than the specific frequency. A decrease in the intensity of electromagnetic waves is sufficiently suppressed. For this reason, in the sensing system, the reduction in the S/N ratio of electromagnetic waves of a specific frequency is suppressed, making it easier to recognize them as signals. can be performed appropriately.
本開示によれば、センシングシステムにおいて複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入させることなく、センシングを適切に行わせることができる電磁波吸収体及びセンシングシステムが提供される。 According to the present disclosure, there are provided an electromagnetic wave absorber and a sensing system that can appropriately perform sensing without introducing a program that requires complicated programming in the sensing system.
以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail.
<電磁波吸収体>
まず、本開示の電磁波吸収体の実施形態について図1を参照しながら説明する。図1は、本開示の電磁波吸収体の一実施形態を示す断面図である。
<Electromagnetic wave absorber>
First, an embodiment of an electromagnetic wave absorber of the present disclosure will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electromagnetic wave absorber of the present disclosure.
図1に示すように、電磁波吸収体100は、特定の周波数帯の電磁波を吸収する干渉型の電磁波吸収体であり、抵抗層10、誘電体層20及び反射層30をこの順に備えている。なお、抵抗層10と誘電体層20は直接接着されていてもよいが、粘着剤層で接着されていてもよい。同様に、誘電体層20と反射層30も直接接着されていてもよいが、粘着剤層で接着されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the
上記周波数帯において電磁波の吸収量が最大となるときの抵抗層10の表面抵抗値をR0とし、抵抗層10の表面抵抗値をR1とした場合に、下記式(1)で定義される乖離率が30%以上である。
乖離率(%)=|{(R1/R0)-1}×100|・・・(1)
When the surface resistance value of the
Deviation rate (%)=|{(R 1 /R 0 )−1}×100| (1)
電磁波吸収体100によれば、センシングシステムにおいて、電磁波送受信装置から送信される特定の周波数帯の電磁波が抵抗層側から入射されると、電磁波は抵抗層、誘電体層を通過し、反射層で反射される。このとき、誘電体層において、入射される電磁波と反射される反射波とが互いに弱め合うことで電磁波が吸収されるため、特定の周波数の電磁波の吸収量が最大となる。但し、この場合でも、乖離率が30%以上であることで、乖離率が30%未満である場合に比べて、上記周波数帯において最大吸収量と最小吸収量との差を小さくすることができる。このため、電磁波送受信装置から送信される周波数帯の電磁波の強度が一定である場合、電磁波送受信装置で受信される電磁波においては、特定の周波数以外の電磁波の強度は大きくしたまま、特定の周波数の電磁波の強度の低下が十分に抑制される。このため、センシングシステムにおいて、特定の周波数の電磁波について、S/N比の低下が抑制され、信号として認識しやすくなるため、センシングシステムにおいて複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入させることなく、センシングを適切に行わせることが可能となる。
According to the
以下、抵抗層10、誘電体層20及び反射層30について詳細に説明する。
The
(抵抗層)
抵抗層10は外側から入射してきた電磁波を誘電体層20へと至らしめるための層である。抵抗層10は一般的にはインピーダンスマッチングを実現させるための層であるが、本開示では、インピーダンスマッチングを実現させないようにするための層として機能する。
(resistive layer)
The
抵抗層10は、導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方で構成される層を含む。導電性無機材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛アルミニウム(AZO)、カーボン、グラフェン、Ag、Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In、Ag-Cu、Cu-AuおよびNiからなる群から選択される1つ以上が挙げられる。導電性無機材料の形状は特に限定されず、例えば粒子状又はワイヤー状である。導電性有機材料としては、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリアニリン誘導体及びポリピロール誘導体が挙げられる。特に、導電性有機材料としては、柔軟性、成膜性、安定性、表面抵抗の観点から、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)を含む導電性ポリマーが好ましい。抵抗層10は、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PPS)との混合物(PEDOT/PSS)を含むものであってもよい。抵抗層10は、導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方で構成される層のみで構成されてもよいが、導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方からなる層を基材上に設けてなるものであってもよい。基材としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などが挙げられる。特に柔軟性、成膜性、安定性、表面抵抗の観点から、抵抗層10は、PEDOTを含む導電性ポリマーからなる膜を形成してなるPETフィルムで構成されることが好ましい。
The
周波数帯において電磁波の吸収量が最大となるときの抵抗層10の表面抵抗値R0は、下記式(2)~(5)を用いて求めることができる。
上記式(2)~(5)において、Γは反射係数、ZLは、抵抗層10のうち反射層30と反対側の面から見込んだ入力インピーダンス(Ω/□)、Z0は、真空のインピーダンス(Ω/□)、Z´Lは、抵抗層10の反射層30側から反射層30を見込んだ入力インピーダンス(Ω/□)、Rは抵抗層10の表面抵抗値(Ω/□)、εrは、誘電体層20の複素比誘電率、dは誘電体層20の厚さ(μm)、λは、入射される電磁波の波長(μm)、RLは吸収性能(dB)を表す。式(5)のRLを最大にするには、反射係数Γを最小にする必要があり、反射係数Γを最小にするには、式(2)でZL=Z0=377Ω/□とする必要がある。一方、式(4)でZ0=377Ω/□、複素比誘電率εrを代入すると、d=λ/4であるから、Z´Lがλの関数として算出される。そして、式(3)において、算出されたZ´Lと、Z0=377Ω/□を代入し、λを指定すると、Rが表面抵抗値R0として算出される。
In the above formulas (2) to (5), Γ is the reflection coefficient, Z L is the input impedance (Ω/□) seen from the surface of the
抵抗層10の表面抵抗値R1は、例えば、導電性無機材料又は導電性有機材料の選定、抵抗層10の厚さの調節によって適宜設定することができる。抵抗層10の表面抵抗値は例えばロレスターGP MCP-T610(商品名、株式会社三菱化学アナリテック製)を用いて測定することができる。抵抗層10は単一の層であってもよいし、複数層から成る積層体であってもよい。
The surface resistance value R1 of the
上記乖離率は30%以上であればよいが、乖離率は35%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましい。但し、乖離率は200%以下であることが好ましい。この場合、乖離率が200%以下であることで、特定の周波数帯における特定の周波数の電磁波成分がより十分に吸収されるため、電波障害を効果的に抑制することができる。乖離率は150%以下であることが特に好ましい。 The deviation rate may be 30% or more, preferably 35% or more, more preferably 40% or more. However, the divergence rate is preferably 200% or less. In this case, since the deviation rate is 200% or less, the electromagnetic wave component of the specific frequency in the specific frequency band is more sufficiently absorbed, so that radio interference can be effectively suppressed. It is particularly preferable that the deviation rate is 150% or less.
抵抗層10の厚さ(膜厚)は、表面抵抗値R1に応じて適宜決定されるが、抵抗層10が無機材料で構成されるのであれば、0.1nm~100nmの範囲内とすることが好ましく、1nm~50nmの範囲内とすることがより好ましい。膜厚が0.1nm以上であると、均一な膜を形成しやすく、抵抗層10としての機能をより十分に果たすことができる傾向がある。一方、膜厚が100nm以下であると、十分なフレキシビリティを保持することができ、製膜後に折り曲げ、引張などの外的要因により、薄膜に亀裂を生じることをより確実に防ぐことができ、かつ基材への熱による損傷や収縮を抑える傾向がある。抵抗層10が有機材料で構成されるのであれば、抵抗層10の厚さ(膜厚)は、0.1~2.0μmの範囲内とすることが好ましく、0.1~0.4μmの範囲内とすることがより好ましい。膜厚が0.1μm以上であると、均一な膜を形成しやすく、抵抗層10としての機能をより十分に果たすことができる傾向がある。一方、膜厚が2.0μm以下であると、十分なフレキシビリティを保持させることができ、成膜後に折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、薄膜に亀裂を生じることをより確実に防ぐことができる傾向がある。
The thickness (film thickness) of the
(誘電体層)
誘電体層20は、特定の周波数の電磁波の入射波と反射波とを干渉により弱め合わせ、入射された電磁波を減衰させるための層である。誘電体層20は樹脂を含む。樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリメチルメタアクリル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂(尿素樹脂)、ポリクロロプレン樹脂が挙げられる。中でも、成形性に優れることから、樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド又はこれらの2種以上の混合樹脂が好ましい。特に、樹脂の誘電率が高いと、誘電体粒子の添加量を低下させることが可能となり、(1)薄膜化、(2)成形性、(3)低コストの実現が可能になることから、樹脂としては、(メタ)アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂又はこれらの混合樹脂が好ましい。
(dielectric layer)
The
誘電体層20は、樹脂の比誘電率よりも大きい比誘電率を有する誘電体粒子をさらに含んでいてもよい。誘電体粒子としては、分散の安定性、及び、誘電体層20の高誘電率化の観点から、無機化合物が好ましい。無機化合物としては、無機酸化物が好ましい。無機酸化物としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムが挙げられる。中でも、無機酸化物としては、使用する際の省スペース化やロールtoロールの加工性、曲げ剛性の観点から、チタン酸バリウム、酸化チタン又は酸化アルミニウムが好ましい。
The
誘電体層20の比誘電率は、特に制限されるものではないが、誘電体層20の薄型化の観点からは、大きいほど好ましい。具体的には、誘電体層20の比誘電率は、好ましくは10.0以上であり、より好ましくは15.0以上である。
The dielectric constant of the
誘電体層20の複素比誘電率の実部は、特に制限されるものではないが、好ましくは10以上であり、より好ましくは15.0以上である。誘電体層20の複素比誘電率の実部が10以上であることで、誘電体層20の誘電率を大きくすることが可能となり、誘電体層20の厚さを低減できるため、電磁波吸収体100をより薄型化することができる。但し、誘電体層20の複素比誘電率の実部は、好ましくは30.0以下であり、より好ましくは20.0以下である。誘電体層20の複素比誘電率の実部が20.0以下であることで、誘電体層がより十分な強度を有することが可能となる。
The real part of the complex dielectric constant of the
誘電体層20の厚さは、特に制限されるものではないが、好ましくは20μm以上であり、より好ましくは50μm以上である。誘電体層20の厚さを50μm以上とすることで、誘電体層20がより破れにくくなる。
Although the thickness of the
但し、誘電体層20の厚さは、好ましくは1000μm以下であり、より好ましくは400μm以下である。この場合、誘電体層20を抵抗層10や反射層30と積層した際に、シワ、トンネリング、デラミネーションなどの現象が起こりにくくなる。
However, the thickness of the
(反射層)
反射層30は誘電体層20から入射してきた電磁波を反射させ、誘電体層20へと至らしめるための層である。反射層30は、例えば導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方で構成される層を含む。導電性無機材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛アルミニウム(AZO)、カーボン、グラフェン、Ag、Al、Au、Pt、Pd、Cu、Co、Cr、In、Ag-Cu、Cu-AuおよびNiからなる群から選択される1つ以上が挙げられる。導電性無機材料の形状は特に限定されず、例えば粒子状又はワイヤー状である。導電性有機材料としては、ポリチオフェン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリアニリン誘導体及びポリピロール誘導体が挙げられる。反射層30は、導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方で構成される層のみで構成されてもよいが、導電性無機材料及び導電性有機材料の少なくとも一方からなる層を基材上に設けてなるものであってもよい。基材としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などが挙げられる。特に柔軟性、成膜性、安定性、表面抵抗の観点から、反射層30は、アルミニウム蒸着膜を形成してなるPETフィルムで構成されることが好ましい。反射層30の表面抵抗は特に制限されるものではないが、100Ω/□以下であることが好ましい。反射層30は単一の層であってもよいし、複数層から成る積層体であってもよい。
(reflective layer)
The
反射層30の厚さは特に制限されるものではないが、0.05~100μmであることが好ましく、12~80μmであることがより好ましい。膜厚が0.05μm以上であると、均一な膜を形成しやすく、反射層30としての機能をより十分に果たすことができる傾向がある。一方、膜厚が100μm以下であると、反射層30に十分なフレキシビリティを付与させることができ、電磁波吸収体100の折り曲げ、引っ張りなどの外的要因により、反射層30に亀裂が生じることをより抑制することができる傾向がある。
Although the thickness of the
(粘着層)
粘着層は、誘電体層20と抵抗層10,又は、誘電体層20と反射層30とを接着する層である。粘着剤層としては、例えば、ウレタン系粘着剤、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤等の粘着剤を用いることができる。中でも、誘電体層20と抵抗層10,及び、誘電体層20と反射層30とを効果的に接着することが可能でありかつ安価であることから、ウレタン系粘着剤が好ましく用いられる。
(adhesive layer)
The adhesive layer is a layer that bonds the
電磁波吸収体100は、誘電体層20に対して、抵抗層10及び反射層30をそれぞれドライラミネーション法又は熱ラミネーション法を用いて貼り付けることにより得ることができる。
The
電磁波吸収体100で吸収される電磁波の特定の周波数帯は特に制限されるものではなく、通常は1~350GHzである。特定の周波数帯は、電磁波吸収体100の用途に応じて適宜決定することができる。ここで、特定の周波数帯においては、電磁波の吸収量が最大となる周波数が含まれるように設定される。電磁波の吸収量が最大となる周波数は、誘電体層20の厚さ及び誘電体層20の複素比誘電率の値を適宜調整することにより調整することができる。
A specific frequency band of electromagnetic waves absorbed by the
(検証)
次に、本開示の電磁波吸収体により、特定の周波数帯において最大吸収量と最小吸収量との差を小さくすることができるかどうかについて、シミュレーションにより検証を行った。このとき、電磁波吸収体を構成する抵抗層、誘電体層及び反射層として以下の層を用いると仮定した。なお、複素比誘電率は、JIS-C2138:2007に準拠して測定されるものである。具体的には、複素比誘電率は、空洞共振器法誘電率測定装置(アジレントテクノロジー株式会社社製、製品名「Agilent E4991A RFインピーダンス/マテリアル・アナライザ」)を用いて、周波数1GHz、温度25℃、相対湿度50%の条件にて測定される値である。
(抵抗層)
・抵抗層A:東レ製PET(S-10、厚さ50μm)にHeraeus製PEDOT(Clevios PH1000)を塗工したもの。
・抵抗層B:東レ製PET(S-10、厚さ50μm)にITOターゲットを用いてスパッタリングしたもの。
・抵抗層C:東レ製PET(S-10、厚さ50μm)にモリブデン含有ターゲットを用いてスパッタリングしたもの。
(誘電体層)
・誘電体層A:信越化学工業製シリコーン粘着剤KR-3700を用いてなる塗工膜(複素比誘電率の実部:3.2、虚部:0.0)
・誘電体層B:サイデン化学製サイビノールOC3405に、堺化学工業製ペロブスカイトBT-01(チタン酸バリウム)を体積分率35%となるように配合してなる塗工膜(複素比誘電率の実部:10.6、虚部:1.0)
(反射層)
・尾池工業製テトライトSC(アルミニウム蒸着PET)
(verification)
Next, simulation was performed to verify whether the electromagnetic wave absorber of the present disclosure can reduce the difference between the maximum absorption amount and the minimum absorption amount in a specific frequency band. At this time, it is assumed that the following layers are used as the resistive layer, dielectric layer and reflective layer that constitute the electromagnetic wave absorber. The complex dielectric constant is measured according to JIS-C2138:2007. Specifically, the complex dielectric constant is measured using a cavity resonator method dielectric constant measurement device (manufactured by Agilent Technologies, Inc., product name “Agilent E4991A RF impedance/material analyzer”) at a frequency of 1 GHz and a temperature of 25 ° C. , are values measured under conditions of relative humidity of 50%.
(resistive layer)
Resistive layer A: Toray PET (S-10,
Resistive layer B: Toray PET (S-10,
Resistive layer C: Toray PET (S-10,
(dielectric layer)
・ Dielectric layer A: Coating film using Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. silicone adhesive KR-3700 (real part of complex dielectric constant: 3.2, imaginary part: 0.0)
・Dielectric layer B: A coating film obtained by blending Saiden Chemical's Saibinol OC3405 with Sakai Chemical Industry's Perovskite BT-01 (barium titanate) so that the volume fraction is 35% (realization of complex dielectric constant) part: 10.6, imaginary part: 1.0)
(reflective layer)
・ Tetraite SC (aluminum deposition PET) manufactured by Oike Industry Co., Ltd.
(シミュレーションA1~A19)
反射層としては上記反射層を用い、抵抗層及び誘電体層としては、上記抵抗層及び誘電体層のうち表1に示す抵抗層及び誘電体層を用いて電磁波吸収体を構成することとした。また、抵抗層の表面抵抗値R1、R0及び乖離率については表1に示す値とし、62GHz付近で反射減衰量の絶対値が最大となるように誘電体層の厚さを調整し、周波数帯を表1に示すとおり50~70GHzに設定したときの、周波数と反射減衰量との関係をシミュレーションにより求めた。結果を図2~図4に示す。なお、図2~図4において、反射減衰量は、吸収量に-1を乗じた値である。
また、50~70GHzにおける最大反射減衰量と最小反射減衰量との差ΔAの値を表1に示す。図2~図4及び表1に示す結果より、乖離率が30%以上である電磁波吸収体は、乖離率が30%未満である電磁波吸収体に比べて、ΔAが十分に小さくなることが分かった。
(Simulation A1 to A19)
An electromagnetic wave absorber was constructed by using the above-described reflective layer as the reflective layer, and using the above-described resistive layer and dielectric layer as the resistive layer and the dielectric layer shown in Table 1. . Further, the surface resistance values R 1 and R 0 and the rate of deviation of the resistance layer are the values shown in Table 1, and the thickness of the dielectric layer is adjusted so that the absolute value of the return loss is maximized near 62 GHz, The relationship between frequency and return loss was obtained by simulation when the frequency band was set to 50 to 70 GHz as shown in Table 1. The results are shown in FIGS. 2-4. In FIGS. 2 to 4, the return loss is a value obtained by multiplying the absorption by -1.
Table 1 shows the difference ΔA between the maximum return loss and the minimum return loss at 50 to 70 GHz. From the results shown in FIGS. 2 to 4 and Table 1, the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of 30% or more has a sufficiently small ΔA compared to the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of less than 30%. Ta.
(シミュレーションB1~B12)
反射層としては上記反射層を用い、抵抗層及び誘電体層としては、上記抵抗層及び誘電体層のうち表2に示す抵抗層及び誘電体層を用いて電磁波吸収体を構成することとした。また、抵抗層の表面抵抗値R1、R0及び乖離率については表2に示す値とし、28GHz付近で反射減衰量の絶対値が最大となるように誘電体層の厚さを調整し、周波数帯を表2に示すとおり20~40GHzに設定したときの、周波数と反射減衰量との関係をシミュレーションにより求めた。結果を図5及び図6に示す。なお、図5及び図6において、反射減衰量は、吸収量に-1を乗じた値である。
また、20~40GHzにおける最大反射減衰量と最小反射減衰量との差ΔAの値を表2に示す。図5、図6及び表2に示す結果より、乖離率が30%以上である電磁波吸収体は、乖離率が30%未満である電磁波吸収体に比べて、ΔAが十分に小さくなることが分かった。
(Simulation B1 to B12)
An electromagnetic wave absorber was constructed by using the above-described reflective layer as the reflective layer, and using the above-described resistive layer and dielectric layer shown in Table 2 as the resistive layer and the dielectric layer. . In addition, the surface resistance values R 1 and R 0 and the rate of deviation of the resistive layer are the values shown in Table 2, and the thickness of the dielectric layer is adjusted so that the absolute value of the return loss is maximized around 28 GHz, The relationship between frequency and return loss was obtained by simulation when the frequency band was set to 20 to 40 GHz as shown in Table 2. The results are shown in FIGS. 5 and 6. FIG. In FIGS. 5 and 6, the return loss is a value obtained by multiplying the absorption by -1.
Table 2 shows the difference ΔA between the maximum return loss and the minimum return loss at 20 to 40 GHz. From the results shown in FIGS. 5, 6 and Table 2, the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of 30% or more has a sufficiently small ΔA compared to the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of less than 30%. Ta.
(シミュレーションC1~C12)
反射層としては上記反射層を用い、抵抗層及び誘電体層としては、上記抵抗層及び誘電体層のうち表3に示す抵抗層及び誘電体層を用いて電磁波吸収体を構成することとした。また、抵抗層の表面抵抗値R1、R0及び乖離率については表3に示す値とし、80GHz付近で反射減衰量の絶対値が最大となるように誘電体層の厚さを調整し、周波数帯を表3に示すとおり70~90GHzに設定したときの、周波数と反射減衰量との関係をシミュレーションにより求めた。結果を図7及び図8に示す。なお、図7及び図8において、反射減衰量は、吸収量に-1を乗じた値である。
また、70~90GHzにおける最大反射減衰量と最小反射減衰量との差ΔAの値を表2に示す。図7、図8及び表3に示す結果より、乖離率が30%以上である電磁波吸収体は、乖離率が30%未満である電磁波吸収体に比べて、ΔAが十分に小さくなることが分かった。
(Simulation C1-C12)
An electromagnetic wave absorber was constructed by using the above reflective layer as the reflective layer, and using the above-mentioned resistive layer and dielectric layer shown in Table 3 as the resistive layer and the dielectric layer. . Further, the surface resistance values R 1 and R 0 and the rate of deviation of the resistance layer are the values shown in Table 3, and the thickness of the dielectric layer is adjusted so that the absolute value of the return loss is maximized near 80 GHz, The relationship between frequency and return loss was obtained by simulation when the frequency band was set to 70 to 90 GHz as shown in Table 3. The results are shown in FIGS. 7 and 8. FIG. In FIGS. 7 and 8, the return loss is a value obtained by multiplying the absorption by -1.
Table 2 shows the difference ΔA between the maximum return loss and the minimum return loss at 70 to 90 GHz. From the results shown in FIGS. 7, 8 and Table 3, the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of 30% or more has a sufficiently small ΔA compared to the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of less than 30%. Ta.
(シミュレーションD1~D12)
反射層としては上記反射層を用い、抵抗層及び誘電体層としては、上記抵抗層及び誘電体層のうち表4に示す抵抗層及び誘電体層を用いて電磁波吸収体を構成することとした。また、抵抗層の表面抵抗値R1、R0及び乖離率については表4に示す値とし、349GHz付近で反射減衰量の絶対値が最大となるように誘電体層の厚さを調整し、周波数帯を表4に示すとおり340~360GHzに設定したときの、周波数と反射減衰量との関係をシミュレーションにより求めた。結果を図9及び図10に示す。なお、図9及び図10において、反射減衰量は、吸収量に-1を乗じた値である。
また、340~360GHzにおける最大反射減衰量と最小反射減衰量との差ΔAの値を表4に示す。図9、図10及び表4に示す結果より、乖離率が30%以上である電磁波吸収体は、乖離率が30%未満である電磁波吸収体に比べて、ΔAが十分に小さくなることが分かった。
(Simulation D1-D12)
An electromagnetic wave absorber was constructed by using the above-described reflective layer as the reflective layer, and using the above-described resistive layer and dielectric layer as the resistive layer and the dielectric layer shown in Table 4. . Further, the surface resistance values R 1 and R 0 and the rate of deviation of the resistance layer are the values shown in Table 4, and the thickness of the dielectric layer is adjusted so that the absolute value of the return loss is maximized around 349 GHz, The relationship between frequency and return loss was obtained by simulation when the frequency band was set to 340 to 360 GHz as shown in Table 4. The results are shown in FIGS. 9 and 10. FIG. In FIGS. 9 and 10, the return loss is a value obtained by multiplying the absorption by -1.
Table 4 shows the difference ΔA between the maximum return loss and the minimum return loss at 340 to 360 GHz. From the results shown in FIGS. 9, 10 and Table 4, the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of 30% or more has a sufficiently small ΔA compared to the electromagnetic wave absorber with a deviation rate of less than 30%. Ta.
<センシングシステム>
次に、本開示のセンシングシステムの実施形態について説明する。図11は、本開示のセンシングシステムの一実施形態を示す断面図である。
<Sensing system>
Next, embodiments of the sensing system of the present disclosure will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of the sensing system of the present disclosure;
図11に示すように、センシングシステム200は、電磁波吸収体100と、電磁波吸収体100で吸収される周波数帯の電磁波を送信しかつ受信し、受信される電磁波を処理することが可能な電磁波送受信装置201とを空間S内に備える。
As shown in FIG. 11, the
センシングシステム200によれば、電磁波送受信装置201から送信される特定の周波数帯の電磁波が抵抗層10側から入射されると、電磁波は抵抗層10、誘電体層20を通過し、反射層30で反射される。このとき、誘電体層20において、入射される電磁波と反射される反射波とが互いに弱め合うことで電磁波が吸収されるため、特定の周波数の電磁波の吸収量が最大となる。但し、この場合でも、乖離率が30%以上であることで、乖離率が30%未満である場合に比べて、上記周波数帯において最大吸収量と最小吸収量との差を小さくすることができる。このため、電磁波送受信装置201から送信される周波数帯の電磁波の強度が一定である場合、電磁波送受信装置201で受信される電磁波においては、特定の周波数以外の電磁波の強度は大きくしたまま、特定の周波数の電磁波の強度の低下が十分に抑制される。このため、センシングシステム200において、特定の周波数の電磁波について、S/N比の低下が抑制され、信号として認識しやすくなるため、センシングシステム200において、複雑なプログラミングを必要とするプログラムを導入することなく、センシングを適切に行うことが可能となる。
According to the
電磁波送受信装置201としては、例えばレーダー装置などが挙げられる。レーダー装置としては、パルスレーダー装置及びFM-CW(Frequency Modulation-Continuous Wave)レーダー装置が挙げられる。中でも、高い送信電力がなくても高いS/N比を実現できることから、FM-CWレーダー装置が好ましい。
Examples of the electromagnetic wave transmission/
レーダー装置は、送信用アンテナ、受信用アンテナ、送信部、受信部及び信号処理部を有する。但し、レーダー装置が、送信と受信とを切り替えるデュプレクサを有する場合には、送信用アンテナは受信用アンテナを兼ねることができる。 A radar device has a transmitting antenna, a receiving antenna, a transmitting section, a receiving section, and a signal processing section. However, if the radar device has a duplexer that switches between transmission and reception, the transmitting antenna can also serve as the receiving antenna.
センシングシステム200としては、例えば高齢者などの動きを検知するシステムが挙げられる。
As the
10…抵抗層、20…誘電体層、30…反射層、100…電磁波吸収体、200…センシングシステム、201…電磁波送受信装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記周波数帯において前記電磁波の吸収量が最大となるときの前記抵抗層の表面抵抗値をR0(Ω/□)とし、前記抵抗層の表面抵抗値をR1(Ω/□)とした場合に、下記式(1)で定義される乖離率が30%以上である、電磁波吸収体。
乖離率(%)=|{(R1/R0)-1}×100|・・・(1) An interference type electromagnetic wave absorber comprising a resistive layer, a dielectric layer and a reflective layer in this order and absorbing electromagnetic waves in a specific frequency band,
When the surface resistance value of the resistance layer when the absorption amount of the electromagnetic wave becomes maximum in the frequency band is R 0 (Ω/□), and the surface resistance value of the resistance layer is R 1 (Ω/□) Second, an electromagnetic wave absorber having a rate of divergence defined by the following formula (1) of 30% or more.
Deviation rate (%)=|{(R 1 /R 0 )−1}×100| (1)
前記電磁波吸収体で吸収される前記周波数帯の電磁波を送信しかつ受信し、受信される電磁波を処理することが可能な電磁波送受信装置と、
を備えるセンシングシステム。
An electromagnetic wave absorber according to any one of claims 1 to 3;
an electromagnetic wave transmitting/receiving device capable of transmitting and receiving electromagnetic waves in the frequency band absorbed by the electromagnetic wave absorber, and processing the received electromagnetic waves;
Sensing system with
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2022027726A JP2023124127A (en) | 2022-02-25 | 2022-02-25 | Electromagnetic wave absorber and sensing system |
Applications Claiming Priority (1)
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- 2022-02-25 JP JP2022027726A patent/JP2023124127A/en active Pending
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