JP2509369B2 - 広帯域電波吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フェライトを用いて構成された広帯域電波
吸収装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、フェライトを用いた電波吸収体が種々研究され
てその性能が知られるようになっている。

従来標準的とされている電波吸収体の構造は、第12図
に示すように、導体板上にフェライトを並べて構成して
いる。そして実際上は、第13図に示すように、施工の都
合上電界方向には周期的にフェライトを取り去って導体
板が直接見える部分（空隙部と呼ぶ）を設けている（特
開昭53−11501号公報）。

このように空隙部を設けると、フェライト部のフェラ
イトの厚さを第12図の構造の場合より厚くすることによ
ってはじめて、第12図のものが持っている特性と同等の
特性が得られる。

〔発明が解決しようとする課題」 この電波吸収体は、上述のように空隙部は設けるが、
フェライトの厚さを大きくする必要がある点で、軽量化
が図り難い問題がある。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、フェラ
イトを利用して簡単に構成でき、しかも軽量化を図れる
電波吸収体を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のため、本発明では、 請求項１記載の、対象とする電波の周波数に合わせて
選択された、一端に短絡板を有する円形同軸導波管に対
し、この導波管と同心となるように、内外径が前記円形
同軸導波管の径より大きくかつ前記短絡板の径より小さ
くなるように、径および厚みを選んだ高さ15ないし25mm
のフェライト製リングを配してなるユニットを、適宜間
隔で規則的に配置してなる広帯域電波吸収装置、および 請求項２記載の、請求項１記載の装置における前記円
形同軸導波管は直径8.5mm、前記短絡板は直径20.7mm
で、前記フェライト製リングは、内径12mm、厚み2mm、
高さ15ないし25mmである広帯域電波吸収装置、 を提供するものである。

〔作用〕

本発明の構造を採ることにより広帯域化が図れる理由
は、次の通りである。

第１に、フェライトとの境界面において反射波の減少
が期待できること、第２に単層構造の場合と異なりフェ
ライトのある部分がフェライトのみの均一空間ではなく
なるので平面波が存在しなくなり、TM波のみが存在する
こととなるため、フェライトとの境界面で自由空間を伝
播しないTM波に変換されることにより広い周波数範囲に
亘る吸収率の増加、換言すれば広帯域化がなされる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、円形同軸導波管にフェライト
製リングを組み合わせてなるユニットを所定間隔で配列
することにより反射波の減少、およびTM波変換を行って
電波吸収を促進するようにしたため、広い周波数範囲に
亘り電波吸収が行われ、広帯域な電波吸収機能を持つ装
置を提供することができる。

〔本発明の基本構造〕

本発明に関して、第１図（ａ）、（ｂ）の構造例につ
き第２図（ａ），（ｂ）のモデルを用いて解析を行い、
次いで第３図ないし第９図に実測結果を示し、その上で
第10図により他の構造例を示した上で、第11図により本
発明の実施例を説明する。

第１図（ａ）は一対のフェライト板間に、電波反射面
に置かれた導体板に接続された導体板を介挿したもの
を、また第１図（ｂ）はそのフェライト板間の導体板を
省略したものをそれぞれ示している。

本発明に係る基本構造を持つ電波吸収体は、第１図に
示すように同一構造のユニットを多数積み重ねて構成し
ている。そして、これらユニットは同一の挙動を行うか
ら、解析は一つのユニットについて行えばよい。

第２図（ａ）は、この解析のための単層モデルを示し
たものである。そして構造の周期性により、フェライト
板間の中央部分にフェライト板と平行に金属板を挿入し
ても電磁界分布には全く影響を及ぼさない。したがっ
て、第２図（ｂ）に示すようなモデルを用いて以下の解
析を行う。

この解析においては、フェライトの複素比透磁率をμ
ｒとして以下の式を用いて計算を行った。

μｒ＝１＋｛kl fl/（fl＋jf）｝ ただしｆ［MHz］は周波数、 klは直流時の初期比透磁率である。

この式中、分母にあるfl［MHz］は、複素比透磁率の
虚数部が最大となる周波数に対応している。またkl、fl
については、その積Ｓがフェライトの磁性材料としての
良質性を表す量の一つとされており、種々の組成のフェ
ライトについて10000［MHz］以下の値であり、6000［MH
z］を代表例とする。

そこで、この解析では、Ｓが6000［MHz］のフェライ
トを用いることとする。したがってklの値を定めると、
fl［MHz］の値は一義的に定まることになる。

また、先に示した分散公式は、この解析で問題とする
数［MHz］程度より高い周波数でよい近似となってい
る。この解析では、klが1000、flが６［MHz］のフェラ
イトを用いるものとして解析を行った。

一方、フェライトの複素比誘電率εｒの周波数分散は
ほとんどないので、先の比透磁率ほど著しい変化は見ら
れず、この解析では周波数によらず一定、すなわち εｒ＝16−j0 として計算を行うこととする。

フェライトを用いた単層吸収体では、最も吸収率の良
くなる厚さは、整合周波数によらずほぼ一定で、Ｓが60
00［MHz］の場合に、その値は８［mm］になることが知
られている。

第３図は、単層吸収体の吸収率周波数特性を示してい
る。

第１図および第２図に示した電波吸収体には、フェラ
イトの厚さ2tm、フェライト板間隔ｂ、フェライト板の
高さｄの３つのパラメータがある。これら全ての変化に
ついて解析を行うのは不可能であるので、解析を行った
範囲内で最も特性の良かった、厚さ2tm＝８［mm］、間
隔ｂ＝20［mm］、高さｄ＝20［mm］のものについて以下
説明する。

そして第３図では、このように寸法を選定した電波吸
収体の吸収率特性Ｂを、上述した従来の単層吸収体のも
のの特性Ａに重ねて示している。

一般に電波吸収体の特性として、反射率が許容反射係
数以下であること、この解析では電力基準で１％、つま
り−20dB以下になる周波数帯域幅を評価対象とする。

この第３図の特性曲線から分るように、第１図および
第２図に示した電波吸収体では、この帯域幅が非常に広
がっている。また、この構造の電波吸収体は、同面積を
吸収体とする単層吸収体とする場合に、単層吸収体とほ
ぼ同体積のフェライトで足りることになり、本発明の構
造とすることにより同量のフェライトでありながら特性
を格段に向上させることができる。

第１図および第２図に示した電波吸収体は、上述のよ
うにフェライトの厚さ2tm、フェライト板の間隔ｂ、お
よびフェライト板の高さｄの３つのパラメータがある。
そして、（ｂ−2tm）/bは金属板上で空気部が占める割
合を指し、空隙率を呼ばれる。

第４図は、フェライトの厚さ2tmと間隔ｂを、それぞ
れ８［mm］、20［mm］と一定にしたままで、フェライト
板の高さｄを変化させたときの吸収率周波数特性の変化
を第４図に示す。この第４図の特性曲線から、フェライ
ト板の高さｄを20［mm］から短くしていくと、高い周波
数での特性は良くなるがそれに応じて低い周波数での特
性の悪化が認められ、またフェライト板の高さに関する
精度も厳しくなる。したがって、高さｄが20［mm］のと
きに最も安定した特性を得られると考えられる。

第５図および第６図は、同様にフェライトの厚さ2tm
と間隔ｂの変化に対する吸収率周波数特性の変化をそれ
ぞれ示している。これらは、いづれの場合も上述の高さ
ｄの変化に対する場合とほぼ同様に最適値が存在し、そ
れは高さｄ＝20［mm］の場合である。

第７図は、フェライトの板の高さｄを20［mm］に固定
し、間隔ｂと厚さ2tmとを共に変化させるが、空隙率
（ｂ−2tm）/bを一定（60％）になるようにした場合の
吸収率周波数変化特性を示している。特性曲線は、 （ｂ＝10［mm］、2tm＝４［mm］）、 （ｂ＝20［mm］、2tm＝８［mm］）、 （ｂ＝30［mm］、2tm＝12［mm］）、および （ｂ＝40［mm］、2tm＝16［mm］）、の場合の各例を示
しており、間隔ｂ＝20［mm］、厚さ2tm＝８［mm］のと
きが一番特性が良いことが分る。このように、空隙率と
いうパラメータはあまり有意なものではない。

パラメータは、図示以外にも種々変化させてみたが、
厚さ2tmが８［mm］、間隔ｂが20［mm］、高さｄが20［m
m］に比較して特性の良いものは得られなかった。

また、分散公式定数kl、fl［MHz］に対してもその積
Ｓを6000［MHz］一定として変化させたとき、とくに良
い特性のものは得られず、その結果Ｓが6000［MHz］の
場合には、厚さ2tm＝８［mm］、間隔ｂ＝20［mm］、高
さｄ＝20［mm］のときに最も優れた特性が得られること
が分った。

次に、分散公式定数kl、fl［MHz］の変化に対する吸
収率周波数特性を見てみることにする。

第８図は、上記積Ｓを6000［MHz］一定として上述の
最適構造とし、kl、fl［MHz］を変化させたときの特性
を示したものである。

この第８図の特性曲線から分るように、積Ｓが一定な
らばklの値が大きいほど帯域幅は広がっている。つまり
−20dBを下回り始める周波数は分散公式係数によって定
まり、−20dBを上回り始める周波数は吸収体の構造によ
って定まる。

次いで、上記分散公式定数の積Ｓを変化させた場合に
ついて検討する。

第９図は、Ｓ＝8000［MHz］としたときの吸収率特性
を示したものである。

Ｓ＝6000［MHz］の場合は、厚さ2tm＝８［mm］、間隔ｂ
＝20［mm］、高さｄ＝20［mm］のときが最も優れた特性
が得られた。これに対して Ｓ＝8000［MHz］の場合には、厚さ2tm＝６［mm］、間隔
ｂ＝15［mm］、高さｄ＝15［mm］のときに最も優れた特
性が得られた。また、 Ｓ＝8000［MHz］の場合にも、klの値が大きいほど帯域
幅が広くなる結果が得られた。

このように、本発明の基本構造による電波吸収体の最
適構造は、用いるフェライト材の透磁率の周波数特性に
よって変化するが、多くの場合Ｓ＝kl flは4000［MHz］
から10000［MHz］であることから 2tmは約５［mm］ないし12［mm］ ｂ＝ｄは約12［mm］ないし30［mm］ であるといえる。

以上、第１図（ａ）または（ｂ）の構造についての説
明を行った。これは一つの偏波面の電波にのみ有効であ
るに過ぎないが、第10図のように第１図（ｂ）の形式で
縦方向にもフェライトを挿入すれば二つの偏波、すなわ
ちどの方向の偏波にも有効になる。縦方向のフェライト
を挿入することによって電磁気的な妨害が生じるかの懸
念が生じるかも知れないが、縦方向のフェライトは横方
向のフェライトに対して電気的に並列に挿入されること
になる。

したがって、縦方向のフェライトの効果が並列に挿入
されたときに丁度具合良く動作するように、横方向のフ
ェライトの高さｄを予めやや長めに調整しておけばよ
い。

〔実施例〕

第11図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、上述の基本構造の
考察に基づいて構成された本発明の一実施例の構造およ
び特性を示したもので、上記図示モデルとは物理現象と
しては全く同一であるが構造の異なる同軸導波管型のユ
ニットとして構成されている。

この場合、第11図にはユニット１個だけが示されてい
るが、電波吸収装置として構成するには、第10図に示し
た構造例のように縦、横各方向に規則的に配置した構成
を採る。

この第11図（ａ），（ｂ）は、ユニット１個の構造を
示した斜視図および平面図である。このユニットは、内
径が12［mm］、厚さが2.0［mm］、高さＬが５［mm］の
リング状をしたフェライト製吸収体11を３ないし５個連
結して高さ15mmないし25mmの円筒体を構成し、これを円
形同軸導波管13の直径20.7mmの短絡板12の前に内導体と
同心円状に軸方向に配列したものである。

そして、高さの変化に対する吸収率の周波数特性を測
定すると、第11図（ｃ）に示す通りである。この第11図
（ｃ）によれば、高さが20［mm］のときに許容反射率を
下回る帯域幅は非常に広がっており、解析結果の傾向と
良く似ていることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の基本構造を示す斜視
図、第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の基本構造を説明す
るためのモデルを示した図、第３図は第１図の基本構造
の吸収率特性を示す図、第４図は第１図および第２図の
構造につき高さを変えたときの吸収率特性を示す図、第
５図は第１図および第２図の構造につき厚さを変えたと
きの吸収率特性を示す図、第６図は第１図および第２図
の構造につき間隔を変えたときの吸収率特性を示す図、
第７図は第１図および第２図の構造に用いる吸収体と空
隙率との関係を示すための吸収率特性図、第８図は第１
図および第２図の構図に用いる吸収体と分散公式定数と
の関係を示すための吸収率特性図、第９図は分散公式定
数kl、fl［MHz］の積Ｓを8000［MHz］としたときの吸収
率特性図、第10図はフェライトを縦、横に挿入した構造
を示す図、第11図（ａ），（ｂ），（ｃ）は同軸管とし
て構成された本発明の一実施例を示す図、第12図は従来
標準的とされている電波吸収体の構造を示す図、第13図
は従来の電波吸収体の実際の構造を示す図である。 ｂ……間隔、ｄ……高さ、2tm……厚さ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象とする電波の周波数に合わせて選択さ
   れた、一端に短絡板を有する円形同軸導波管に対し、こ
   の導波管と同心となるように、内外径が前記円形同軸導
   波管の径より大きくかつ前記短絡板の径より小さくなる
   ように、径および厚みを選んだ高さ15ないし25mmのフェ
   ライト製リングを配してなるユニットを、適宜間隔で規
   則的に配置してなる広帯域電波吸収装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 前記円形同軸導波管は直径8.5mm、前記短絡板は直径20.
   7mmで、前記フェライト製リングは、内径12mm、厚み2m
   m、高さ15ないし25mmである広帯域電波吸収装置。