JP2713483B2 - Tv周波数帯域用電波吸収体 - Google Patents

Tv周波数帯域用電波吸収体

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、セメントと磁性粉粒物もしくは、セメント
と磁性粉粒物とカーボンファイバーを主原料とした、TV
周波数帯域用電波吸収体に関するものである。
(従来の技術) TV電波は、100MHz近傍、波長約3mを使用周波数にも
つ、1ch〜3ch。200MHz近傍、波長約1.5mを使用周波数に
もつ、4ch〜12ch。600MHz近傍、波長として約0.5mを使
用周波数にもつ、13ch〜62chまで、実に最大8倍強の異
なる周波数(波長)の電波が使用されている。
したがって、固有の厚みを有する電波吸収体で、広帯
域かつ波長が2mを越えるTV電波を吸収し、偽造(ゴース
ト)を防止する手段は、使用周波数の高いつまり波長の
短い、例えばレーダ帯域(9.4GHz,波長約0.3m)の偽像
対策に比べ、解決策としての電波吸収体の種類は少な
い。
現在知られている解決手段は、主に2つ存在し、焼結
フェライトタイル材を用いる方法と、カーボン粉と発泡
スチロール複合体からなるピラミッド型ブロック材を用
いる方法とがある。しかしながら、焼結フェライトタイ
ル材は、1000℃以上の高温で焼成する工程が不可避であ
るため、焼きむらや焼成中のタイルのそり等の変形が生
ずる。
この焼成条件の不均一さを軽減する目的上、タイルの
形状には大きさに制約があり、その寸法は10cm×10cm程
度となる。この値は、100MHzの波長の約1/30であり、良
好な吸収特性を獲得するためには、施工に技術的また、
特に経済的問題点が多く、広く一般建築物に普及してい
ない。
またピラミッド型ブロック材の場合、現在知られてい
るTV電波吸収体の厚みは1〜2mであり、ビルの外壁に採
用するには、空間的な問題が多く、電波暗室等に使用す
る場合にも、部屋の空間を大きく占有するといった問題
点がある。
また、コンクリートにカーボンファイバー、カーボン
ビーズおよびスチールファイバーを混合した成形体(清
水康敬:EMC 1988.6.6〈No.2〉86頁)が知れれている。
しかしながら、上記成形体厚みの報告値は、23.79cmと
厚く、また吸収周波数帯域の報告値も、100〜200MHz付
近であることから、全てのTV用周波数帯域に使用できな
いといった問題がある。
さらに、セメント:フェライト:砂の体積比を1:4:3
(このうちフェライト重量は全体の66%)とする電波吸
収建材について、透過減衰量の値(単位:dB/cm)が報告
されている(特願昭47−113980公報)、しかしながら、
上記公報の中には反射減衰量の値(単位:dB)について
の記載がなく、成形体表面で直接反射する電波の量が、
全く不明である。
さらに従来のフェライトは、本発明に述べる使用目的
に採用した場合、吸収(損失)が最も効果的となる周波
数とTV周波数とが一致せず、必ずしも電波吸収に適した
フェライトが開発されているとは限らない。
(発明が解決しようとする課題) それゆえ、本発明は、TV周波数帯域の電波吸収に適し
たフェライト粉粒物を用いた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) 本発明は、原子組成比で、14≦ZnO%≦35、30≦Fe2O3
%≦50、17≦MnO%≦55、0.60≦Fe2O3%/(Fe2O3%+Z
nO%)≦0.75および不可避不純物からなる磁性粉粒物を
75〜90重量%、セメントを10〜25重量%、必要に応じカ
ーボンファイバーを1重量%以下混合してなることを特
徴とするTV周波数帯域用電波吸収体。
(作用) 以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第1図には、通常フェライト組成ならびに、本発明TV
周波数帯域用電波吸収フェライトの組成を示す。
通常軟質磁性材料に用いられているMn−Znフェライト
の組成は、 9.0≦ZnO%≦13.0 52.5≦Fe2O3%≦54.5 0.80≦Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)≦0.86 の範囲(平賀貞太郎,奥谷克伸,尾島輝彦:フェライ
ト,丸善(1986)113頁)にある。従来材に要求される
特性は、飽和磁束密度が高く、ヒステリシス損出ならび
に渦電流損出が小さく、パワーロスの温度係数が負であ
ることが必要となる。
これに対し電流吸収体の場合は、損失(吸収)と損失
の生ずる周波数帯域が問題となり、具体的には磁性体の
共鳴周波数が重要となる。
共鳴周波数frは、飽和磁化をMs、透磁率(直流時)を
μとすると、 fr×μ=(ν/3π)×Ms ……(1) νはジャイロ磁気定数(=1.105×10g(m/A・s)、
gは通常2)であり、(近角總信:強磁性体の物理,裳
華房(1984)325頁)frは、透磁率μならびに飽和磁化M
sによりきまる。すなわち、μならびにMsの値を変化さ
せることにより共鳴周波数を調整し、特定周波数に対し
有効な電波吸収体が作成可能となる。
第2図は、本発明電波吸収体の構造を示す。施工が容
易という理由により、磁性粉粒物(約75〜90%)は、セ
メント(約10〜25%)、カーボンファイバー(約0〜1
%)と混ぜて使用する(いずれも乾燥重量比率)。
ところが、セメントなど非磁性物質内に、従来材(Mn
−Znフェライト:Msは約0.55T、μは約2000)の粉粒物を
混入すると、第7図(a)に示すように、透磁率は約1/
100に、共鳴周波数は約200倍に増大する。つまり、トラ
ンスやコア、コイル等に使用されている通常組成のMn−
Znフェライトを、セメント等の非磁性物質と混ぜて使用
した場合に、磁性粉粒物配合量を最大限増やしても、共
鳴周波数がTV電波の最適吸収周波数とは容易に調整でき
ない欠点がある。
本発明TV周波数帯域用電波吸収磁性粉粒物において
は、原子組成比で、ZnOが14%以上もしくは35%以下、F
e2O3が30%以上もしくは50%以下、MnOが17%以上もし
くは55%以下、Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)が0.60%
以上もしくは0.75%以下、および不可避不純物とするこ
とにより、第3図に示すように飽和磁化Msを約10%〜80
%下げ、第1式に示すように共鳴周波数をTV周波数直下
の最適値に制御する(低下させる)ことを可能とした。
ZnOが14%未満の組成、Fe2O3が30%未満の組成、MnO
が17%未満もしくは55%を越える組成では、磁気的特性
(室温時)が不十分であり、またFe2O3が50%を越える
組成もしくは、Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)が0.75%
を越える組成では飽和磁化Msが従来材と同程度(Ms=0.
55T)以上となるため好ましくなく(共鳴周波数が下げ
られない)、ZnOが35%を越える組成もしくは、Fe2O3
/(Fe2O3%+ZnO%)が0.60未満の組成では、酸化物磁
性体のキュリー温度が室温もしくは室温以下となり、電
波吸収体側壁に直接日光が当たる夏場の状況で使用が不
可能となる。
磁性粉粒物の大きさや粒径分布については、例えばFu
llerおよびThompsonによるフルイ分布曲線や、Grafが提
唱した細骨材のドイツ規格(DIN1045)の大きさ程度で
も良いし、また上記提唱者の値以下でも良い。
最後に、本発明磁性粉粒物の特徴として、大型電波吸
収体が容易に作成可能となるため、パネルとパネルの隙
間による電波吸収性能の低下が軽減できる。例えば、10
階建てのビルの4階以上の面積(1000m2と想定)が電波
障害となる場合、10cm角タイルを33%の空隙率で取り付
けると、約6万7000枚分の作業が必要となる。しかも、
パネルとパネルの隙間が1mmづつ存在すると電波(100MH
z)の反射率は約33倍増加し、吸収特性は激減する(日
本放送協会編;電波吸収体による電波障害対策ガイドブ
ック昭和56年7月6頁)。
ところが、本発明に述べる電波吸収体を、例えば3m×
1mの大きさに成形することにより、取り付け総数は約33
0枚分・工数は約1/200に簡素化でき、また隙間の問題も
解消可能となる。
(実 施 例) 以下本発明を実施例に従って説明する。
実施例 1 本発明材ならびに従来材の飽和磁化(20℃)を測定し
た。印加磁場は10K Oeであり、各試料の大きさは0.4g一
定とした。第3図において、従来材の飽和磁化Msの値は
0.55〜0.57Tと本発明材に比べ最大で5倍強、最小でも1
0%以上大きい。その理由は、TV電波の磁場の値は微弱
であり、本来トランスやコアに使用される磁性部材の要
求特性(小形・高出力)と異なることによる。
この飽和磁化の値は、Fe2O3、ならびにZnO組成に大き
く依存し、Fe2O3が30%未満ならびにFe2O3%/(Fe2O3
%+ZnO%)が60%未満の範囲では、飽和磁化の値が0.0
5〜0.1T以下となり、またFe2O3が50%を越える範囲なら
びにFe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)が75%を越える範囲
では、飽和磁化の値が従来材と同程度の0.55T以上とな
る。
第4図ならびに第5図には、Mn−Znフェライトのキュ
リー温度Tcならびに、室温(20℃)における透磁率μの
値を示す。トランスやコア等に使用されるMn−Znフェラ
イトの、実装時の使用温度が約80℃程度であることよ
り、従来材のキュリー温度は実装温度よりさらに約200
℃高い、Tc=250〜300℃であることが注目される。
ところが、本発明に示すMn−ZnフェライトのTcは、約
150℃近傍と従来材に比べてかなり低い。
これら組成比の異なる材料の透磁率μを第5図に示す
が、一般に、キュリー温度直下におけるμの増加現象は
ホプキンソン効果(平賀貞太郎,奥谷克伸,尾島輝彦:
フェライト,丸善(1986)81頁)と呼ばれ、使用温度が
恒に室温近傍のみに限定される本発明電波吸収材の場合
には、磁気特性を改善する有効な手段となる。
第4図ならびに第5図において、ZnOが14%未満の組
成もしくは、Fe2O3が30%未満の組成では、透磁率(室
温時)が不十分であり、ZnOが35%を越える組成もしく
は、Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)が0.60未満の組成で
は、酸化物磁性体のキュリー温度が室温もしくは室温以
上となり、電波吸収体側壁に直接日光が当たる夏場の状
況で使用が不可能となる。
実施例 2 厚さ5mmの成形物を内径16.9mm、外径38.8mmに超音波
加工機で切断後、39D同軸管に円筒状切断試料を装入
し、ネットワークアナライザーにて、100MHzから600MHz
における、実数(μ′)ならびに虚数(μ″)透磁率を
測定した。
測定に用いた成形体の、乾燥重量比における配合比
は、Mn−Znフェライト粉粒物90%(a:従来材MnO35.5ZnO
11Fe2O3 53.5,b:本発明材MnO25ZnO25Fe2O3 50)、カーボ
ンファイバー0.05%、残部白色ポルトランドセメントと
した。
電波吸収機構の詳細については、内藤善之著:電波吸
収体,オーム社(1987)86頁に記載されているので、近
似式のみにとどめ誘電率の効果は省略する。第2図に示
すように、磁性損失型電波吸収体において、反射減衰量
dBは dB=20・log|1−{4π(μ″+jμ′)d/λ}| ……(2) d:電波吸収体の厚み、λ:電波の波長 で近似できる。第(2)式より、電波を完全に吸収する
(無反射)条件は、複素透磁率の実数成分がなるべく小
さく、また虚数成分が、次に述べる第(4)式を満足す
ることが理想と考えられる。
μ′/μ″≪1 ……(3) μ″=λ/4πd ……(4) すなわち、電波吸収体の厚みを薄くしたい場合には
μ″が大きく、吸収特性を良好にしたい場合にはμ′/
μ″の値を小さく、広帯域としたい場合には、吸収波長
全域で上記第(3)式ならびに第(4)式の条件を満足
すると良い。これらの条件は、第6図においては、▼印
で示す複素透磁率と虚数成分ピーク値近傍の周波数(共
鳴周波数)と、▼印近傍より高い周波数帯域が望まし
く、このうち最も望ましい条件は、▼印近傍より高い周
波数帯域である。
第7図において、▼印で示す周波数が、各成形体の共
鳴周波数を示し、(a)については、160MHz、(b)に
ついては、80MHzであった。両者の例えば、100MHzにお
ける透磁率の虚数成分μ″ならびに、μ′/μ″(実数
成分/虚数成分)の値を比較すると(a)はμ″=11.
5、μ′/μ″=1.47また、(b)はμ″=16.2、μ′
/μ″=0.23と同一磁性粉粒物量でも組成の違いにより
磁性特性は大きく異なる。特に、μ′/μ″に着目する
と、試料(b)はTV周波数域で、μ′/μ″の値は約0.
15〜0.3とほぼ一定値となるのに対し、試料(a)の
μ′/μ″値(0.15〜1.47)は周波数によって大きく異
なる。TV電波は90MHzより770MHzまでの広い周波数領域
を含むことより、TV周波数域にたいして、μ′/μ″の
変動の少ない(b)に示す成形条件が電波吸収体とし
て、より好ましい。
実施例 3 第8図には、TV周波数帯域における本発明材(●印)
ならびに従来材(○印)の電波吸収特性値を示す。図に
おいて、電波吸収物の配合条件は、実施例2と同一条件
とした。●印が本発明例、○印が比較例とし、(a)が
試料厚20mmの場合、(b)が試料厚25mmの場合を示す。
図において、本発明材ならびに従来材ともVHF帯で、1
0d・9dB・約92%以上の電波を吸収する。これらの値
は、現在使用されているフェライト焼結タイル材(反射
減衰量は約20dB)の約93%以上に相当する電波吸収性能
と言える。また600MHz(UHF帯の中心周波数)において
も、反射減衰量の値は8.2dB以上と、現在使用されてい
るフェライト焼結タイル材の約85.7%以上の吸収性能が
得られている。
しかしながら、本発明材(●印)は、比較材(○印)
と比べ、VHF帯で5.2dB〜10.0dB、UHF帯で4.2dB〜5.2dB
特性に改善が認められた。第9図には、乾燥重量比で、
フェライト粉粒物90%、カーボンファイバー0.05%、残
部白色ポルトランドセメントから成る電波吸収体(厚み
20mm)における平均反射減衰量値(100MHz,200MHz,600M
Hzの平均)の値を示す。電波吸収特性は、厚みや配合量
によって変化するが、従来材に比べ平均で約50%飽和磁
化の値が少ない本発明組成において、電波を約94%〜97
%吸収する電波吸収体が得られる。
(発明の効果) 本発明のTV周波数帯域用電波吸収磁性粉粒物をパネル
材に成形することより、形状の自由が与えられ、施工工
程が簡素化できる。また、パネル材として量産すること
が可能となるため、従来の電波吸収タイル材(約10cm
角)と比較し、本発明の経済的便益性は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明TV周波数帯域電波吸収磁性粉粒物の三
元状態図であり、第2図は本発明によりTV周波数帯域電
波吸収磁性粉粒物の使用例を示す説明図、第3図は、本
発明材ならびに従来材の飽和磁束密度を示す図、第4図
は、本発明材ならびに従来材のキャリー温度を示す図、
第5図は、本発明材ならびに従来材の透磁率の値を示す
図、第6図は、電波吸収体として理想的な複素透磁率−
周波数曲線を示す図、第7図(a)ならびに(b)は、
100MHzから600MHzにおける本発明材ならびに比較材の複
素透磁率を示す図、第8図は、厚さ20mmならびに25mmに
成形した本発明電波吸収体ならびに比較材の、TV周波数
帯域における反射減衰量を示す図であり、第9図は厚み
20mm電波吸収体の反射減衰量におよぼす、MnO−ZnO−Fe
2O3原子組成比依存性を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 田中 秀男 東京都新宿区西新宿1―25―1 大成建 設株式会社内 (72)発明者 杉本 賢司 東京都新宿区西新宿1―25―1 大成建 設株式会社内 (72)発明者 山田 哲夫 東京都新宿区西新宿1―25―1 大成建 設株式会社内 (72)発明者 森田 哲三 東京都新宿区西新宿1―25―1 大成建 設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−73800(JP,A) 特開 昭63−116406(JP,A) 特開 昭64−44097(JP,A) 特開 昭52−67945(JP,A) 特開 昭61−205627(JP,A) 特開 昭48−63298(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子組成比で、 14≦ZnO%≦35、 30≦Fe2O3%≦50、 17≦MnO%≦55、 0.60≦Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)≦0.75 および不可避不純物からなる磁性粉粒物を75〜90重量
    %、セメントを10〜25重量%混合してなることを特徴と
    するTV周波数帯域用電波吸収体。
  2. 【請求項2】原子組成比で、 14≦ZnO%≦35、 30≦Fe2O3%≦50、 17≦MnO%≦55、 0.60≦Fe2O3%/(Fe2O3%+ZnO%)≦0.75 および不可避不純物からなる磁性粉粒物を75〜90重量
    %、セメントを10〜25重量%、およびカーボンファイバ
    ーを1重量%以上混合してなることを特徴とするTV周波
    数帯域用電波吸収体。
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