JP3556618B2

JP3556618B2 - 透過型電波吸収装置と電波反射防止方法

Info

Publication number: JP3556618B2
Application number: JP2001195225A
Authority: JP
Inventors: 隆中村
Original assignee: 株式会社シーテック; 株式会社サンキョウ; 隆中村
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-06-27
Also published as: JP2003008279A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波を透過及び吸収させることによって電波の反射を防止する反射型電波吸収装置及び電波反射防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電波送信装置から送信される電波は、直接波として受信装置で受信されるだけでなく、例えば、コンクリート壁等の反射体で反射した反射波としても受信装置で受信される。受信装置で直接波及び反射波が受信されると、受信障害等が発生する。
そのため、電波の反射を防止する電波吸収体が開発されている。従来、広帯域型の電波吸収体と狭帯域型の電波吸収体が知られている。
広帯域型の電波吸収体は、例えば、図４に示すように、カーボンの含有量が少ない発泡スチロールと、カーボンの含有量が中くらいの発泡スチロールと、カーボンの含有量が多い発泡スチロールと導体板により構成されている図４では、カーボンの含有量が少ない発泡スチロールは、凹凸状に形成されている。図４に示す電波吸収体は、厚さｄが対象電波の波長の１／２以上に設定されている。
また、狭帯域型の電波吸収体は、例えば図５（ａ）に示すように、ゴムフェライト等により形成された損失性の磁性体または誘電体層と導体板により構成されている。図５（ａ）に示す電波吸収体では、損失性誘電体層の厚さｄが対象電波の波長のほぼ１／４に設定されている。あるいは、図５（ｂ）に示すように、抵抗薄膜（抵抗値が約３７７Ω）と導体板により構成されている。図５（ｂ）に示す電波吸収体では、抵抗薄膜と導体板の間（空間）の距離ｄが対象電波の波長のほぼ１／４に設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電波吸収体は、入射波を反射及び透過させないことを基本としている。このため、反射波及び透過波が零となるように、すなわち、対象電波が電波吸収体内で全て吸収されるように誘電体層や抵抗薄膜等を形成する材料を選択する必要があり、誘電体層や抵抗薄膜等を形成する材料の選択の自由度が少ない。このため、対象電波の反射を確実に防止することができない場合もある。
本発明者らは、電波の反射を防止する方法を種々検討した結果、電波の透過を許容することにより、電波吸収体を構成する要素の材料や電波吸収体の形状等の選択の自由度が増加し、電波吸収体を容易に製作することができることを見出した。
そこで、本発明は、製作が容易な透過型電波吸収装置及び電波反射防止方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の透過型電波吸収装置は、電波入射側となる単段の誘電体層と、その誘電体層に電波透過側となる単段のインピーダンス層で構成される透過型電波吸収体を備えている。そのため、電波は先ず誘電体層に入り、電波を吸収するとともに、インピーダンス層を介して電波の透過を許容する構成であるので、誘電体層を形成する誘電体等の選択の自由度が増加し、製作が容易となる。
又、請求項２の透過型電波吸収装置は、インピーダンス層を導体で抵抗薄膜に形成する。
請求項３の透過型電波吸収装置は、インピーダンス層をスズ、亜鉛等の導体を薄膜状に形成したものを使用する。
請求項４の透過型電波吸収装置は、誘電体層をガラス、石こうボード、コンクリート等を層状に形成したものを使用する。
請求項５に記載の透過型電波吸収装置を用いれば、例えば、透過型電波吸収体の誘電体層の比誘電率に応じてインピーダンス層のインピーダンスを決定することにより電波の入射領域への反射を確実に防止することができる。
このため、誘電体層を形成する誘電体を自由に選択することができる。また、透過型電波吸収体の誘電体層の比誘電率とインピーダンス層のインピーダンスを選択することによってインピーダンス層を透過する透過電波の電力、すなわち透過電波を少なくすることができる。
請求項６に記載の電波反射防止方法を用いれば、透過型電波吸収体で電波を吸収及び透過させることができるため、例えば、透過型電波吸収体を構成する誘電体層を形成する誘電体等の選択の自由度が増加し、製作が容易となる。
請求項７に記載の電波反射防止方法を用いれば、少ない種類の透過型電波吸収体により所望の特性を得ることができるため、コストが安くなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
本発明の透過型電波吸収装置で用いる透過型電波吸収体の一実施の形態の概略図を図１に示す。本実施の形態の透過型電波吸収体１は、誘電体層１０とインピーダンス層２０により構成されている。誘電体層１０は、例えば、ガラス、石こうボード、コンクリート等の誘電体を層状に形成したものである。インピーダンス層２０は、例えば、スズ、亜鉛等の抵抗体を誘電体層１０に貼着あるいは塗布することによって薄膜状に形成したものである。
透過型電波吸収体１は、領域１（例えば、自由空間等）と領域３（例えば、自由空間や壁等）の間に設けられる。このとき、透過型電波吸収体１は、誘電体層１０が電波入射側、インピーダンス層２０が電波透過側となるように配置される。
【０００６】
ここで、図１に示すようにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で表される３次元座標を定義し、電波の入射方向及び透過型電波吸収体１の厚さ方向をｚ軸方向に、透過型電波吸収体１の電波入射面をｘ−ｙ平面に平行に配置する。この場合、入射波Ｅ_ｉは、領域１のｚ軸の−∞方向から誘電体層１０に入射する。
領域ｉ（ｉ＝１，２，３）の固有インピーダンスをＺ_ｉとすると、Ｚ_ｉは（１）式により表される。
【数２】

なお、ε_ｉは領域ｉの誘電率、μ_ｉは領域ｉの透磁率、ε_ｒｉは自由空間に対する領域ｉの比誘電率、μ_ｒｉは自由空間に対する領域ｉの比透磁率、Ｚ_０は自由空間の固有インピーダンス（約３７７Ω）である。また、固有インピーダンスは、自由空間を平面波が伝播する時の電界と磁界の比である。
領域１は自由空間であり（Ｚ_１＝Ｚ_０）、領域３は自由空間あるいはコンクリート等の壁である。簡単のために、領域２の誘電体層１０が磁性体でないとすると、［μ_ｒ１＝μ_ｒ２＝μ_ｒ３＝１］とおくことができる。
誘電体層１０の厚さをｄ、誘電体層１０の比誘電率をε_ｒ、電波入射側の領域１の固有インピーダンスをＺ_０、誘電体層１０（領域２）の固有インピーダンスをＺ_ｍ、インピーダンス層２０のインピーダンスをＺ_ｓ、領域３の固有インピーダンスをＺ_３とすると、図１は、図２に示す等価回路で表すことができる。
図２に示す等価回路おいて、端子１−１より左側は入射側の領域１を表し、端子１−１と端子２−２間は誘電体層１０を表し、端子２−２と端子３−３間はインピーダンス層２０を表し、端子３−３より右側は透過側の領域３を表している。
【０００７】
図２において、端子２−２から右側を見たインピーダンスＺ_ｓ３は、インピーダンス層２０のインピーダンスＺ_ｓと透過側の領域３の固有インピーダンスＺ_３により、（２）式のように表される。
【数３】

ここで、ε_ｒ２＝ε_ｒ、Ｚ_２＝Ｚ_ｍであるから、インピーダンス層２０のインピーダンスＺ_ｍは、（１）式より［Ｚ_ｍ＝（１／ε_ｒ）^１／２Ｚ_０］で表される。
そして、Ｑマッチングセクションの整合回路設計法を用いれば、（３）式を満足するように構成することにより、図２の端子１−１より左側への電波の反射を防止する（入射側の領域１への反射波Ｅ_ｒをなくす）ことができる。すなわち、（３）式を満足するように構成することにより、誘電体層１０に入射した電波のうち、誘電体層１０のインピーダンス層２０側の面で反射した電波は、誘電体層１０の表面で反射した電波と相殺される。また、誘電体層１０からインピーダンス層２０に透過した電波は、一部がインピーダンス層２０で吸収され、残りは領域３に透過することになる。
【数４】

ここで、λ_０は領域１への反射を防止したい電波（対象電波）の自由空間における波長を示し、λ_ｍは対象電波の誘電体層内における波長を示す。
【０００８】
（１）式、（２）式及び（３）式より、誘電体層１０に入射した電波が領域１側へ反射するのを防止するためには、インピーダンス層２０のインピーダンスＺ_ｓを（４）式で定まる値に設定すればよいことがわかる。
【数５】

【０００９】
（３）式及び（４）式から、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒ、対象電波の周波数ｆ_０が定まると（周波数ｆ_０から波長λ_０が定まる）、対象電波が領域１に反射するのを防止するための誘電体層１０の厚さｄとインピーダンス層２０のインピーダンスＺ_ｓが定まる。
ここで、（４）式から、Ｚ_ｓが正であるためには、［ε_ｒ≧Ｚ_０／Ｚ_３］でなければならない。特に、［ε_ｒ＝Ｚ_０／Ｚ_３］の場合には、［Ｚ_ｓ＝∞］となってインピーダンス層２０の無い電波吸収体となる。
【００１０】
ところで、図２の端子２−２から右側に透過する透過波（誘電体層１０を介してインピーダンス層２０及び領域３に透過する電波）は、端子２−２から右側を見たインピーダンスＺ_ｓ３によって吸収される。ここで、インピーダンスＺ_ｓ３はインピーダンスＺ_ｓとＺ_３の組み合わせであるから、領域３への透過波Ｅ_ｔの透過電力係数Ｔ_ｐは（５）式で表される。なお、インピーダンス層２０で吸収される電力の吸収電力係数Ａ_ｐは、［Ａ_ｐ＝１−Ｔ_ｐ］で表される。
【数６】

ここで、Ｐ_ｓ、Ｐ_３は、それぞれインピーダンスＺ_ｓ、Ｚ_３で消費される電力である。なお、簡略化するためにインピーダンスＺ_３を純抵抗とした。
【００１１】
領域１と領域３が同じ空間である場合には、［Ｚ_３＝Ｚ_０］である。この場合には、（４）式及び（５）式は（６）式及び（７）式のように簡略化される。
【数７】

【数８】

【００１２】
領域１及び領域３を同じ空間とした場合の、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒ、インピーダンス層２０のインピーダンス（この場合は純抵抗）Ｚ_ｓ、透過電力係数Ｔ_ｐ等の関係を図３に示す。
図３から、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒが大きいほど、誘電体層１０の厚さｄが小さくなっていることが分かる。すなわち、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒが大きいほど、誘電体層１０の厚さを薄くすることができる。
また、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒが大きいほど、インピーダンス層２０のインピーダンスＺ_ｓが小さくなっていることが分かる。
また、誘電体層１０の比誘電率ε_ｒが大きいほど、透過電力係数Ｔ_ｐが小さくなっていることが分かる。すなわち、誘電体層１０の比誘電率が大きいほど、領域３に透過する電波を少なくすることできる。
このように、本実施の形態の透過型電波吸収体を用いることにより、対象電波の入射側への反射を防止しながら、誘電体層の比誘電率、厚さ、透過電力係数等を任意に設定することができる。すなわち、誘電体層を形成する誘電体の選択、透過型電波吸収体の厚さの設定、透過電力係数の設定等の自由度が増加する。これにより、製作が容易となる。
【００１３】
なお、透過型電波吸収体により構成される透過型電波吸収装置の厚さや透過電力係数等を任意に設定可能とするために、種々の比誘電率ε_ｒの誘電体層を有する透過型電波吸収体を用意しておくことはコストが高くなる。コストを安くするためには、透過型電波吸収体の種類を少なくすることが好ましい。
少ない種類の透過型電波吸収体によって、透過型電波吸収装置の厚さや透過電力係数等を任意に設定可能とするには、例えば、透過型電波吸収体を多段化して透過型電波吸収装置を構成する方法が考えられる。
例えば、同じ種類の透過型電波吸収体を複数段重ねる。一般に、透過電力係数がＴ_ｐである透過型電波吸収体をｎ段に重ねた透過型電波吸収装置の透過電力係数Ｔ_ｐｎは、（８）式により表される。
【数９】

すなわち、透過電力係数Ｔ_ｐの透過型電波吸収体をｎ段に重ねた透過型電波吸収装置の透過電力係数Ｔ_ｐｎは、透過型電波吸収体の透過電力係数Ｔ_ｐのｄＢ表示でｎ倍となる。ただし、透過型電波吸収装置の厚さは、透過型電波吸収体の厚さのｎ倍となる。
例えば、比誘電率ε_ｒが［ε_ｒ＝１０］の透過型電波吸収体を２段に重ねて透過型電波吸収装置を構成すると、透過型電波吸収装置の透過電力係数Ｔ_ｐ２は［Ｔ_ｐ＝０．１×０．１＝０．０１（−２０ｄＢ）］となる。
あるいは、必要最小限の種類の透過型電波吸収体を用意しておき、複数種類の透過型電波吸収体を多段に重ねて透過型電波吸収装置を構成することもできる。透過型電波吸収装置を構成する透過型電波吸収体の種類や数等は、適宜変更可能である。
【００１４】
また、透過型電波吸収体を所定段数重ねて透過型電波吸収装置を構成する代わりに、誘電体層を所定段数重ねて所定周波数ｆ_０の電波の反射を防止することができる透過型電波吸収装置を構成することもできる。
例えば、ｎ段に重ねた同じ種類の誘電体層とインピーダンス層により透過型電波吸収装置を構成する。あるいは、ｎ段に重ねた複数種類の誘電体層とインピーダンス層により等価型電波吸収装置を構成する。インピーダンス層のインピーダンスは、電波が入射側に反射しないように設定される。なお、インピーダンス層は、電波透過側に１層だけ設けてもよいし、電波透過側と任意の誘電体層の間に設けてもよい。
この場合には、誘電体層を構成する誘電体の種類を必要最小限の数（１種類を含む）にすることができる。
透過型電波吸収装置を構成する誘電体層の種類や数、インピーダンス層の数等は、適宜変更可能である。
【００１５】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されることなく、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、インピーダンス層として抵抗薄膜を用いた場合について説明したが、インピーダンス層は抵抗薄膜に限定されない。
磁性を有しない誘電体層について説明したが、磁性を有する誘電体層を用いることもできる。
誘電体層の損失を考慮しなかったが、誘電体層として損失性誘電体層を用いることもできる。
また、誘電体層の厚さｄを、ｄ＝λ_０／［４（ε_ｒ）^１／２］に設定したが、誘電体層の厚さｄはこの値に限定されず種々変更可能である。この場合には、例えば、誘電体の誘電率やインピーダンス層のインピーダンス等を選択することによって入射側への電波の反射を防止する。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１、請求項２に記載の透過型電波吸収装置は、透過型電波吸収体の誘電体層を形成する誘電体の選択の自由度等が増加し製作が容易となる。
請求項３の透過型電波吸収装置は、インピーダンス層をスズ等の導体を薄膜状に形成したものを使用するため、容易に製作できる。
請求項４の透過型電波吸収装置は、誘電体層をガラス等を層状に形成したものを使用するので容易に製作できる。
また、請求項５に記載の透過型電波吸収装置を用いれば、入射側への電波の反射を防止しながら、厚さや透過電力係数等を任意に設定することができる。
請求項６に記載の電波反射防止方法を用いれば、透過型電波吸収体で電波を吸収及び透過させることができるため、例えば、透過型電波吸収体を構成する誘電体層を形成する誘電体等の選択の自由度が増加し、製作が容易となる。
請求項７に記載の電波反射防止方法を用いれば、少ない種類の透過型電波吸収体により所望の特性を得ることができるため、コストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型電波吸収装置で用いる透過型電波吸収体の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１の等価回路を示す図である。
【図３】本発明の透過型電波吸収装置で用いる透過型電波吸収体の特性を示す図である。
【図４】従来の電波吸収体を示す図である。
【図５】従来の電波吸収体を示す図である。
【符号の説明】
１透過型電波吸収体
１０誘電体層
２０インピーダンス層

Claims

電波入射側となる単段の誘電体層と、その誘電体層に電波透過側となる単段のインピーダンス層で構成される透過型電波吸収体を備えることを特徴とする透過型電波吸収装置。
請求項１に記載のインピーダンス層は、導体で抵抗薄膜に形成してあることを特徴とする透過型電波吸収装置。
請求項２に記載のインピーダンス層はスズ、亜鉛等の導体を薄膜状に形成してなることを特徴とする透過型電波吸収装置。
請求項１又は請求項２に記載の誘電体層はガラス、石こうボード、コンクリート等を層状に形成してなる透過型電波吸収装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の透過型電波吸収装置であって、透過型電波吸収体の誘電体層の厚さをｄ、誘電体層の比誘電率をεｒ、インピーダンス層のインピーダンスをＺ_S、対象電波の波長をλ₀、入射側の領域の固有インピーダンスをＺ₀、透過側の領域の固有インピーダンスをＺ₃としたとき

の条件を満足するよう構成されている透過型電波吸収装置。
誘電体層と導体で抵抗薄膜に形成のインピーダンス層を備える透過型電波吸収体を、誘電体層側が電波入射側となるように配設することによって電波の反射を防止する電波反射防止方法。
請求項６に記載の電波反射防止方法であって、複数の透過型電波吸収体を多段に配設する電波反射防止方法。