JP4144754B2

JP4144754B2 - 電波吸収体

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Publication number: JP4144754B2
Application number: JP2004161112A
Authority: JP
Inventors: 弘栗原; 寿文齋藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: EP1603192B1; US7471233B2; JP2005340730A; US20060066467A1; DE602005008668D1; EP1603192A1

Description

本発明は、電波暗室等に用いられる広帯域特性の電波吸収体に関する。

各種電子機器から放射される電磁波ノイズの測定や、外来電磁波ノイズに対する電子機器の耐性評価を行う試験場として電波暗室が広く実用化されている。また近年、放射ノイズ測定用のアンテナを校正する場（CALTS = Calibration Test Site）として電波暗室を用いる動きがある。

これらＥＭＣ用電波暗室の天井、壁には電波吸収体が設置され、床面（金属面）以外からの電波反射が極めて小さい空間を実現している。

ＥＭＣ用電波暗室の性能はサイトアッテネーションを測定することにより評価される。サイトアッテネーションとは測定場において定められた方法で測定した送受信アンテナ間の電波減衰特性であり、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ（あるいは１８ＧＨｚ）の周波数範囲で測定される。電波暗室におけるサイトアッテネーション測定値と理想的なサイトアッテネーション（理論値）を比較してその差が小さいほど高性能な電波暗室である。通常、理論値との差が±４ｄＢの範囲内であれば放射ノイズの測定場として適しているとされるが、理論値との差が小さいほど精度の高い放射ノイズ測定が行えるため、最近では±３ｄＢ程度を要求される場合が多く、なかには±１ｄＢ〜±２ｄＢという高性能要求もある。電波暗室における測定精度が上がると、電子機器メーカーが製品の放射ノイズを測定して規格値以下であることを確認する場合に、規格値に対するマージンを小さくすることが可能となり、その結果ノイズ対策コストを抑えることが出来るというメリットがある。

一方、アンテナ校正場として用いる場合にも高精度な測定が必要となるため、理論値との差が±１ｄＢ〜±１.５ｄＢ程度という高性能が要求される。

ＥＭＣ用電波暗室の天井、壁に設置する電波吸収体に要求される特性は３０ＭＨｚ〜１８ＧＨｚで概ね２０ｄＢ以上と言われるが、要求される電波暗室性能（サイトアッテネーションの理論値との差）に依存するだけでなく、電波暗室の寸法、測定距離、周波数等によっても異なる。特に１０ｍ法電波暗室（測定距離１０ｍ）の場合、３０〜１００ＭＨｚの低周波における吸収特性を１００ＭＨｚ以上の高周波における特性より良くする必要がある。これはサイトアッテネーションの測定条件に起因しており、水平偏波の場合に３０〜１００ＭＨｚの低周波における受信電界強度が、１００ＭＨｚ以上の高周波における受信電界強度より小さいため、天井、壁からの反射波の影響を受けやすく、理論値との差が大きくなり易いからである。

これらＥＭＣ用電波暗室の天井、壁に使用する電波吸収体としては、図９のように磁性損失材料からなる電波吸収材としてのフェライト焼結体１と、導電材料を含む電波吸収材としての誘電性損失材料（オーム損失材料という場合もある）２とを組み合わせた複合型電波吸収体が現在多く用いられている。

フェライト焼結体は磁性損失により電波を吸収するもので、厚さ数ｍｍという薄型でありながら３０〜４００ＭＨｚ程度の低周波で優れた特性を有する。一方、誘電性損失材料は発泡ポリスチロールや発泡ポリウレタン等の基材（低誘電率誘電体）にカーボンやグラファイト等の導電材料を含有させた材料からなり、導電材料のオーム損失により電波を吸収するもので、周波数が高いほど良好な特性を有する。

複合型電波吸収体は、低周波特性に優れるフェライト焼結体と、高周波特性に優れる誘電性損失材料を組合せることにより広帯域な特性を持たせたものであり、従来の誘電性損失材料のみの電波吸収体と比較して電波吸収体の長さを半分以下に短く出来るという特長を有する。

前記誘電性損失材料は通常、ピラミッド形やくさび形等の先細形状とされる。先細形状とする理由は自由空間から入射した電波に対し、インピーダンスを徐々に変化させることにより、反射を抑えながら、電波を効率よく取り込んで吸収するためである。

前記誘電性損失材料の長さは，通常０.５〜２ｍ程度のものがよく用いられるが、長いものほど高性能となるため、要求される電波暗室性能によっては３ｍ以上のものが用いられる場合もある。そこで、軽量化及び材料削減によるコストダウンのため、下記特許文献１に示されるような誘電性損失材料を中空化した電波吸収体が実用化されている。中空の誘電性損失材料の形状としては、図１０（Ａ）,（Ｂ）の中空ピラミッド形や、図１１（Ａ）,（Ｂ）の中空くさび形がある。図１０及び図１１中、１はフェライト焼結体、２はその前面に配置された中空の誘電性損失材料である。また、下記特許文献２や特許文献３のように２枚の板を突き合わせてくさび形に構成したものもある。

特開平４−４４３００号公報特許第３０３６２５２号公報特許第３０３５１１０号公報

ところで、中空くさび形や２枚の板を突き合わせてくさび形に構成したものでは到来電波の偏波面による特性差が生じるという問題がある。また２枚の板をくさび形に構成する場合、長さが長くなると板がたわむ等の強度上の問題がある。

一方、中空ピラミッド形の場合、偏波面特性差がなく強度的にも強いが、中空くさび形に比べ３０〜１００ＭＨｚの低周波特性が劣るため、吸収体長さを長くする必要があるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、軽量及び低コストで、短い長さで低周波から良好な電波吸収特性が得られ、偏波面特性差のない電波吸収体を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電波吸収体は、磁性損失材料からなる電波吸収材と、その前面に配置された導電材料を含む電波吸収材とを有し、
前記導電材料を含む電波吸収材は複数の板から構成され、内部が中空の角錐の先端に、前記中空の部分の開口を３０〜１００ＭＨｚの低周波特性改善のために設けた形状であり、前記導電材料を含む電波吸収材は、底端巾に対する前記先端巾の比が１／６〜５／６で
、前記先端巾が５００ｍｍ以下であり、先端部にギザギザ形状を有することを特徴としている。

さらに、前記導電材料を含む電波吸収材は、複数の電波吸収材分割体を長手方向に継ぎ足して構成されていてもよい。

前記導電材料を含む電波吸収材は、導電材料を内部に含む構成であってもよいし、あるいは、前記導電材料を含む電波吸収材が、導電材料を含有する導電層を表面に備える構成であってもよい。

さらに、前記磁性損失材料からなる電波吸収材と、前記導電材料を含む電波吸収材の間に底部吸収材を配置した構成としてもよい。

前記底部吸収材は、導電材料を含むものであるとよい。

前記底部吸収材は、先細形状部分を有し、該先細形状部分が前記導電材料を含む電波吸収材の中空部分に位置する構成でもよい。

前記底部吸収材は、前記導電材料を含む電波吸収材を支持する形状を有していてもよい。

前記磁性損失材料は、フェライト焼結体であるとよい。

本発明に係る電波吸収体によれば、磁性損失材料からなる電波吸収材の前面に、導電材料を含む電波吸収材を配置した構成で、前記導電材料を含む電波吸収材が中空の錐状体の先端に開口を設けた形状となっているため、短い長さであっても低周波（とくに３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲）における電波吸収特性が改善され、高性能な電波暗室を実現できる。また、前記導電材料を含む電波吸収材は中空構造であるため、軽量化及び低コスト化を図ることができる。さらに、錐状体の先端側を切除した外形であり、偏波面特性差の無い電波吸収特性が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、電波吸収体の実施の形態を図面に従って説明する。

図１乃至図３で本発明に係る電波吸収体の実施の形態１を説明する。図１（Ａ）,（Ｂ）に示すように、電波吸収体は、磁性損失材料としての板状フェライト焼結体１１を隙間無く敷き詰めて平板状の壁体を構成してなる平板状電波吸収材１０と、その前面に配置された導電材料を含む電波吸収材２０とを備え、前記導電材料を含む電波吸収材２０は中空の錐状体の先端に開口２１を設けた形状となっている。前記導電材料を含む電波吸収材２０は例えば平板状電波吸収材１０の前面に接着剤等で固着される。図示の場合、前記導電材料を含む電波吸収材２０は中空の正四角錐の先端部分を切除して開口２１を設けた形状であり、発泡ポリスチロールや発泡ポリウレタン等の基材にカーボンやグラファイト等の導電材料を含有させた誘電性損失材料で形成されている。

この場合、誘電性損失材料の板を組み合わせて接着等で一体化することで開口２１を持つ錐状体の電波吸収材２０を構成することもできる。

また、電波的に透明な表面材を錐状体の先端に取り付けることもでき、表面材を白色等の明るい色にすることにより電波暗室内をより明るくすることもできる。

ここで、図１に示した構成の電波吸収体について、前記導電材料を含む電波吸収材２０の底端巾を６００ｍｍに固定し、先端巾を０，１００，２００，３００，４００，５００，６００ｍｍと変化させた場合の特性変化を検討した。但し、電波吸収材２０を構成する誘電性損失材料の長さは１ｍ、板厚は４５ｍｍとした。先端巾＝０の場合が従来の中空ピラミッド形に相当する。

電波吸収体の特性は、導電材料を含む電波吸収材２０の長さや形状の他に、その電波吸収材２０を構成している誘電性損失材料の基材や導電材料の種類、含有量、フェライト焼結体の材質、厚さにも依存する。ここでの特性変化の検討例においては、誘電性損失材料は発泡ポリスチロールにグラファイトを含有させた材料とし、フェライト焼結体１１の材質は低周波特性に優れるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系とした。また、グラファイト含有量及びフェライト焼結体の厚さは、下記特性条件を満足するように最適化した。

先述のとおり、１０ｍ法電波暗室の場合には、３０〜１００ＭＨｚの低周波における電波吸収体の特性を１００ＭＨｚ以上の高周波における特性よりも良くする必要がある。そこで本検討例における電波吸収体の特性条件としては１００ＭＨｚ以上で２０ｄＢ以上を満たし、３０〜１００ＭＨｚにおける特性下限値が出来るだけ大きくなることとした。

誘電性損失材料の先端巾＝０，１００，２００，３００，４００，５００，６００ｍｍそれぞれの場合について、上記特性条件を満たすようにグラファイト含有量及びフェライト焼結体の厚さを最適化した結果得られた電波吸収特性を図２（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）,（Ｄ）,（Ｅ）,（Ｆ），（Ｇ）に示す（但し、フェライト焼結体の背面は電波暗室の導体板で裏打ちされている）。全て１００ＭＨｚ以上で２０ｄＢ以上の特性が得られているが、３０〜１００ＭＨｚの低周波における特性に差が生じていることが分かる。

また、先端巾寸法変化に対する低周波特性変化を図３に示す。先端巾寸法＝０（中空ピラミッド）よりも先端巾寸法が大きい方が３０〜１００ＭＨｚの低周波特性が良く、特に先端巾寸法が１５０〜４５０ｍｍ（先端巾／底端巾＝０.２５〜０.７５）の場合において特性下限値が２ｄＢ以上改善しており、好ましいことが判る。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 磁性損失材料としてのフェライト焼結体１１からなる平板状電波吸収材１０と、その前面に配置された導電材料を含む電波吸収材２０とを有し、前記導電材料を含む電波吸収材２０は中空の四角錐の先端に開口２１を設けた形状となっているため、短い長さであっても低周波における電波吸収特性が改善される。

(2) 前記導電材料を含む電波吸収材２０は中空構造であるため、軽量化及び低コスト化を図ることができる。

(3) 前記特許文献１、特許文献２に示した中空くさび形や２枚の板を突き合わせてくさび形に構成したものでは偏波面特性差が生じるという問題があるが、本実施の形態で電波吸収材２０は四角錐の先端側を切除した外形であり、偏波面特性差の無い電波吸収特性が得られる。

(4) 前記導電材料を含む電波吸収材２０が中空の四角錐の先端に開口２１を設けた形状であって、底端巾に対する先端巾の比を０.２５〜０.７５に設定することで、低周波、とくに３０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚでの電波吸収特性のいっそうの改善が可能である。

(5) 誘電性損失材料の板を複数枚組み合わせて接着等で一体化することで開口２１を持つ錐状体の電波吸収材２０を構成することができ、この場合には板の状態で輸送することができ、体積を減らし、輸送コストを低減できる。

図４（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態２であって、導電材料を含む電波吸収材２０は中空の正四角錐の先端に開口２１を設けたものであるが、さらに開口２１の周囲の先端部にギザギザ形状２２を有している。このギザギザ形状２２は小さな先細形状（略錐状又は山型形状）の連なり等で形成されている。

この場合、電波吸収材２０の先端部に設けたギザギザ形状２２は、電波暗室等の使用周波数範囲における高周波領域での反射を抑制する効果がある。その他の構成、作用効果は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

図５（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態３であって、導電材料を含む電波吸収材２０は、図５（Ｃ）のような４枚の誘電性損失材料の板２４を相互に組み合わせ接着等で一体化することにより、開口２１を有する中空の正四角錐形状に形成されている。

この場合には電波吸収材２０を組み立てる前の板２４の状態で輸送することができ、体積を減らし、輸送コストを低減できる。また、各板２４の先端部にギザギザ形状２２を予め形成しておくことで、電波吸収材２０の開口先端部にギザギザ形状２２を設けることができ、電波暗室等の使用周波数範囲における高周波領域での反射を抑制する効果がある。なお、フェライト焼結体からなる平板状電波吸収材の図示は省略した。その他の構成、作用効果は前述した実施の形態２と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

図６（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態４であって、磁性損失材料からなる平板状電波吸収材１０と、導電材料を含む電波吸収材２０の間に底部吸収材３０を配置（介在）した構成となっている。この底部吸収材３０は、導電材料を含む電波吸収材２０と同様に発泡ポリスチロールや発泡ポリウレタン等の基材にカーボンやグラファイト等の導電材料を含有させた誘電性損失材料であり、前記導電材料を含む電波吸収材２０の中空部分に位置するように先細形状部分３１を有している。先細形状部分３１は例えば小さな四角錐の集合である。

この場合、底部吸収材３０が、多数の板状フェライト焼結体１１からなる平板状電波吸収材１０の前面を覆うため、高周波におけるフェライト焼結体表面からの反射を抑制することができる。また、先細形状部分３１を底部吸収材３０に設けたことで、高周波での反射抑制効果をさらに高めることができる。その他の構成、作用効果は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

図７（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態５であって、磁性損失材料からなる平板状電波吸収材１０と、導電材料を含む電波吸収材２０の間に底部吸収材３０を配置（介在）した構成において、前記底部吸収材３０が前記導電材料を含む電波吸収材２０を支持する形状（例えば嵌合構造）を有している。すなわち、前記導電材料を含む電波吸収材２０の基部に嵌合凸部２３が形成されており、前記底部吸収材３０には前記嵌合凸部２３が差し込まれて嵌合する嵌合凹部３２が電波吸収材２０を支持する形状として形成されている。

この場合、電波吸収体を取り付けるべき電波暗室の導体板壁面に、板状フェライト焼結体１１からなる平板状電波吸収材１０及びこれを覆う底部吸収材３０を先に装着しておき、後から前記導電材料を含む電波吸収材２０基部の嵌合凸部２３を底部吸収材３０側の嵌合凹部３２に差し込んで組み立てることが可能になり、電波吸収材２０の壁面への取付が容易となる利点がある。その他の構成、作用効果は前述した実施の形態４と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

図８（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）,（Ｄ）で本発明の実施の形態６を説明する。この実施の形態６は錐状体である導電材料を含む電波吸収材２０の長さが大きい場合、複数の電波吸収材分割体を長手方向に継ぎ足して構成している例である。すなわち、導電材料を含む電波吸収材２０は、底部吸収材３０上に保持される第１段（下部）の電波吸収材分割体４０と、この先端側に継ぎ足される第２段（上部）の電波吸収材分割体５０と、両者の連結部分を補強する電波的に透明な材質の枠状中間補強材６０とを有している。電波的に透明な材質の例としては、導電材料を含まない発泡ポリスチロール等の低誘電率誘電体が挙げられる。

第１段の電波吸収材分割体４０は、凹凸嵌合部４１ａ，４１ｂを有する誘電性損失材料の板４１と、凹凸嵌合部４２ａ，４２ｂを有する誘電性損失材料の板４２をそれぞれ２枚用いて（合計４枚用いて）先細四角筒状に嵌合形成されている。

同様に、第２段の電波吸収材分割体５０は、凹凸嵌合部５１ａ，５１ｂを有する誘電性損失材料の板５１と、凹凸嵌合部５２ａ，５２ｂを有する誘電性損失材料の板５２をそれぞれ２枚用いて（合計４枚用いて）先細四角筒状に嵌合形成されている。

そして、第１段の電波吸収材分割体４０の先端側に、第２段の電波吸収材分割体５０を互いの凹凸嵌合部４１ｂ，４２ｂ，５１ｂ，５２ｂを嵌合させて連結するとともに、補強のために電波吸収材分割体４０，５０の連結部分を取り囲むように枠状中間補強材６０を装着することで、長尺で中空の四角錐の先端に開口を持つ導電材料を含む電波吸収材２０が得られる。なお、組立に際しては接着剤等を併用してもよい。

さらに、図８（Ｄ）のように必要に応じて電波吸収材２０の先端開口を塞ぐように電波的に透明な表面材７０を接着剤等で固着する。

この実施の形態６の場合、長尺の電波吸収材２０の場合であっても、短尺の板の状態で輸送することができ、輸送コストを低減でき、短尺の板４１，４２，５１，５２の組み合わせであるため組立作業も容易となる。また、電波的に透明な表面材７０を白色等の明るい色にすることにより電波暗室内をより明るくすることができる。さらに、図示は省略したが、底部吸収材３０に対して前述した実施の形態５と同様に嵌合構造等で第１段の電波吸収材分割体４０が底部吸収材３０で保持される構成とすることができる。

その他の構成、作用効果は前述した実施の形態３と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

なお、上記各実施の形態において、導電材料を含む電波吸収材２０は、導電材料を発泡ポリスチロールや発泡ポリウレタン等の基材内部に含む構成のみならず、導電材料を含有する導電層を基材表面に備える構成であってもよい。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明に係る電波吸収体の実施の形態１であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。実施の形態１において、導電材料を含む電波吸収材の底端巾に対する先端巾の比を変化させた場合の反射減衰量の周波数特性であって、（Ａ）は先端巾＝０、（Ｂ）は先端巾＝１００ｍｍ、（Ｃ）は先端巾＝２００ｍｍ、（Ｄ）は先端巾＝３００ｍｍ、（Ｅ）は先端巾＝４００ｍｍ、（Ｆ）は先端巾＝５００ｍｍ、（Ｇ）は先端巾＝６００ｍｍの場合の電波吸収特性図である。実施の形態１において、先端巾変化に対する反射減衰量の変化を示す電波吸収特性図である。本発明に係る電波吸収体の実施の形態２であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。本発明に係る電波吸収体の実施の形態３であって、（Ａ）は導電材料を含む電波吸収材の正面図、（Ｂ）は同底面図、（Ｃ）は前記電波吸収材を構成する板の側面図である。本発明に係る電波吸収体の実施の形態４であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図である。本発明に係る電波吸収体の実施の形態５であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側断面図である。本発明に係る電波吸収体の実施の形態６であって、（Ａ）は分解図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は表面材装着状態の正面図である。複合型電波吸収体の一般的構成を示す側面図である。中空ピラミッド形の複合型電波吸収体であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。中空くさび形の複合型電波吸収体であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

符号の説明

１，１１フェライト焼結体
２誘電損失材料
１０，２０電波吸収材
２１開口
２２ギザギザ形状
２３嵌合凸部
３０底部吸収材
３１先細形状部分
３２嵌合凹部
４０，５０電波吸収材分割体
６０中間補強材
７０表面材

Claims

磁性損失材料からなる電波吸収材と、その前面に配置された導電材料を含む電波吸収材とを有し、
前記導電材料を含む電波吸収材は複数の板から構成され、内部が中空の角錐の先端に、前記中空の部分の開口を３０〜１００ＭＨｚの低周波特性改善のために設けた形状であり、前記導電材料を含む電波吸収材は、底端巾に対する前記先端巾の比が１／６〜５／６で、前記先端巾が５００ｍｍ以下であり、先端部にギザギザ形状を有することを特徴とする電波吸収体。
前記導電材料を含む電波吸収材は、長さが０．５ｍ〜３ｍである請求項１記載の電波吸収体。
前記導電材料を含む電波吸収材は、複数の電波吸収材分割体を長手方向に継ぎ足して構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の電波吸収体。
前記導電材料を含む電波吸収材は、導電材料を内部に含む構成であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の電波吸収体。
前記導電材料を含む電波吸収材は、導電材料を含有する導電層を表面に備える構成であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の電波吸収体。
前記磁性損失材料からなる電波吸収材と、前記導電材料を含む電波吸収材の間に底部吸収材を配置したことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の電波吸収体。
前記底部吸収材は、導電材料を含むことを特徴とする請求項６記載の電波吸収体。
前記底部吸収材は、先細形状部分を有し、該先細形状部分が前記導電材料を含む電波吸収材の中空部分に位置することを特徴とする請求項６又は７記載の電波吸収体。
前記底部吸収材は、前記導電材料を含む電波吸収材を支持する形状を有することを特徴とする請求項６，７又は８記載の電波吸収体。
前記磁性損失材料は、フェライト焼結体であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９記載の電波吸収体。