JP4177143B2 - 電波吸収体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波の反射を抑制するために用いられる電波吸収体に関するものであり、さらに詳しくは、吸収すべき電磁波の波長の１／１０以下の厚みである薄型電波吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network）、高度道路交通システム（Intelligent Transport System）における狭域通信（Dedicated
Short Range Communications）技術を用いた自動料金収受システム（Electronic Toll Collection System）等、高周波の電磁波を用いたシステムが実用化されている。これらの電磁波を用いた応用システムにおいては、その通信品質を確保するために壁等からの電磁波の反射を抑制する必要があり、そのために電波吸収体が必要となる。このような電波吸収体は天井や壁等の構造物に取り付けられることから、軽くて薄いものが求められている。
【０００３】
従来から、抵抗皮膜を使ったλ／４型電波吸収体が知られている。このλ／４型電波吸収体は厚みがλ／（４・√εｒ） （λ：電磁波の真空での波長、εｒ：誘電体の比誘電率）である誘電率εｒの誘電体層の片面に低抵抗の反射層を有し、誘電体のもう一方の面に空気中の電波インピーダンス（３７７Ω）である抵抗皮膜層を有する電波吸収体である。しかしながら、このλ／４型電波吸収体は誘電体層としてλ／（４・√εｒ）の厚みが必要であり、薄型化に限界がある。
【０００４】
前記λ／４型電波吸収体の抵抗皮膜層と反射層の間に、分割された導電性フィルム（DCF；Divided Conductive Film）を挿入することで、誘電体層の厚みをλ／（４・√εｒ）よりも薄くできる電波吸収パネルが提案されている（たとえば特許文献１〜４および非特許文献１）。このＤＣＦを用いた電波吸収体は、整合用導電膜、反射層、ＤＣＦ層の３層が必要であり、整合用導電膜とＤＣＦ層間の空気層または樹脂層およびＤＣＦ層と反射層間の空気層または樹脂層の厚みを両方とも均一になるように制御しなければならないため、これらの厚みが均一でない場合に期待された性能が得られ難いという問題がある。
【０００５】
そこで、前記ＤＣＦを用いた電波吸収パネルの構造が複雑であるという問題を解決するために、ＤＣＦ層を形成したガラスと反射層を形成したガラスをポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を介して貼り合わせた電波吸収ガラスが提案されている（非特許文献２）。前記文献中には、このＤＣＦを用いた電波吸収ガラスは、分割する導電性フィルムの抵抗値をコントロールする必要がなく、ＤＣＦの幾何学的大きさのコントロールにより薄型の電波吸収体を得ることができるという利点がある、と記載されている。しかしながら、電波入射側にガラスを配置する必要があり、薄型化に限界があるとともに窓以外の場所で使い難いという問題がある。
【０００６】
このように従来の技術では、λ／４型電波吸収体の厚みを、小さい値にするには、限界があった。また、ＤＣＦを用いた電波吸収パネルでは、電波吸収特性の再現性が悪いという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
アメリカ特許ＵＳＰ６，１９５，０３４Ｂ１
【特許文献２】
特開２００２−７６６７６
【特許文献３】
特開２００２−７６６７７
【特許文献４】
特開２００２−１５１８８５
【非特許文献１】
T. Tsuno, Technical Report of IEICE, EMCJ99-128(2000-01), p.113
【非特許文献２】
K. Harakawa, et al. , Proceedings of APMC2002(November 19-22, 2002), FR3B-5
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であり、かつ窓以外へも適用可能であり、さらに電波吸収特性に優れた薄型の電波吸収体を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、誘電体層と、
前記誘電体層の片側の表面に配置された導電性皮膜層と、
前記導電性層と反対側の前記誘電体層の表面に配置されたインピーダンス層とを含み、
導電性層の表面抵抗率が５０Ω以下であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスＺを次式で表したとき、
Ｚ＝Ｒ＋ｊ・Ｘ
ここで、Ｒは実部であり、Ｘは虚部であり、ｊは虚数単位であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスの実部Ｒが０．０１Ω〜１００Ωの範囲であり、かつ、インピーダンス層の表面インピーダンスの虚部Ｘが−２００Ω〜−３Ωの範囲であり、かつ、実部Ｒと虚部Ｘとが
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１
の関係を満足することを特徴とする電波吸収体である。
【００１０】
また本発明は、インピーダンス層が、抵抗皮膜層を分離して並べられたものであることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、誘電体層、導電性層およびインピーダンス層が、可視光を透過することを特徴とする。
【００１２】
導電性皮膜層の表面抵抗率は、できるだけ小さい値であることが好ましく、０Ω程度であってもよい。インピーダンス層の表面インピーダンスの実部Ｒの値も、小さいほうが望ましく、たとえば前述のように０．０１Ω以上であってもよく、この実部Ｒが１００Ωを超えると、電波吸収体の厚みが厚くなるので好ましくない。虚部Ｘの絶対値が２００Ωを超えると、周波数および反射損失の制御が困難になる。虚部Ｘの絶対値が３Ω未満では、本件電波吸収体の実現が困難となる。Ｘ／Ｒの絶対値が１００を超えるとき、周波数および反射損失の制御が困難になる。Ｘ／Ｒの絶対値が１未満では、電波吸収体の実現が困難である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における電波吸収体１の代表的構成を示した断面図である。誘電体層１ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層１ａ、もう一方の側にインピーダンス層１ｃを有している。
【００１４】
図２は、図１に示される電波吸収体１の左方から見たインピーダンス層１ｃの一部を示す図である。インピーダンス層１ｃの抵抗皮膜１ｃ１は、斜線を施して示す。
【００１５】
図３は、図１に示される電波吸収体１の吸収特性を説明するための図である。本発明は、表面抵抗Ｒと表面リアクタンスＸとが制御されたインピーダンス層１ｃを用いることによって、誘電体層１ｂがλ／（４・√εｒ）よりも薄い場合でも、効率良くインピーダンス層１ｃで電波を吸収することができるという原理に基づくものである。平面波である電磁波に対する電波吸収体１の吸収特性は伝送線理論を応用することによって計算することができ、さらにその計算結果は実験と良く一致することが示されている（「電波吸収体入門」（森北出版））。すなわち、伝送線理論では、単位長さあたりの抵抗がＲ［Ω／ｍ］、単位長さあたりのインダクタンスがＬ［Ｈ／ｍ］、単位長さあたりの容量がＣ［Ｆ／ｍ］、単位長さあたりのコンダクタンスがＧ［Ｓ／ｍ］の分布定数線路の微小区間ｄｚにおける電流Ｉおよび電圧Ｖとして以下の式が導かれる。ωは、伝送される電磁波の角周波数である。
ｄ２Ｖ／ｄｚ２＝（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）Ｖ …（１）
ｄ２Ｉ／ｄｚ２＝（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）Ｉ …（２）
【００１６】
この微分方程式１，２を解くことにより、電流および電圧の基礎式として以下の式３，４が導出される。
Ｖ＝Ｖ＋ｅｘｐ（−γｚ）＋Ｖ−ｅｘｐ（γｚ） …（３）
Ｉ＝（Ｖ＋／Ｚｃ）ｅｘｐ（−γｚ）−（Ｖ−／Ｚｃ）ｅｘｐ（γｚ）
…（４）
【００１７】
ここで、Ｖ＋、Ｖ−、Ｚｃ、γは以下のとおりである。
Ｖ＋ ；ｚの正方向へ伝送する信号の電圧の振幅係数
Ｖ− ；ｚの負方向へ伝送する信号の電圧の振幅係数
Ｚｃ ；線路の特性インピーダンス（＝｛（Ｒ＋ｊωＬ）／（Ｇ＋ｊωＣ）｝１／２）
γ ；線路の伝搬定数（＝｛（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）｝１／２）
【００１８】
一方、複素誘電率ε（≡ε’−ｊε”）、複素透磁率μ（≡μ’−μ”）、導電率σの媒質中をｚ方向へ伝搬する電磁波が平面波の場合、マクスウェル方程式は以下のスカラー式５〜８に分解できる。すなわち、ｘｙｚ直交座標系において、電界のｘ成分Ｅｘおよび磁界のｙ成分Ｈｙに関して、
∂Ｅｘ／∂ｚ＝−μ（∂Ｈｙ／∂ｔ） …（５）
−∂Ｈｙ／∂ｚ＝σＥｘ＋ε’（∂Ｅｘ／∂ｔ） …（６）
さらに、電界のｙ成分Ｅｙおよび磁界のｘ成分Ｈｘに関して、
∂Ｅｙ／∂ｚ＝−μ（∂Ｈｘ／∂ｔ） …（７）
−∂Ｈｘ／∂ｚ＝σＥｙ＋ε’（∂Ｅｙ／∂ｔ） …（８）
ここで、複素誘電率の虚部ε”に関する損失は導電率σによる損失として考えている。
【００１９】
式５および式６からＨｙを消去すると、Ｅｘに関する以下の方程式９が得られる。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝σμ（∂Ｅｘ／∂ｔ）＋ε’μ（∂２Ｅｘ／∂ｔ２）
…（９）
ここで、Ｅｘの特解として
Ｅｘ＝Ｅ０ｅｘｐ（ｊωｔ） …（10）
を考えると、式９は以下のとおり書きかえることができる。ｔは、時間を表わす。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝（ｊωσμ−ω２ε’μ）Ｅｘ …（11）
ここで導電率σは、誘電率の虚数成分ε”と、
ε”＝σ／ω …（12）
の関係にあると考えることができ、式１１は以下のように書きかえることができる。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝−ω２εμＥｘ …（13）
【００２０】
電磁波のインピーダンスＺは、
Ｚ＝Ｅｘ／Ｈｙ＝（μ／ε）１／２ …（14）
で定義されるから、Ｈｙについても同様に以下の式１５が導かれる。
∂２Ｈｙ／∂ｚ２＝−ω２εμＨｙ …（15）
【００２１】
式１３および式１５は、式１または式２と同形であり、伝搬定数γおよび特性インピーダンスＺが
γ＝ｊω（εμ）１／２ …（16）
Ｚ＝（μ／ε）１／２ …（17）
である分布定数線路と考えることができる。このように、平面波である電磁波の伝搬は、伝送線理論に基づいて計算することができる。
【００２２】
前述した伝送線理論を用いることにより、複数の境界を持つ媒体での電磁波の反射係数と透過係数を計算できる。すなわち、図１に示されるような媒体における電磁波の反射・透過は次のように計算できる。図１の媒体は、図４に示されるような２つの境界がある伝送線モデルとして考えることができる。ここで、線路Ａ、Ｃは無限長線路であり、特性インピーダンスがそれぞれ、ＺＡ、ＺＣ（ＺＡ＝Ｚ０、ＺＣ＝Ｚ０、ここでＺ０は空気中の電波インピーダンス）である。線路Ｂは、線路長（すなわち誘電体層１ｂの厚み）ｄ、特性インピーダンスＺＢ、伝搬定数γＢ（γＢ＝２πεｒ１／２ｊ／λ）である。さらに、低抵抗の導電層の表面抵抗ＺＬ、インピーダンス層の表面インピーダンスをＺとする。このとき、伝送線理論を用いると、線路Ａと線路Ｂの接続面０−０’から見て、接続面０−０’より右側の低抵抗の導電層を含むインピーダンスＺ’は以下のように表すことができる。
Ｚ’＝ＺＬ・ＺＣ／（ＺＬ＋ＺＣ）
ここで、ＺＬ≪ＺＣの場合には、
Ｚ’≒ＺＬ …（18）
となることが導かれる。
【００２３】
次に線路Ａと線路Ｂの接続面１−１’から見て、接続面１−１’より右側のインピーダンス層を含まないインピーダンスＺ”は以下のように表すことができる。
Ｚ”＝ＺＢ（Ｚ’＋ＺＢ・tanhγＢｄ）／（ＺＢ＋Ｚ’・tanhγＢｄ）
…（19）
【００２４】
さらに線路Ａと線路Ｂの接続面１−１’から見て、接続面１−１’より右側のインピーダンス層を含むインピーダンスＺｉｎは以下のように表すことができる。γＢは、線路Ｂの伝搬定数を表わす。
Ｚｉｎ＝Ｚ・Ｚ”／（Ｚ＋Ｚ”） …（20）
【００２５】
このインピーダンスＺｉｎを用いることによって、接続面１−１’での反射係数Γは以下のように表される。
Γ＝（Ｚｉｎ− ＺＡ）／（Ｚｉｎ＋ ＺＡ） …（21）
【００２６】
さらにエネルギー反射率ＲはＲ＝｜Γ｜２であり、反射損失Ｒｌｏｓｓ［ｄＢ］は以下のように計算される。
Ｒｌｏｓｓ＝−１０ｌｏｇ１０Ｒ …（22）
【００２７】
また、線路Ｂでのエネルギー吸収量Ａは、同様に伝送線理論から求められるエネルギー透過率Ｔを用いることによって、以下のように計算される。
Ａ＝１−Ｒ−Ｔ …（23）
【００２８】
電波吸収体では終端を短絡することによってエネルギー透過率Ｔが０になるように設計する。この場合、
Ａ＝１−Ｒ …（24）
となるので、電波吸収体の電波吸収特性は一般に反射損失Ｒｌｏｓｓによって表される。
【００２９】
また、電磁波がｚ軸に対して角度θで媒質へ入射する場合（ＴＥ波の電界方向をｙ軸とする）には、ＴＥ波およびＴＭ波の反射・透過の問題は、ｚ方向への伝搬のみを考えることで解析することができる。
【００３０】
今、簡単のために、低抵抗導電層の表面抵抗をＺＬ＝０［Ω］とおくと、Γ＝０となる条件は、次式のとおりとなる。
Ｚ＝Ｚ０・（tanhγＢｄ）／（tanhγＢｄ−εｒ１／２）
＝Ｚ０・（tanＤ）２／｛（tanＤ）２＋εｒ｝
−ｊ・Ｚ０・εｒ１／２・tanＤ／｛（tanＤ）２＋εｒ｝
…（25）
ここで、
Ｄ＝２πｄ（εｒ）１／２／λ …（26）
【００３１】
すなわち、インピーダンス層の表面抵抗Ｒおよび表面リアクタンスＸを制御することにより、高性能の電波吸収体を得ることできると考えられる。
【００３２】
図４は、誘電体層１ｂとしてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴと略称することがある。比誘電率εｒ＝３．９）を用いた場合について種々の誘電体層１ｂ厚みにおいてインピーダンス層の最適な表面インピーダンスをプロットしたものである。これらの結果から、表面リアクタンス成分を積極的に利用することで、薄型の電波吸収体１が可能と考えられる。
【００３３】
さらに詳細な検討を行った結果、インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスを以下の条件１〜４にすることで、薄型の電波吸収体を得ることができることが判った。すなわち、
（条件１）導電性皮膜層１ａの表面抵抗率が５０Ω以下であり、かつ、
インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスＺを次式で表したとき、
Ｚ＝Ｒ＋ｊ・Ｘ …（27）
ここで、ｊは虚数単位である。
（条件２）インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスの実部である表面抵抗率Ｒが０．０１Ω〜１００Ωの範囲であり、かつ、
（条件３）インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスの虚部である表面リアクタンス成分Ｘが−２００Ω〜−３Ωの範囲であり、かつ、
（条件４）表面抵抗率Ｒと表面リアクタンス成分Ｘとが
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１ …（28）
の関係を満足する場合に薄型の電波吸収体１を得ることができる。
【００３４】
図５および図６はこの関係を図示したものである。図５は、誘電体層厚みが０．０５λ以下におけるインピーダンス層の最適インピーダンスをプロットしたものである。さらに、図６は、図５における最適インピーダンスの実部Ｒと虚部Ｘとの関係を示した図である。
【００３５】
本発明における導電性皮膜層１ａとしては種々の導電性材料を用いることができる。これら導電性材料としてはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属薄膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や酸化スズに代表される透光性導電膜等が例示される。この導電性皮膜層１ａは、これら金属材料や透光性導電膜を誘電体層１ｂにスパッタ等の蒸着法にて形成することができる。または、金属箔を誘電体層１ｂと接着剤を用いて貼ってもよい。透光性電波吸収体が望まれる場合には、ＩＴＯ、酸化スズなどの透光性導電膜１ａを用いることができる。導電性皮膜層１ａを蒸着法にて形成する場合には、フィルム基材上に成膜し、フィルム基材側もしくは導電性皮膜側を、誘電体層１ｂと、接着剤等を用いて貼り合わせることができる。
【００３６】
誘電体層１ｂとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーンボネート、アクリル樹脂、等に例示される絶縁性高分子材料、アルミナ等に代表される絶縁性セラミックス材料等を用いることができる。透光性電波吸収体が望まれる場合には、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、アクリル樹脂等の透光性の絶縁性高分子材料を用いることができる。
【００３７】
インピーダンス層１ｃとしては、図２のようにある抵抗値の皮膜１ｃ１を面内に孤立して分散させることで得ることができる。つまり、抵抗皮膜１ｃ１を孤立分散させることで、その孤立分散した抵抗皮膜１ｃ１間にコンデンサ成分が生じ、よって虚部成分を付与することができる。分散させる抵抗皮膜１ｃ１としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属薄膜、ＩＴＯや酸化スズに代表される透光性導電膜等を規定の抵抗値になる厚みにスパッタ法等の蒸着法にて成膜したものを用いることができる。
【００３８】
これらの薄膜１ｃ１を面内に孤立して分散させるには、面内均一に成膜した後で、写真蝕刻法を用いて薄膜の一部を除去する方法、レーザーにより薄膜を除去する方法、サンドブラストにて薄膜の一部を除去する方法等を採用することができる。インピーダンス層を蒸着法にて形成する場合には、先ず誘電体層１ｂの厚み方向の一部を構成する合成樹脂などの誘電体から成るフィルム基材上に成膜し、所望のパターンニングを行った後に、フィルム基材側もしくは導電性皮膜１ｃ１側を誘電体層１ｂと接着剤等を用いて貼り合わせることもできる。
【００３９】
インピーダンス層１ｃの別の作製法として、カーボン粉末、カーボンフレーク、カーボンファイバー、等の抵抗性フィラーを樹脂と混合したものをフィルム状に成形することでも得ることができる。このとき、フィラー間が相互に接触しないように樹脂中に分散させることで、虚部成分を付与することができる。たとえば押出し成形した後、延伸することによって、製造することができる。
【００４０】
図７は、本発明における電波吸収体１の構成の一例を示したものである。誘電体層２ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層２ａ、もう一方の側にインピーダンス層２ｃを有し、さらにインピーダンス層２ｃ上に保護層２ｄを設けてもよい。保護層２ｄは、インピーダンス層２ｃを風雨などから保護し、合成樹脂などの誘電体から成る薄いフィルム状であってもよい。保護層２ｄは、たとえばウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂から成ってもよく、ミクロンオーダーの厚みを有してもよい。
【００４１】
図８は本発明における電波吸収体１の構成の一例を示したものである。誘電体層３ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層３ａ、もう一方の側にインピーダンス層３ｃを有し、さらにインピーダンス層３ｃ上および導電性皮膜層３ａ上に保護層３ｄ，３ｅを設けてもよい。これらの保護層３ｄ，３ｅもまた、前述の図７の実施の形態における保護層２ｄと同様に構成されてもよい。
【００４２】
前述の図１に示されるように、表面抵抗率０Ωの導電性皮膜１ａ上に比誘電率＝３．９の干渉層を介してインピーダンス層１ｃを積層した場合に、インピーダンス層１ｃ側から入射した電磁波を完全に吸収できる電波吸収体１について、インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスを伝送線理論を用いて計算した結果を前述の図４、図５に示す。図５は図４において誘電体層厚みが０．０４λ以下の部分を拡大したものである。
【００４３】
リアクタンス成分がない（Ｘ＝０）場合は、インピーダンス層１ｃの表面抵抗率が空気中における電波インピーダンス（３７７Ω）と等しく、かつ、誘電体層１ｂの厚みｄが、
ｄ＝λ／（４・εｒ１／２） …(29)
のときに最も効率良く電波を吸収することが判る。誘電体層１ｂの厚みｄを、前述の式２９の値以下として、全体の構成を薄くすることができる。
【００４４】
一方、負のリアクタンス成分がある場合、すなわち、容量成分がある場合には、誘電体層の厚みｄがλ／（４・εｒ１／２）よりも薄い場合に最も効率良く電波を吸収することが判る。
【００４５】
図５、図６に示されるように、インピーダンス層の表面インピーダンスにおける抵抗成分Ｒが５０Ω以下、かつ、インピーダンス層の表面インピーダンスにおけるリアクタンス成分Ｘが−２００Ω〜−３Ω、かつ、リアクタンス成分Ｘと抵抗成分Ｒの比が
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１ …(30)
のときに、誘電体層厚みｄは０．０５λ以下とすることができ、薄型の電波吸収体が可能であることが判る。図４〜図６において、横軸に示される誘電体層厚み／波長の値は、０．０５以下として、全体の構成を薄くすることができる。
【００４６】
以下、添付した図に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００４７】
【実施例】
本件発明者の実験結果を述べる。
【００４８】
【実施例１】
図１および図２に示されるように、７５μｍ厚みのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に導電性薄膜をスパッタ成膜した導電性フィルム（三井化学（株）製商品名 ＴＣＰ２．４、表面抵抗値２．２Ω）の導電性薄膜を、ＹＡＧ３倍波レーザー（波長３５５ｎｍ）を用いることで、除去幅ΔＬ１＝ΔＬ２＝１３０μｍ、除去ピッチＬｐ１＝Ｌｐ２＝１１ｍｍ、にて格子状に除去した。また、この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝３０Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−１００Ω
であった。このときＸ／Ｒ≒−３．４である。
【００４９】
前述のように導電膜を除去した導電性フィルムを表面インピーダンス層１ｃとして厚み１．８ｍｍのＰＥＴシート１ｂの片側に貼りつけた。さらに、反対側のＰＥＴシート１ｂの面に、アルミ箔を反射層１ａとして貼り合わせて、電波吸収体１を作製した。
【００５０】
このようにして作製した電波吸収体１の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図９に示す。６．６ＧＨｚにて最大反射損失４６ｄＢが得られた。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【実施例２】
ＰＥＴシート１ｂの厚みを２．１ｍｍとした以外は実施例１と同じように電波吸収体を作製した。このようにして作製した電波吸収体の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図１０に示す。６．２ＧＨｚにて最大反射損失４０ｄＢが得られた。
【００５３】
【実施例３】
５０μｍ厚みのＰＥＴフィルム上に導電性薄膜をスパッタ成膜した導電性フィルム（三井化学（株）製商品名 ＸＩＲ、表面抵抗値９．３Ω）の導電性薄膜を、ＹＡＧ３倍波レーザー（波長３５５ｎｍ）を用いることで、除去幅ΔＬ１＝２５０μｍ、除去ピッチＬｐ＝１１ｍｍ、にて格子状に除去した。また、この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝４０Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−１２０Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−３である。
【００５４】
前述のように導電膜を除去した導電性フィルムを表面インピーダンス層１ｃとして厚み２．２ｍｍのＰＥＴシート１ｂの片側に貼りつけた。さらに、反対側のＰＥＴシート１ｂ面に、アルミ箔を反射層１ａとして貼り合わせて、電波吸収体１を作製した。
【００５５】
このようにして作製した電波吸収体１の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図１１に示す。６．６ＧＨｚにて最大反射損失５０ｄＢが得られた。
【００５６】
【比較例１】
格子状に導電性膜を除去するピッチを３ｍｍ、除去幅２５０μｍとした以外は実施例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝６１Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−４１３Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−６．７７である。
【００５７】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００５８】
【比較例２】
格子状に導電性膜を除去するピッチを１６ｍｍとした以外は比較例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝２１Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−７Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−０．３３である。
【００５９】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例１と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００６０】
【比較例３】
格子状に導電性膜１ｃ１を除去するピッチΔＬ１を２０ｍｍとした以外は比較例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝１３Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝１６Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝０．８１である。
【００６１】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例１と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によって、薄型の高性能電波吸収体を提供することができる。本発明の電波吸収体は、このように薄型であり、しかもその電波吸収特性が優れており、大きな電波の反射損失を達成することができる。さらに本発明の電波吸収体の構造は、簡単であり、しかも窓以外へも適用することができ、使い勝手が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電波吸収体１の代表的構成を示した断面図である。
【図２】図１に示される電波吸収体１の左方から見たインピーダンス層１ｃの一部を示す図である。
【図３】図１に示される電波吸収体１の吸収特性を説明するための図である。
【図４】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスとの関係を示した図である。
【図５】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスとの関係を示した図である。
【図６】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスにおける抵抗成分とリアクタンス成分との比Ｘ／Ｒとの関係を示した図である。
【図７】本発明に係わる他の実施の形態の電波吸収体１の概略断面図である。
【図８】本発明に係わる他の実施の形態の電波吸収体１の概略断面図である。
【図９】本発明に係わる電波吸収体１の実施例１の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【図１０】本発明に係わる電波吸収体１の実施例２の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【図１１】本発明に係わる電波吸収体１の実施例３の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【符号の説明】
１ａ，２ａ，３ａ 導電性皮膜層
１ｂ，２ｂ，３ｂ 誘電体層
１ｃ，２ｃ，３ｃ インピーダンス皮膜層
２ｄ，３ｄ，３ｅ 保護層
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波の反射を抑制するために用いられる電波吸収体に関するものであり、さらに詳しくは、吸収すべき電磁波の波長の１／１０以下の厚みである薄型電波吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線ローカルエリアネットワーク（Local Area Network）、高度道路交通システム（Intelligent Transport System）における狭域通信（Dedicated
Short Range Communications）技術を用いた自動料金収受システム（Electronic Toll Collection System）等、高周波の電磁波を用いたシステムが実用化されている。これらの電磁波を用いた応用システムにおいては、その通信品質を確保するために壁等からの電磁波の反射を抑制する必要があり、そのために電波吸収体が必要となる。このような電波吸収体は天井や壁等の構造物に取り付けられることから、軽くて薄いものが求められている。
【０００３】
従来から、抵抗皮膜を使ったλ／４型電波吸収体が知られている。このλ／４型電波吸収体は厚みがλ／（４・√εｒ） （λ：電磁波の真空での波長、εｒ：誘電体の比誘電率）である誘電率εｒの誘電体層の片面に低抵抗の反射層を有し、誘電体のもう一方の面に空気中の電波インピーダンス（３７７Ω）である抵抗皮膜層を有する電波吸収体である。しかしながら、このλ／４型電波吸収体は誘電体層としてλ／（４・√εｒ）の厚みが必要であり、薄型化に限界がある。
【０００４】
前記λ／４型電波吸収体の抵抗皮膜層と反射層の間に、分割された導電性フィルム（DCF；Divided Conductive Film）を挿入することで、誘電体層の厚みをλ／（４・√εｒ）よりも薄くできる電波吸収パネルが提案されている（たとえば特許文献１〜４および非特許文献１）。このＤＣＦを用いた電波吸収体は、整合用導電膜、反射層、ＤＣＦ層の３層が必要であり、整合用導電膜とＤＣＦ層間の空気層または樹脂層およびＤＣＦ層と反射層間の空気層または樹脂層の厚みを両方とも均一になるように制御しなければならないため、これらの厚みが均一でない場合に期待された性能が得られ難いという問題がある。
【０００５】
そこで、前記ＤＣＦを用いた電波吸収パネルの構造が複雑であるという問題を解決するために、ＤＣＦ層を形成したガラスと反射層を形成したガラスをポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を介して貼り合わせた電波吸収ガラスが提案されている（非特許文献２）。前記文献中には、このＤＣＦを用いた電波吸収ガラスは、分割する導電性フィルムの抵抗値をコントロールする必要がなく、ＤＣＦの幾何学的大きさのコントロールにより薄型の電波吸収体を得ることができるという利点がある、と記載されている。しかしながら、電波入射側にガラスを配置する必要があり、薄型化に限界があるとともに窓以外の場所で使い難いという問題がある。
【０００６】
このように従来の技術では、λ／４型電波吸収体の厚みを、小さい値にするには、限界があった。また、ＤＣＦを用いた電波吸収パネルでは、電波吸収特性の再現性が悪いという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
アメリカ特許ＵＳＰ６，１９５，０３４Ｂ１
【特許文献２】
特開２００２−７６６７６
【特許文献３】
特開２００２−７６６７７
【特許文献４】
特開２００２−１５１８８５
【非特許文献１】
T. Tsuno, Technical Report of IEICE, EMCJ99-128(2000-01), p.113
【非特許文献２】
K. Harakawa, et al. , Proceedings of APMC2002(November 19-22, 2002), FR3B-5
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、構造が簡単であり、かつ窓以外へも適用可能であり、さらに電波吸収特性に優れた薄型の電波吸収体を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、誘電体層と、
前記誘電体層の片側の表面に配置された導電性皮膜層と、
前記導電性層と反対側の前記誘電体層の表面に配置されたインピーダンス層とを含み、
導電性層の表面抵抗率が５０Ω以下であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスＺを次式で表したとき、
Ｚ＝Ｒ＋ｊ・Ｘ
ここで、Ｒは実部であり、Ｘは虚部であり、ｊは虚数単位であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスの実部Ｒが０．０１Ω〜１００Ωの範囲であり、かつ、インピーダンス層の表面インピーダンスの虚部Ｘが−２００Ω〜−３Ωの範囲であり、かつ、実部Ｒと虚部Ｘとが
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１
の関係を満足することを特徴とする電波吸収体である。
【００１０】
また本発明は、インピーダンス層が、抵抗皮膜層を分離して並べられたものであることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、誘電体層、導電性層およびインピーダンス層が、可視光を透過することを特徴とする。
【００１２】
導電性皮膜層の表面抵抗率は、できるだけ小さい値であることが好ましく、０Ω程度であってもよい。インピーダンス層の表面インピーダンスの実部Ｒの値も、小さいほうが望ましく、たとえば前述のように０．０１Ω以上であってもよく、この実部Ｒが１００Ωを超えると、電波吸収体の厚みが厚くなるので好ましくない。虚部Ｘの絶対値が２００Ωを超えると、周波数および反射損失の制御が困難になる。虚部Ｘの絶対値が３Ω未満では、本件電波吸収体の実現が困難となる。Ｘ／Ｒの絶対値が１００を超えるとき、周波数および反射損失の制御が困難になる。Ｘ／Ｒの絶対値が１未満では、電波吸収体の実現が困難である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における電波吸収体１の代表的構成を示した断面図である。誘電体層１ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層１ａ、もう一方の側にインピーダンス層１ｃを有している。
【００１４】
図２は、図１に示される電波吸収体１の左方から見たインピーダンス層１ｃの一部を示す図である。インピーダンス層１ｃの抵抗皮膜１ｃ１は、斜線を施して示す。
【００１５】
図３は、図１に示される電波吸収体１の吸収特性を説明するための図である。本発明は、表面抵抗Ｒと表面リアクタンスＸとが制御されたインピーダンス層１ｃを用いることによって、誘電体層１ｂがλ／（４・√εｒ）よりも薄い場合でも、効率良くインピーダンス層１ｃで電波を吸収することができるという原理に基づくものである。平面波である電磁波に対する電波吸収体１の吸収特性は伝送線理論を応用することによって計算することができ、さらにその計算結果は実験と良く一致することが示されている（「電波吸収体入門」（森北出版））。すなわち、伝送線理論では、単位長さあたりの抵抗がＲ［Ω／ｍ］、単位長さあたりのインダクタンスがＬ［Ｈ／ｍ］、単位長さあたりの容量がＣ［Ｆ／ｍ］、単位長さあたりのコンダクタンスがＧ［Ｓ／ｍ］の分布定数線路の微小区間ｄｚにおける電流Ｉおよび電圧Ｖとして以下の式が導かれる。ωは、伝送される電磁波の角周波数である。
ｄ２Ｖ／ｄｚ２＝（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）Ｖ …（１）
ｄ２Ｉ／ｄｚ２＝（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）Ｉ …（２）
【００１６】
この微分方程式１，２を解くことにより、電流および電圧の基礎式として以下の式３，４が導出される。
Ｖ＝Ｖ＋ｅｘｐ（−γｚ）＋Ｖ−ｅｘｐ（γｚ） …（３）
Ｉ＝（Ｖ＋／Ｚｃ）ｅｘｐ（−γｚ）−（Ｖ−／Ｚｃ）ｅｘｐ（γｚ）
…（４）
【００１７】
ここで、Ｖ＋、Ｖ−、Ｚｃ、γは以下のとおりである。
Ｖ＋ ；ｚの正方向へ伝送する信号の電圧の振幅係数
Ｖ− ；ｚの負方向へ伝送する信号の電圧の振幅係数
Ｚｃ ；線路の特性インピーダンス（＝｛（Ｒ＋ｊωＬ）／（Ｇ＋ｊωＣ）｝１／２）
γ ；線路の伝搬定数（＝｛（Ｒ＋ｊωＬ）（Ｇ＋ｊωＣ）｝１／２）
【００１８】
一方、複素誘電率ε（≡ε’−ｊε”）、複素透磁率μ（≡μ’−μ”）、導電率σの媒質中をｚ方向へ伝搬する電磁波が平面波の場合、マクスウェル方程式は以下のスカラー式５〜８に分解できる。すなわち、ｘｙｚ直交座標系において、電界のｘ成分Ｅｘおよび磁界のｙ成分Ｈｙに関して、
∂Ｅｘ／∂ｚ＝−μ（∂Ｈｙ／∂ｔ） …（５）
−∂Ｈｙ／∂ｚ＝σＥｘ＋ε’（∂Ｅｘ／∂ｔ） …（６）
さらに、電界のｙ成分Ｅｙおよび磁界のｘ成分Ｈｘに関して、
∂Ｅｙ／∂ｚ＝−μ（∂Ｈｘ／∂ｔ） …（７）
−∂Ｈｘ／∂ｚ＝σＥｙ＋ε’（∂Ｅｙ／∂ｔ） …（８）
ここで、複素誘電率の虚部ε”に関する損失は導電率σによる損失として考えている。
【００１９】
式５および式６からＨｙを消去すると、Ｅｘに関する以下の方程式９が得られる。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝σμ（∂Ｅｘ／∂ｔ）＋ε’μ（∂２Ｅｘ／∂ｔ２）
…（９）
ここで、Ｅｘの特解として
Ｅｘ＝Ｅ０ｅｘｐ（ｊωｔ） …（10）
を考えると、式９は以下のとおり書きかえることができる。ｔは、時間を表わす。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝（ｊωσμ−ω２ε’μ）Ｅｘ …（11）
ここで導電率σは、誘電率の虚数成分ε”と、
ε”＝σ／ω …（12）
の関係にあると考えることができ、式１１は以下のように書きかえることができる。
∂２Ｅｘ／∂ｚ２＝−ω２εμＥｘ …（13）
【００２０】
電磁波のインピーダンスＺは、
Ｚ＝Ｅｘ／Ｈｙ＝（μ／ε）１／２ …（14）
で定義されるから、Ｈｙについても同様に以下の式１５が導かれる。
∂２Ｈｙ／∂ｚ２＝−ω２εμＨｙ …（15）
【００２１】
式１３および式１５は、式１または式２と同形であり、伝搬定数γおよび特性インピーダンスＺが
γ＝ｊω（εμ）１／２ …（16）
Ｚ＝（μ／ε）１／２ …（17）
である分布定数線路と考えることができる。このように、平面波である電磁波の伝搬は、伝送線理論に基づいて計算することができる。
【００２２】
前述した伝送線理論を用いることにより、複数の境界を持つ媒体での電磁波の反射係数と透過係数を計算できる。すなわち、図１に示されるような媒体における電磁波の反射・透過は次のように計算できる。図１の媒体は、図４に示されるような２つの境界がある伝送線モデルとして考えることができる。ここで、線路Ａ、Ｃは無限長線路であり、特性インピーダンスがそれぞれ、ＺＡ、ＺＣ（ＺＡ＝Ｚ０、ＺＣ＝Ｚ０、ここでＺ０は空気中の電波インピーダンス）である。線路Ｂは、線路長（すなわち誘電体層１ｂの厚み）ｄ、特性インピーダンスＺＢ、伝搬定数γＢ（γＢ＝２πεｒ１／２ｊ／λ）である。さらに、低抵抗の導電層の表面抵抗ＺＬ、インピーダンス層の表面インピーダンスをＺとする。このとき、伝送線理論を用いると、線路Ａと線路Ｂの接続面０−０’から見て、接続面０−０’より右側の低抵抗の導電層を含むインピーダンスＺ’は以下のように表すことができる。
Ｚ’＝ＺＬ・ＺＣ／（ＺＬ＋ＺＣ）
ここで、ＺＬ≪ＺＣの場合には、
Ｚ’≒ＺＬ …（18）
となることが導かれる。
【００２３】
次に線路Ａと線路Ｂの接続面１−１’から見て、接続面１−１’より右側のインピーダンス層を含まないインピーダンスＺ”は以下のように表すことができる。
Ｚ”＝ＺＢ（Ｚ’＋ＺＢ・tanhγＢｄ）／（ＺＢ＋Ｚ’・tanhγＢｄ）
…（19）
【００２４】
さらに線路Ａと線路Ｂの接続面１−１’から見て、接続面１−１’より右側のインピーダンス層を含むインピーダンスＺｉｎは以下のように表すことができる。γＢは、線路Ｂの伝搬定数を表わす。
Ｚｉｎ＝Ｚ・Ｚ”／（Ｚ＋Ｚ”） …（20）
【００２５】
このインピーダンスＺｉｎを用いることによって、接続面１−１’での反射係数Γは以下のように表される。
Γ＝（Ｚｉｎ− ＺＡ）／（Ｚｉｎ＋ ＺＡ） …（21）
【００２６】
さらにエネルギー反射率ＲはＲ＝｜Γ｜２であり、反射損失Ｒｌｏｓｓ［ｄＢ］は以下のように計算される。
Ｒｌｏｓｓ＝−１０ｌｏｇ１０Ｒ …（22）
【００２７】
また、線路Ｂでのエネルギー吸収量Ａは、同様に伝送線理論から求められるエネルギー透過率Ｔを用いることによって、以下のように計算される。
Ａ＝１−Ｒ−Ｔ …（23）
【００２８】
電波吸収体では終端を短絡することによってエネルギー透過率Ｔが０になるように設計する。この場合、
Ａ＝１−Ｒ …（24）
となるので、電波吸収体の電波吸収特性は一般に反射損失Ｒｌｏｓｓによって表される。
【００２９】
また、電磁波がｚ軸に対して角度θで媒質へ入射する場合（ＴＥ波の電界方向をｙ軸とする）には、ＴＥ波およびＴＭ波の反射・透過の問題は、ｚ方向への伝搬のみを考えることで解析することができる。
【００３０】
今、簡単のために、低抵抗導電層の表面抵抗をＺＬ＝０［Ω］とおくと、Γ＝０となる条件は、次式のとおりとなる。
Ｚ＝Ｚ０・（tanhγＢｄ）／（tanhγＢｄ−εｒ１／２）
＝Ｚ０・（tanＤ）２／｛（tanＤ）２＋εｒ｝
−ｊ・Ｚ０・εｒ１／２・tanＤ／｛（tanＤ）２＋εｒ｝
…（25）
ここで、
Ｄ＝２πｄ（εｒ）１／２／λ …（26）
【００３１】
すなわち、インピーダンス層の表面抵抗Ｒおよび表面リアクタンスＸを制御することにより、高性能の電波吸収体を得ることできると考えられる。
【００３２】
図４は、誘電体層１ｂとしてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴと略称することがある。比誘電率εｒ＝３．９）を用いた場合について種々の誘電体層１ｂ厚みにおいてインピーダンス層の最適な表面インピーダンスをプロットしたものである。これらの結果から、表面リアクタンス成分を積極的に利用することで、薄型の電波吸収体１が可能と考えられる。
【００３３】
さらに詳細な検討を行った結果、インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスを以下の条件１〜４にすることで、薄型の電波吸収体を得ることができることが判った。すなわち、
（条件１）導電性皮膜層１ａの表面抵抗率が５０Ω以下であり、かつ、
インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスＺを次式で表したとき、
Ｚ＝Ｒ＋ｊ・Ｘ …（27）
ここで、ｊは虚数単位である。
（条件２）インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスの実部である表面抵抗率Ｒが０．０１Ω〜１００Ωの範囲であり、かつ、
（条件３）インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスの虚部である表面リアクタンス成分Ｘが−２００Ω〜−３Ωの範囲であり、かつ、
（条件４）表面抵抗率Ｒと表面リアクタンス成分Ｘとが
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１ …（28）
の関係を満足する場合に薄型の電波吸収体１を得ることができる。
【００３４】
図５および図６はこの関係を図示したものである。図５は、誘電体層厚みが０．０５λ以下におけるインピーダンス層の最適インピーダンスをプロットしたものである。さらに、図６は、図５における最適インピーダンスの実部Ｒと虚部Ｘとの関係を示した図である。
【００３５】
本発明における導電性皮膜層１ａとしては種々の導電性材料を用いることができる。これら導電性材料としてはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属薄膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）や酸化スズに代表される透光性導電膜等が例示される。この導電性皮膜層１ａは、これら金属材料や透光性導電膜を誘電体層１ｂにスパッタ等の蒸着法にて形成することができる。または、金属箔を誘電体層１ｂと接着剤を用いて貼ってもよい。透光性電波吸収体が望まれる場合には、ＩＴＯ、酸化スズなどの透光性導電膜１ａを用いることができる。導電性皮膜層１ａを蒸着法にて形成する場合には、フィルム基材上に成膜し、フィルム基材側もしくは導電性皮膜側を、誘電体層１ｂと、接着剤等を用いて貼り合わせることができる。
【００３６】
誘電体層１ｂとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーンボネート、アクリル樹脂、等に例示される絶縁性高分子材料、アルミナ等に代表される絶縁性セラミックス材料等を用いることができる。透光性電波吸収体が望まれる場合には、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネート、アクリル樹脂等の透光性の絶縁性高分子材料を用いることができる。
【００３７】
インピーダンス層１ｃとしては、図２のようにある抵抗値の皮膜１ｃ１を面内に孤立して分散させることで得ることができる。つまり、抵抗皮膜１ｃ１を孤立分散させることで、その孤立分散した抵抗皮膜１ｃ１間にコンデンサ成分が生じ、よって虚部成分を付与することができる。分散させる抵抗皮膜１ｃ１としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属薄膜、ＩＴＯや酸化スズに代表される透光性導電膜等を規定の抵抗値になる厚みにスパッタ法等の蒸着法にて成膜したものを用いることができる。
【００３８】
これらの薄膜１ｃ１を面内に孤立して分散させるには、面内均一に成膜した後で、写真蝕刻法を用いて薄膜の一部を除去する方法、レーザーにより薄膜を除去する方法、サンドブラストにて薄膜の一部を除去する方法等を採用することができる。インピーダンス層を蒸着法にて形成する場合には、先ず誘電体層１ｂの厚み方向の一部を構成する合成樹脂などの誘電体から成るフィルム基材上に成膜し、所望のパターンニングを行った後に、フィルム基材側もしくは導電性皮膜１ｃ１側を誘電体層１ｂと接着剤等を用いて貼り合わせることもできる。
【００３９】
インピーダンス層１ｃの別の作製法として、カーボン粉末、カーボンフレーク、カーボンファイバー、等の抵抗性フィラーを樹脂と混合したものをフィルム状に成形することでも得ることができる。このとき、フィラー間が相互に接触しないように樹脂中に分散させることで、虚部成分を付与することができる。たとえば押出し成形した後、延伸することによって、製造することができる。
【００４０】
図７は、本発明における電波吸収体１の構成の一例を示したものである。誘電体層２ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層２ａ、もう一方の側にインピーダンス層２ｃを有し、さらにインピーダンス層２ｃ上に保護層２ｄを設けてもよい。保護層２ｄは、インピーダンス層２ｃを風雨などから保護し、合成樹脂などの誘電体から成る薄いフィルム状であってもよい。保護層２ｄは、たとえばウレタン樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂から成ってもよく、ミクロンオーダーの厚みを有してもよい。
【００４１】
図８は本発明における電波吸収体１の構成の一例を示したものである。誘電体層３ｂの片側に低抵抗の導電性皮膜層３ａ、もう一方の側にインピーダンス層３ｃを有し、さらにインピーダンス層３ｃ上および導電性皮膜層３ａ上に保護層３ｄ，３ｅを設けてもよい。これらの保護層３ｄ，３ｅもまた、前述の図７の実施の形態における保護層２ｄと同様に構成されてもよい。
【００４２】
前述の図１に示されるように、表面抵抗率０Ωの導電性皮膜１ａ上に比誘電率＝３．９の干渉層を介してインピーダンス層１ｃを積層した場合に、インピーダンス層１ｃ側から入射した電磁波を完全に吸収できる電波吸収体１について、インピーダンス層１ｃの表面インピーダンスを伝送線理論を用いて計算した結果を前述の図４、図５に示す。図５は図４において誘電体層厚みが０．０４λ以下の部分を拡大したものである。
【００４３】
リアクタンス成分がない（Ｘ＝０）場合は、インピーダンス層１ｃの表面抵抗率が空気中における電波インピーダンス（３７７Ω）と等しく、かつ、誘電体層１ｂの厚みｄが、
ｄ＝λ／（４・εｒ１／２） …(29)
のときに最も効率良く電波を吸収することが判る。誘電体層１ｂの厚みｄを、前述の式２９の値以下として、全体の構成を薄くすることができる。
【００４４】
一方、負のリアクタンス成分がある場合、すなわち、容量成分がある場合には、誘電体層の厚みｄがλ／（４・εｒ１／２）よりも薄い場合に最も効率良く電波を吸収することが判る。
【００４５】
図５、図６に示されるように、インピーダンス層の表面インピーダンスにおける抵抗成分Ｒが５０Ω以下、かつ、インピーダンス層の表面インピーダンスにおけるリアクタンス成分Ｘが−２００Ω〜−３Ω、かつ、リアクタンス成分Ｘと抵抗成分Ｒの比が
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１ …(30)
のときに、誘電体層厚みｄは０．０５λ以下とすることができ、薄型の電波吸収体が可能であることが判る。図４〜図６において、横軸に示される誘電体層厚み／波長の値は、０．０５以下として、全体の構成を薄くすることができる。
【００４６】
以下、添付した図に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００４７】
【実施例】
本件発明者の実験結果を述べる。
【００４８】
【実施例１】
図１および図２に示されるように、７５μｍ厚みのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に導電性薄膜をスパッタ成膜した導電性フィルム（三井化学（株）製商品名 ＴＣＰ２．４、表面抵抗値２．２Ω）の導電性薄膜を、ＹＡＧ３倍波レーザー（波長３５５ｎｍ）を用いることで、除去幅ΔＬ１＝ΔＬ２＝１３０μｍ、除去ピッチＬｐ１＝Ｌｐ２＝１１ｍｍ、にて格子状に除去した。また、この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝３０Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−１００Ω
であった。このときＸ／Ｒ≒−３．４である。
【００４９】
前述のように導電膜を除去した導電性フィルムを表面インピーダンス層１ｃとして厚み１．８ｍｍのＰＥＴシート１ｂの片側に貼りつけた。さらに、反対側のＰＥＴシート１ｂの面に、アルミ箔を反射層１ａとして貼り合わせて、電波吸収体１を作製した。
【００５０】
このようにして作製した電波吸収体１の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図９に示す。６．６ＧＨｚにて最大反射損失４６ｄＢが得られた。
【００５１】
【表１】
【実施例２】
ＰＥＴシート１ｂの厚みを２．１ｍｍとした以外は実施例１と同じように電波吸収体を作製した。このようにして作製した電波吸収体の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図１０に示す。６．２ＧＨｚにて最大反射損失４０ｄＢが得られた。
【００５３】
【実施例３】
５０μｍ厚みのＰＥＴフィルム上に導電性薄膜をスパッタ成膜した導電性フィルム（三井化学（株）製商品名 ＸＩＲ、表面抵抗値９．３Ω）の導電性薄膜を、ＹＡＧ３倍波レーザー（波長３５５ｎｍ）を用いることで、除去幅ΔＬ１＝２５０μｍ、除去ピッチＬｐ＝１１ｍｍ、にて格子状に除去した。また、この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝４０Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−１２０Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−３である。
【００５４】
前述のように導電膜を除去した導電性フィルムを表面インピーダンス層１ｃとして厚み２．２ｍｍのＰＥＴシート１ｂの片側に貼りつけた。さらに、反対側のＰＥＴシート１ｂ面に、アルミ箔を反射層１ａとして貼り合わせて、電波吸収体１を作製した。
【００５５】
このようにして作製した電波吸収体１の反射損失特性を５．０ＧＨｚから８．２ＧＨｚの範囲で測定した。結果を図１１に示す。６．６ＧＨｚにて最大反射損失５０ｄＢが得られた。
【００５６】
【比較例１】
格子状に導電性膜を除去するピッチを３ｍｍ、除去幅２５０μｍとした以外は実施例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝６１Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−４１３Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−６．７７である。
【００５７】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００５８】
【比較例２】
格子状に導電性膜を除去するピッチを１６ｍｍとした以外は比較例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝２１Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝−７Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝−０．３３である。
【００５９】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例１と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００６０】
【比較例３】
格子状に導電性膜１ｃ１を除去するピッチΔＬ１を２０ｍｍとした以外は比較例１と同様に格子状に導電性膜を除去した。この格子状に除去した導電性フィルムの周波数５．８ＧＨｚでの表面インピーダンスをベクトルネットワークアナライザを用いて測定された反射係数から算出した結果、
表面インピーダンス実部Ｒ＝１３Ω
表面インピーダンス虚部Ｘ＝１６Ω
であった。このときＸ／Ｒ＝０．８１である。
【００６１】
さらに、本比較例で作製した格子状に導電膜を除去した導電性フィルムをインピーダンス層１ｃとして用いた以外は実施例１と同様の構成で電波吸収体１を作製し、その反射損失特性を実施例１と同様の方法で評価した。ほとんど電波を吸収しないことが判った。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によって、薄型の高性能電波吸収体を提供することができる。本発明の電波吸収体は、このように薄型であり、しかもその電波吸収特性が優れており、大きな電波の反射損失を達成することができる。さらに本発明の電波吸収体の構造は、簡単であり、しかも窓以外へも適用することができ、使い勝手が良好である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電波吸収体１の代表的構成を示した断面図である。
【図２】図１に示される電波吸収体１の左方から見たインピーダンス層１ｃの一部を示す図である。
【図３】図１に示される電波吸収体１の吸収特性を説明するための図である。
【図４】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスとの関係を示した図である。
【図５】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスとの関係を示した図である。
【図６】本発明に係わる図１に示される電波吸収体１の絶縁誘電体層厚みと表面インピーダンスにおける抵抗成分とリアクタンス成分との比Ｘ／Ｒとの関係を示した図である。
【図７】本発明に係わる他の実施の形態の電波吸収体１の概略断面図である。
【図８】本発明に係わる他の実施の形態の電波吸収体１の概略断面図である。
【図９】本発明に係わる電波吸収体１の実施例１の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【図１０】本発明に係わる電波吸収体１の実施例２の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【図１１】本発明に係わる電波吸収体１の実施例３の反射損失特性の測定結果を示したものである。
【符号の説明】
１ａ，２ａ，３ａ 導電性皮膜層
１ｂ，２ｂ，３ｂ 誘電体層
１ｃ，２ｃ，３ｃ インピーダンス皮膜層
２ｄ，３ｄ，３ｅ 保護層
Claims (3)
- 誘電体層と、
前記誘電体層の片側の表面に配置された導電性皮膜層と、
前記導電性層と反対側の前記誘電体層の表面に配置されたインピーダンス層とを含み、
導電性層の表面抵抗率が５０Ω以下であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスＺを次式で表したとき、
Ｚ＝Ｒ＋ｊ・Ｘ
ここで、Ｒは実部であり、Ｘは虚部であり、ｊは虚数単位であり、
インピーダンス層の表面インピーダンスの実部Ｒが０．０１Ω〜１００Ωの範囲であり、かつ、インピーダンス層の表面インピーダンスの虚部Ｘが−２００Ω〜−３Ωの範囲であり、かつ、実部Ｒと虚部Ｘとが
−１００≦Ｘ／Ｒ≦−１
の関係を満足することを特徴とする電波吸収体。 - インピーダンス層が、抵抗皮膜層を分離して並べられたものであることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
- 誘電体層、導電性層およびインピーダンス層が、可視光を透過することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電波吸収体。
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