JP4240363B2

JP4240363B2 - 積層型電波吸収体

Info

Publication number: JP4240363B2
Application number: JP2002353579A
Authority: JP
Inventors: 義幸森山; 直延谷口; 勇二松本
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-12-05
Also published as: JP2004186546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２．２〜６ＧＨｚの広い周波数帯域において２．４５ＧＨｚ付近と５．２ＧＨｚ付近で２つの電波吸収特性のピークを有する積層型電波吸収体に関する。また、ＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波と円偏波の両方に好適な高周波対応の積層型電波吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電子機器の間で、無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）システムを構築してデータの送受信を行うことが行われ、ＩＥＥＥ８０２．１１規格では、用いることができる無線周波数帯として２．４５ＧＨｚ帯が規定されている。また、近年５．２ＧＨｚ帯も開放された。電波としてはＴＥＭ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）波、ＴＥ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃ）波、ＴＭ（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃ）波である。従って、電波吸収体に対しても２．４５ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯の２つの周波数帯に対応したものに対するニーズが大きくなった。無線ＬＡＮは、建物内で無線を使用して電子機器間のネットワークを形成する。
また、これらの電子機器は自動車などに搭載され、ＥＴＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｏｌｌＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：自動料金収受システム）などで電子化された道路システムの中で使用されることが多くなった。将来的には携帯電話で道路通行料金の収受をすることになりそうである。このシステムでは５．８ＧＨｚ帯の円偏波が用いられている。
【０００３】
このような電波環境の中で、電波吸収体にも広い周波数帯域で優れた電波吸収特性を発揮することが求められる。
このニーズに応える一手段として、帯域幅を広げ且つ薄型の電波吸収体を構成するために、電波吸収特性の異なる複数の電波吸収層を積層した積層型電波吸収体によって反射減衰量のピークを２つにした双峰性のものが知られている（例えば、特許文献１）。
この発明は、電波入射側から、コンクリートでなる第１層と、空気でなる第２層と、コンクリートでなる第３層と、フェライト磁性体でなる第４層と、反射メッシュの第５層とを有し、反射減衰量のピークを有する双峰性特性を呈する積層型電波吸収体である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２６１２８２号公報（図２他）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の積層型電波吸収体（例えば、特許文献１記載）においては、ＶＨＦ帯とＵＨＦ帯のせいぜい７７０ＭＨｚ程度の周波数に対応するものであり、はるかに高周波の２．４５ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯のＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波と、５．８ＧＨｚ帯の円偏波が共に使用される電磁環境下における高周波対応の電波吸収体として反射減衰量が１８ｄＢ以上の満足のゆく特性を発揮できるものでは無かった。
【０００６】
そこで本発明は、２．４５ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯のＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波と、５．８ＧＨｚ帯の円偏波が共に使用される電磁環境下における高周波対応の電波吸収体として反射減衰量が１８ｄＢ以上の積層型電波吸収体の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１手段は、電波吸収特性の異なる複数の電波吸収層を積層した積層型電波吸収体において、単独の電波吸収特性として２．８〜３．８ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する第１の電波吸収層２０と、単独の電波吸収特性として５〜６ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する第２の電波吸収層１０とでなり、２．２〜２．８ＧＨｚと４．８〜５．５ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する双峰性特性を呈することを特徴とする積層型電波吸収体である。
【０００８】
本発明の第２手段は、前記第１の電波吸収層２０を反射層３０側に配置し、前記第２の電波吸収層１０を電波入射側に配置したことを特徴とする第１手段記載の積層型電波吸収体である。
【０００９】
本発明の第３手段は、電波入射側から、誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１吸収層４０と、誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２吸収層５０と、磁性体層からなる第３吸収層７０と、反射層８０とを有し、反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体である。
【００１０】
本発明の第４手段は、電波入射側から、誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１層６１と、誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２層６２と、誘電率が１０以下で厚さが２ｍｍ以下の第３層６３と、磁性体層からなる第４層６４と、反射層８０とを有し、反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体である。
【００１１】
本発明の第５手段は、２．４〜５．２ＧＨｚの入射電波に対して、前記第１層６１における反射率が３０〜９５％である第３または第４手段記載の積層型電波吸収体である。
【００１２】
本発明の第６手段は、２．２〜２．８ＧＨｚ（２．４５ＧＨｚ付近）においてＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、４．８〜５．５ＧＨｚ（５．２ＧＨｚ付近）において、ＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、かつ５．４〜６．２ＧＨｚ（５．８ＧＨｚ付近）において、円偏波に対する反射減衰量１８ｄＢ以上である第１手段ないし第５手段のいずれかに記載の積層型電波吸収体である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（作用）
本発明者は、積層型電波吸収体において各層の単独の電波吸収特性が組合せによりピークが低周波側にシフトする現象を積極的に利用して、双峰性を持たせて広帯域化すると同時にＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方に有効な反射減衰量を満足できる構成を見出した。
例えば、２．４５ＧＨｚに電波吸収能のピークを有する電波吸収層と、５．２ＧＨｚに電波吸収能のピークを有する電波吸収層とを単純に積層して積層型電波吸収体を構成した場合、両方のピークが重なり双峰性の電波吸収特性を呈するものの、そのピークは共に２ＧＨｚと４．５ＧＨｚとずれて、且つＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方を満足する特性が得られなくなることを見出した。
【００１４】
本発明者らは、各層の吸収周波数特性の設計を高周波伝送式を設計基本式として複素誘電率や複素透磁率の周波数特性をデータベース化して設計できるシステムを確立している（日刊工業新聞社の雑誌「工業材料」２００２年１１月号ｐ．４２−４５参照）。
本発明に係る積層型電波吸収体の設計にも応用して、本発明に係る技術的思想の具体的実現に活用した。
【００１５】
本発明に係る積層型広帯域電波吸収体を、図１を用いて説明する。図１は本発明の一形態に係る広帯域の積層型電波吸収体を示す断面図である。電波の到来方向から、ゴムや樹脂に磁性粉を分散した第２の電波吸収層１０、ゴムや樹脂に磁性粉を分散した第１の電波吸収層２０を積層した。更に、導電性材料や樹脂に導電性材料を分散した電波反射層３０を配設している。
ここで、電波反射層３０を一体化して積層型電波吸収体を構成することもできるが、第１の電波吸収層２０と第２の電波吸収層１０とで積層型電波吸収体を部品として構成して、使用に際しては前記の積層型電波吸収体を導電性外壁などの電波反射層３０として機能する部材に取付けて使用することもできる。
【００１６】
第２の電波吸収層１０を反射層３０側に配置し、第１の電波吸収層２０を電波入射側に配置することもできるが、単独の電波吸収特性として２．８〜３．８ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する第１の電波吸収層２０を反射層３０側に、単独の電波吸収特性として５〜６ＧＨｚと第１の電波吸収層２０よりも高周波側に反射減衰量のピークを有する第２の電波吸収層１０を、電波入射側に配置した方が、より良好な電波吸収特性を得られる。反射しやすい高周波成分を、反射させることなく電波吸収体中に取り込んで熱エネルギーなどとして消散させる効果が高まるためと考えられる。
【００１７】
電波反射層３０は金属箔などの導電性材料や、樹脂に導電性材料を分散したもので構成できる。電波反射層３０に分散する導電性を有する材料は、例えばカーボン繊維や金属繊維であって、これを可撓性樹脂中に分散させシート状に成形する。電波反射層３０は面抵抗値を１００ｋΩ□以下とするのが望ましい。１００ｋΩ□を超えると電波が透過して効率よい吸収ができなくなるからである。
【００１８】
電波吸収層１０、２０に分散する磁性粉は、比重が６．０以上の金属や合金で、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金、カルボニル鉄合金、アモルファス合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、モリブデンパーマロイ、スーパーマロイなどが使用できる。
あるいはフェライトなどの金属酸化物でもよい。また、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系からなるナノ結晶化合金から水アトマイズ法により粒形状粉をアトライタにて摩砕することにより製造した扁平形状粉であって、これを可撓性樹脂中に分散させシート状に成形してもよい。
これらの金属磁性粉の表面は、酸化防止剤が施されていることが好ましい。
【００１９】
電波吸収層１０、２０に金属磁性体粉を用いる場合、その分散量は６０〜９０ｍａｓｓ％が好ましい。６０ｍａｓｓ％未満であると吸収性能が低下し、９０ｍａｓｓ％を超えると材料代が高価になるばかりでなく、重量が重く、柔軟性、耐久性等が低下し実用上好ましくない。
【００２０】
電波吸収層１０、２０にフェライトを用いる場合、その分散量は６５〜９２ｍａｓｓ％が好ましい。６５ｍａｓｓ％未満であると吸収性能が低下し、９２ｍａｓｓ％を超えると生産性が悪くなり、重量が重く、柔軟性、耐久性等が低下し実用上好ましくない。
【００２１】
電波吸収層１０、２０や電波反射層３０のバインダとして用いる樹脂やゴムは、柔軟性があり、比重が１．５以下であり、耐候性を有する例えばアクリル樹脂、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコン樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂等である。
【００２２】
電波反射層３０、電波吸収層１０、２０の層厚さは、それぞれ０．５〜５ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、吸収性能が低下し、５ｍｍを超えると積層した場合の材料代が高価になるばかりでなく、重量が重く、柔軟性が低下し実用上好ましくない。
また積層した全体の厚さは３〜８ｍｍとすることが好ましい。３ｍｍ未満であると、吸収性能が低下し、８ｍｍを超えると積層した場合の材料代が高価になるばかりでなく、重量が重く、柔軟性が低下し実用上好ましくない。
【００２３】
図２は、本発明に係る別の実施形態を示す断面図である。電波入射側から、誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１吸収層４０と、誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２吸収層５０と、磁性体層からなる第３吸収層７０と、反射層８０とを有し、反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体である。
【００２４】
図２に示す実施形態では、第１吸収層４０は、反射率が３０〜９５％の範囲内にあることが好ましく、例えば樹脂にカーボンや金属繊維を混合したものなどが使用できる。第２吸収層５０は、例えば発泡ウレタンやスチレンなどを用いることができ、空気層としてもよい。第３吸収層７０は、前述の電波吸収層１０，２０と同じ材質を用いることが出来る。
【００２５】
第１吸収層４０において所定範囲内の反射率を有する材料を用いる理由は、入射電波に対して、第１吸収層４０で反射した電波と透過して下の層で反射した電波が逆位相となって相殺し吸収される効果を利用するためである。
第１吸収層４０における反射率を３０〜９５％に限定する理由を説明する。反射率が３０％未満だと反射した電波との相殺効果が減少し、反射率が９５％を超えると電波が積層型電波吸収体に入射せず電波吸収体として利用できないからである。
【００２６】
第１吸収層４０の誘電率を５〜２０、厚さを２ｍｍ以下とした理由、第２吸収層５０の誘電率を５以下、厚さを２〜１０ｍｍとした理由は共に、この範囲外の組合せだとＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方を満足する所望の双峰性特性が得られなくなるからである。
【００２７】
図３は、本発明に係る更に別の実施形態を示す断面図である。電波入射側から、誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１層６１と、誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２層６２と、誘電率が１０以下で厚さが２ｍｍ以下の第３層６３と、磁性体層からなる第４層６４と、反射層８０とを有し、反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体である。
【００２８】
図３に示す実施形態では、第１層６１は、反射率が３０〜９５％の範囲内にあることが好ましく、例えば樹脂にカーボンや金属繊維を混合したものなどが使用できる。第２層６２は、例えば発泡ウレタンやスチレンなどを用いることができ、空気層としてもよい。第３層６３は、例えば樹脂にカーボンや金属繊維を混合したものなどを用いることができる。第４層６４は、前述の電波吸収層１０，２０において述べたものを用いることが出来る。
【００２９】
第１層６１の誘電率を５〜２０、厚さを２ｍｍ以下とした理由、第２層６２の誘電率を５以下、厚さを２〜１０ｍｍとした理由、第３層６３の誘電率を１０以下で厚さを２ｍｍ以下とした理由は共に、この組合せの範囲外だとＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方を満足する所望の双峰性特性が得られなくなるからである。
【００３０】
本発明の第１，第２，第６手段に係る積層型電波吸収体は導電材料で裏打ちした２層型、本発明の第３，第５，第６手段に係る積層型電波吸収体は導電材料で裏打ちした３層型、本発明の第４，第５，第６手段に係る積層型電波吸収体は導電材料で裏打ちした４層型であり、共に電波吸収の周波数特性に双峰性を有する。
【００３１】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１に示す電波反射層３０として厚み０．１ｍｍのアルミ箔を用いた。第１の電波吸収層２０を、フェライト粉をクロロプレンゴム中に８５ｍａｓｓ％分散させ１．３ｍｍの厚さにシート化し形成した。反射減衰量のピークが３．５ＧＨｚとなるように調製している。
第２の電波吸収層１０を、カルボニル鉄粉をクロロプレンゴム中に７８ｍａｓｓ％分散させ２．５ｍｍの厚さにシート化し形成した。反射減衰量のピークが５．４ＧＨｚとなるように調製している。
これら３種類のシートを順次積層し一体化することにより、図１に断面を模式的に示すように、全体の厚さが３．９ｍｍの積層型電波吸収体を形成した。
この積層型電波吸収体の電波吸収性能を、入射角３０度のタイムドメイン法で評価した結果、ＴＭ波と円偏波の両方に対して、おのおの表１、表２（単位は［ｄＢ］）に示すように、２．２〜２．８ＧＨｚ（２．４５ＧＨｚ付近）においてＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、４．８〜５．５ＧＨｚ（５．２ＧＨｚ付近）において、ＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、かつ５．４〜６．２ＧＨｚ（５．８ＧＨｚ付近）において、円偏波に対する反射減衰量１８ｄＢ以上という所望の電波吸収特性が得られた。なお、ＴＭ波のみならずＴＥ波、ＴＥＭ波についても同様に良好であった。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
（比較例１）
電波反射層３０は実施例１と同じ厚み０．１ｍｍのアルミ箔を用いた。第１の電波吸収層２０を、フェライト粉をクロロプレンゴム中に８８ｍａｓｓ％分散させ１．３ｍｍの厚さにシート化し形成した。反射減衰量のピークが２．４５ＧＨｚとなるように調製している。第２の電波吸収層１０を、カルボニル鉄粉をクロロプレンゴム中に８２mass％分散させ２．５ｍｍの厚さにシート化し形成した。反射減衰量のピークが５．２ＧＨｚとなるように調製している。
実施例１と同様に入射角３０度のタイムドメイン法で評価した結果、表１、表２に示すように所望の電波吸収特性が得られなかった。
【００３６】
（実施例２）
本発明に係る別実施例の断面図を図２に示す。電波反射層８０は（実施例１）と同じく厚み０．１ｍｍのアルミ箔を用いた。第１吸収層４０は、誘電率が９で厚さ１．５ｍｍであり、カーボン繊維を０．８ｍａｓｓ％、クロロプレンゴムに混合したものを用いた。第２吸収層５０は、誘電率が１．２で厚さが７ｍｍの発泡スチレンを用いた。第３吸収層７０は、厚さが１．５ｍｍでカルボニル鉄粉をクロロプレンゴムに混合したものを用いた。
この積層型広帯域電波吸収体の電波吸収性能を評価した結果、ＴＭ波と円偏波の両方に対して、おのおの表３、表４（単位は［ｄＢ］）に示すように、２．２〜２．８ＧＨｚ（２．４５ＧＨｚ付近）においてＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、４．８〜５．５ＧＨｚ（５．２ＧＨｚ付近）において、ＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、かつ５．４〜６．２ＧＨｚ（５．８ＧＨｚ付近）において、円偏波に対する反射減衰量１８ｄＢ以上が得られた。なお、ＴＭ波のみならずＴＥ波、ＴＥＭ波についても同様に良好であった。
【００３７】
【表３】

【００３８】
【表４】

【００３９】
（比較例２）
第２層５０の厚さを１２mmとした以外は（実施例２）と同一条件を用いた。この場合、表３、表４に示すように所望の電波吸収特性が得られなかった。
【００４０】
（実施例３）
本発明に係る更に別実施例の断面図を図３に示す。図２を用いて説明した（実施例２）において更に第２層５０と第４層７０との間に第３層６０を介装した。
電波反射層８０は（実施例１）と同じく厚み０．１ｍｍのアルミ箔を用いた。第１層６１は、誘電率が９で厚さ１ｍｍであり、カーボン繊維を０．８ｍａｓｓ％、クロロプレンゴムに混合したものを用いた。第２層６２は、誘電率が１．２で厚さが８．５ｍｍの発泡スチレンを用いた。第３層６３は、誘電率が９で厚さが１ｍmであり、カーボン繊維を０．８ｍａｓｓ％、クロロプレンゴムに混合したものを用いた。第４層６４は、厚さが２ｍmでカルボニル鉄粉をクロロプレンゴムに混合したものを用いた。
この積層型広帯域電波吸収体の電波吸収性能を評価した結果、ＴＭ波と円偏波の両方に対して、おのおの表５、表６（単位は［ｄＢ］）に示すように、２．２〜２．８ＧＨｚ（２．４５ＧＨｚ付近）においてＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、４．８〜５．５ＧＨｚ（５．２ＧＨｚ付近）において、ＴＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、かつ５．４〜６．２ＧＨｚ（５．８ＧＨｚ付近）において、円偏波に対する反射減衰量１８ｄＢ以上が得られた。なお、ＴＭ波のみならずＴＥ波、ＴＥＭ波についても同様に良好であった。
【００４１】
【表５】

【００４２】
【表６】

【００４３】
（比較例３）
第２層６２の厚さを１２ｍｍに換えた以外は（実施例３）と同じ条件を用いた。この場合、表５、表６に示すように所望の電波吸収特性が得られなかった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、積層型電波吸収体において単独の電波吸収特性が異なる各層の誘電率、厚さなどの条件を適切に組み合わせることによって双峰性で且つＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方に有効な反射減衰量を満足できる電波吸収体を提供できる。従って、インテリジェント交通システムに限らず、今後進展が期待されるコンビニエンスストアなどにおける料金収受システムなどＩＴＳ，ＥＴＣ，ＤＳＲＣと無線ＬＡＮの両方が共存するシステムへの発展に寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の別実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の更に別実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０：第２の電波吸収層
２０：第１の電波吸収層
３０：反射層
４０：第１吸収層
５０：第２吸収層
６１：第１層
６２：第２層
６３：第３層
６４：第４層
７０：第３吸収層
８０：反射層

Claims

電波吸収特性の異なる複数の電波吸収層を積層した積層型電波吸収体において、単独の電波吸収特性として２．８〜３．８ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する第１の電波吸収層と、
単独の電波吸収特性として５〜６ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する第２の電波吸収層とでなり、
２．２〜２．８ＧＨｚと４．８〜５．５ＧＨｚに反射減衰量のピークを有する双峰性特性を呈することを特徴とする積層型電波吸収体。
前記第１の電波吸収層を反射層側に配置し、
前記第２の電波吸収層を電波入射側に配置したことを特徴とする請求項１記載の積層型電波吸収体。
電波入射側から、
誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１吸収層と、
誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２吸収層と、
磁性体層からなる第３吸収層と、
反射層とを有し、
反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体。
電波入射側から、
誘電率が５〜２０で厚さが２ｍｍ以下の第１層と、
誘電率が５以下で厚さが２〜１０ｍｍの第２層と、
誘電率が１０以下で厚さが２ｍｍ以下の第３層と、
磁性体層からなる第４層と、
反射層とを有し、
反射減衰量のピークに双峰性特性を呈する積層型電波吸収体。
２．４〜５．２ＧＨｚの入射電波に対して、前記第１層における反射率が３０〜９５％である請求項３または４記載の積層型電波吸収体。
２．２〜２．８ＧＨｚ（２．４５ＧＨｚ付近）においてＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、４．８〜５．５ＧＨｚ（５．２ＧＨｚ付近）において、ＴＭ波、ＴＥ波、ＴＥＭ波に対する反射減衰量が１８ｄＢ以上であり、かつ５．４〜６．２ＧＨｚ（５．８ＧＨｚ付近）において、円偏波に対する反射減衰量１８ｄＢ以上である請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型電波吸収体。