JP4549265B2

JP4549265B2 - 電波吸収体

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Publication number: JP4549265B2
Application number: JP2005257530A
Authority: JP
Inventors: 義行増田; 昇大谷; 久松中野; 百亨黄
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: JP2007073662A

Description

本発明は電波吸収体に関し、特に電磁波の反射等による通信障害を防止でき、かつ薄型化および軽量化が可能な電波吸収体に関する。

近年、携帯電話、無線LAN（Local Area Network）およびITS（Intelligent Transport Systems）などの無線通信システムの発達により、通信情報の保護および混信・誤通信の防止をする必要が生じている。主に通信情報の保護を目的とする場合には、外来電波の遮蔽と通信機器自身からの放射電波の遮蔽のために、電磁波シールド材によって室内外の電波を遮断することが行われている。しかし、この場合には通信機器自身からの放射電波が反射により室内に残ることになり、その反射波と所望の通信電波との干渉による通信品質の劣化を引き起こすことがある。このような通信品質の劣化および混信・誤通信などの通信障害を防止するために、電磁波を吸収して熱に変換する電波吸収体が用いられている。

一般的な電波吸収体としては、フェライトや軟磁性金属などの磁性粉末をゴムやプラスチックなどの絶縁マトリックスに混合分散させてシート状またはブロック状に成型加工したもの（例えば、特許文献１参照）や、カーボンブラックなどの誘電損失粉末を発泡ポリウレタンなどに含浸させてピラミッド状または楔状に加工したもの（例えば、特許文献２参照）などが使用されている。

これら特許文献１や特許文献２に記載の電波吸収体は、一般に広い周波数帯域にわたる電波吸収特性を示す。しかしながら、特許文献１にあるような、フェライトまたは軟磁性金属などの磁性粉末をゴムまたはプラスチックなどの絶縁マトリックスに混合分散させて成型加工した電波吸収体においては、高い電波吸収性能を求める場合にある程度の厚さが必要となり、比重の大きな材料を用いることになるために、その重量が大きくなってしまうといった問題点を有している。また、特許文献２にあるような、カーボンブラックなどの誘電損失粉末を発泡ポリウレタンなどに含浸させて加工した電波吸収体においては、その吸収性能が厚さに依存するため、所望の性能を得るためにピラミッド状または楔状にする工夫あるいは吸収方向に対するかなりの厚さが必要となるといった問題点を有している。

一方、このような特許文献１や特許文献２に記載の電波吸収体における重量や厚さの問題点を解決した薄型かつ軽量な電波吸収体として、複数の導電性ループが規則的に配置された周期ループパターン、中間層、および導電性反射層からなり、その厚さが吸収対象波長の0.027倍以上である電波吸収体（例えば、特許文献３参照）なども提案されている。
特開２００１−３０８５８４号公報特開平１０−０５１１８０号公報特開２００１−３５２１９１号公報

しかしながら、特許文献３にあるような、複数の導電性ループが規則的に配置された周期ループパターン、中間層、および導電性反射層からなり、その厚さが吸収対象波長の0.027倍以上である単一の大きさのパターンを周期的に並べた構造の電波吸収体においては、基本的に特定の（単一の）周波数に対して設計がなされ、周波数帯域が限定された狭帯域な特性となってしまい、複数の周波数に対しての電波吸収を実現することは困難であった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、電磁波の反射などによる通信障害を防止できるだけの反射減衰能力を有し、薄型化および軽量化が可能であり、かつ複数の周波数の電波を吸収可能な多周波電波吸収特性を有する電波吸収体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電波吸収体は、導体からなる導体層（１１）と、１層または複数層の誘電体からなる誘電体層（１２）と、導体からなるパターンを複数有するパターン層（１３）とを備え、前記パターン層（１３）における各パターンは、パッチパターン（１０１，２０１，３０１）の内部に少なくとも１つのループスロット（１０２，２０２，３０２）が形成されたパターンであることを特徴とする。

パターン層における各パターンは、パッチパターンの内部に１つのループスロットが形成されたパターンであってもよいし、パッチパターンの内部に２つ以上のループスロットが形成されたパターンであってもよい。パッチパターンの形状は、円形状（真円および楕円などを含む）、方形状（正方形、長方形、およびそれらの頂点を丸めたものなどを含む）、および多角形状（三角形などの多角形、およびその頂点を丸めたものなどを含む）などの任意の形状でよい。

ループスロットは、始点と終点とが同一である閉じた曲線または折れ線などによって構成される閉ループであってもよいし、始点と終点とが異なり、一部が途切れた曲線または折れ線などによって構成される開ループであってもよい。また、ループスロットの形状も、円形状、方形状、および多角形状などの任意の形状でよい。

本発明の電波吸収体によれば、パターン層のパターンがアンテナとして機能して電波を受信し、その受信の際に誘電体層への電磁波の漏れが生じ、その誘電体層の誘電損失成分により電磁波が熱に変換され、消費される。また、パターン層で受信されなかった電波であっても、パターン層および誘電体層を透過した電波は、その後、導体層で全反射などしてパターン層で受信され、誘電体層で熱に変換されて消費される。これらにより、本発明の電波吸収体は、電波を吸収して消費することができる。また、パターン層における各パターンが、パッチパターンの内部に少なくとも１つのループスロットが形成されたパターンであるため、パターン層が複数の周波数の電波を受信することができる。したがって、本発明によれば、電磁波の反射などによる通信障害を防止できるだけの反射減衰能力を有し、薄型化および軽量化が可能であり、かつ複数の周波数の電波を吸収可能な多周波電波吸収特性を有する電波吸収体を提供することができる。

また、本発明の電波吸収体において、前記パターン層（１３）における各パターンは、前記パッチパターン（１０１，２０１，３０１）の内部に１つの前記ループスロット（１０２，２０２，３０２）が形成されたパターンであることを特徴とする。

また、本発明の電波吸収体において、前記パターン層（１３）における各パターンは、前記パッチパターンとしての方形状パッチパターン（１０１，２０１，３０１）の内部に、前記ループスロットとしての１つの方形状ループスロット（１０２，２０２，３０２）が形成されたパターンであることを特徴とする。

また、本発明の電波吸収体において、前記パッチパターン（１０１，２０１，３０１）の最外周長が被吸収電波の１つの周波数に対応し、前記ループスロット（１０２，２０２，３０２）の１周長が被吸収電波の他の１つの周波数に対応することを特徴とする。
本発明の電波吸収体によれば、パッチパターンとループスロットそれぞれが受信する電波の周波数帯域を吸収対象の電波に合わせることができ、複数の周波数に対して吸収特性を得ることができる。したがって、本発明の電波吸収体によれば、電磁波の反射による通信障害などを効果的に防止することができる。

また、本発明の電波吸収体は、前記パッチパターン（１０１，２０１，３０１）の大きさおよび形状を変更せずに、前記ループスロット（１０２，２０２，３０２）の大きさあるいは形状のみを変更することによって、電波吸収特性を変更できることを特徴とする。
本発明の電波吸収体によれば、複数の周波数に対して吸収特性を得ることができると共に、パターン層における各パターンのパターン位置を変更せずに吸収対象の電波吸収特性を変更できるので、設計変更が容易な電波吸収体を提供することができる。

本発明によれば、電磁波の反射などによる通信障害を防止できるだけの反射減衰能力を有し、薄型化および軽量化が可能であり、かつ複数の周波数の電波を吸収可能な多周波電波吸収特性を有する電波吸収体を提供することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。本実施形態の電波吸収体は、例えば無線LAN（ Local Area Network ）システムなどにおける通信障害を防止する電波吸収体に好適である。無線LANシステムは、２．４５GHz帯の電波を用いて通信を行うものと、５．２GHz帯の電波を用いて通信を行うものがある。そこで、本実施形態の電波吸収体は、これら複数の無線LANシステムの不要電波を吸収し、係るシステムの通信エラーを回避するものとして好適である。例えば、無線LANのアクセスポイントを備えた会議室等における天井（天井の下面）や側壁面に、本実施形態の電波吸収体を設置することが好ましい。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による電波吸収体の概略構成を示す断面図である。本実施形態の電波吸収体は、厚さ１８μmの銅箔で形成された導体層１１（全面導体層）と、比誘電率４．３、誘電損失０．１、厚さ３mmの誘電体基板１２（誘電体層）と、銅箔で形成された複数のパターンが周期的に配置されているパターン層１３とを順次積層した構造を有している。導体層１１は電波を全反射する機能を有しており、導体の格子状のパターンからなる格子状導体層であってもよい。誘電体基板１２は１層の誘電体によって構成されているが、複数層の誘電体によって構成してもよい。

図２は、図１に示す電波吸収体の部分平面図であり、パターン層の詳細な構成を示している。パターン層１３は、一辺１８mmの正方形のパッチパターン１０１の内部に１つの正方形のループスロット１０２を形成した複数のパターンから構成されている。パッチパターン１０１は、ループスロット１０２を隔てて離間したパターン１０１ａおよび１０１ｂを有している。パッチパターン１０１は銅箔からなり、誘電体基板１２の上面に周期的に（すなわち互いに一定の間隔をもって規則的に）配置されている。各パッチパターン１０１は、隣り合うパッチパターン１０１の中心点同士の中心間隔が２２mmとなるように配置されている。ループスロット１０２は、スロット幅１mm、中心ループ長４４mmとした。

これらのパッチパターン１０１およびループスロット１０２を有するパターン層１３は、表面に銅箔が形成された誘電体基板１２について、フォトレジストマスクを用いて塩化第二鉄のエッチング液によりパターニングして形成することができる。

次に、上記のような構造を有する本実施形態の電波吸収体が持つ電波吸収特性の測定方法について説明する。まず、測定対象の周波数範囲の電波に対する反射量が−４０［ｄＢ］以下のピラミッドコーン形電波吸収体を、測定室内における壁面、床および測定面側方に設置しておく。そして、測定試料（本電波吸収体）に対する電波の入射角が所定の角度（例えば正面から５度）となるように送信用ホーンアンテナを配置し、送信用ホーンアンテナから出射された電磁波が測定試料で反射して向かう方向（光学反射の方向）に受信用ホーンアンテナを設置する。これら送受信用ホーンアンテナをベクトルネットワークアナライザに接続し、フリースペースタイムドメイン法を用いて、測定試料（電波吸収体）から反射されて到来する電波のみを分離してＳパラメータ（Ｓ２１）を測定する。

それぞれのホーンアンテナから所定の距離となる位置に金属反射板（Ｃｕ板）を設置し、送信用ホーンアンテナから所定周波数および所定強度の電波を出射させ、受信用ホーンアンテナの受信レベルを測定する。また、金属反射板（Ｃｕ板）と同一サイズの測定試料（電波吸収体）を金属反射板（Ｃｕ板）と同じ位置に設置し、金属反射板（Ｃｕ板）に出射する電波と同一の電波を送信用ホーンアンテナから出射させ、そのときの受信用ホーンアンテナの受信レベルを測定する。このようにして測定された金属反射板（Ｃｕ板）のときの受信レベルと、電波吸収体のときの受信レベルとの差（電力比）を反射減衰量として評価する。この測定の評価結果を図３に示す。図３より、パッチパターン１０１の最外周長７２ｍｍに対応した低周波側のおよそ２．７ＧＨｚと、ループスロット１０２の１周長４４ｍｍに対応した高周波側の５．９ＧＨｚの２つの周波数帯において吸収特性を示すことが分かる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による電波吸収体の部分平面図であり、パターン層の詳細な構成を示している。なお、本実施形態の積層構造は、図１に示される構造と同一となっている。パターン層１３は、一辺１８mmの正方形のパッチパターン２０１の内部に１つの正方形のループスロット２０２を形成した複数のパターンから構成されている。パッチパターン２０１は、ループスロット２０２を隔てて離間したパターン２０１ａおよび２０１ｂを有している。パッチパターン２０１は銅箔からなり、誘電体基板１２の上面に周期的に（すなわち互いに一定の間隔をもって規則的に）配置されている。各パッチパターン２０１は、隣り合うパッチパターン２０１の中心点同士の中心間隔が２２mmとなるように配置されている。ループスロット２０２は、スロット幅１mm、中心ループ長のみ変更して３６mmとした。

これらのパッチパターン２０１およびループスロット２０２を有するパターン層１３は、第１の実施形態と同様の方法で形成した。また、電波吸収特性の測定方法についても第１の実施形態と同様にして反射減衰量を測定し、評価した。

この測定の評価結果を図５に示す。図５より、およそ２．９ＧＨｚと７ＧＨｚの２つの周波数帯において吸収特性を示すことが分かる。本実施形態では、第１の実施形態に比べて短くなったループスロット２０２の１周長３６ｍｍに対応して、高周波側の吸収がより短波長の７ＧＨｚにシフトすることが分かる。また、その影響を受けて、パッチパターン２０１の最外周長７２ｍｍに対応した低周波側の吸収も２．９ＧＨｚにシフトしている。上記によれば、複数の周波数に対して吸収特性を得ることができると共に、パターン層における各パターンのパターン位置を変更せずに吸収対象の電波吸収特性を変更できるので、設計変更を容易に行うことができることが分かる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図６は、本実施形態による電波吸収体の部分平面図であり、パターン層の詳細な構成を示している。なお、本実施形態の積層構造は、図１に示される構造と同一となっている。パターン層１３は、一辺１８mmの正方形のパッチパターン３０１の内部に１つの正方形のループスロット３０２を形成した複数のパターンから構成されている。パッチパターン３０１は、ループスロット３０２を隔てて離間したパターン３０１ａおよび３０１ｂを有している。パッチパターン３０１は銅箔からなり、誘電体基板１２の上面に周期的に（すなわち互いに一定の間隔をもって規則的に）配置されている。各パッチパターン３０１は、隣り合うパッチパターン３０１の中心点同士の中心間隔が２２mmとなるように配置されている。ループスロット３０２は、スロット幅１mm、中心ループ長のみ変更して５２mmとした。

これらのパッチパターン３０１およびループスロット３０２を有するパターン層１３は、第１の実施形態と同様の方法で形成した。また、電波吸収特性の測定方法についても第１の実施形態と同様にして反射減衰量を測定し、評価した。

この測定の評価結果を図７に示す。図７より、およそ２．６ＧＨｚと５GHzの２つの周波数帯において吸収特性を示すことが分かる。本実施形態では、第１の実施形態に比べて長くなったループスロット３０２の１周長５２ｍｍに対応して、高周波側の吸収がより長波長の５ＧＨｚにシフトすることが分かる。また、その影響を受けて、パッチパターン３０１の最外周長７２ｍｍに対応した低周波側の吸収も２．６ＧＨｚにシフトしている。上記によれば、複数の周波数に対して吸収特性を得ることができると共に、パターン層における各パターンのパターン位置を変更せずに吸収対象の電波吸収特性を変更できるので、設計変更を容易に行うことができることが分かる。

（比較例）
次に、従来の電波吸収体（比較例）と、上述した本発明の第１〜第３の実施形態による電波吸収体との相違点について、図８と図９を参照して説明する。

図８は従来の電波吸収体の部分平面図であり、パターン層１３の詳細な構成を示している。なお、本比較例の積層構造は、図１に示される構造と同一となっている。パターン層１３は、一辺１８mmの正方形のパッチパターン４０１のみから構成されている。パッチパターン４０１は銅箔からなり、誘電体基板１２の上面に周期的に（すなわち互いに一定の間隔をもって規則的に）配置されている。各パッチパターン４０１は、隣り合うパッチパターン４０１の中心点同士の中心間隔が２２mmとなるように配置されている。

これらのパッチパターン４０１を有するパターン層１３は、第１の実施形態と同様の方法で形成した。また、電波吸収特性の測定方法についても第１の実施形態と同様にして反射減衰量を測定し、評価した。

この測定の評価結果を図９に示す。図９より、従来の電波吸収体は、およそ３．２ＧＨｚの周波数帯においてのみの吸収特性を示すことが分かる。換言すれば、本発明の第１〜第３の実施形態による電波吸収体は、薄型化および軽量化を図りながら、従来の電波吸収体と異なり、複数の周波数に対して吸収特性を得ることができる電波吸収体となる。したがって、複数の周波数帯が利用されているような無線ＬＡＮシステムなどにおいて用いられる電波吸収体として十分な性能を持つことができる。さらに、パッチパターン１０１，１０２，１０３の大きさおよび形状を変更せずに、ループスロット１０２，２０２，３０２の大きさあるいは形状のみを変更することによって電波吸収特性を変更できるので、本発明の第１〜第３の実施形態による電波吸収体は、設計変更が容易な電波吸収体となる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、第１〜第３の実施形態の電波吸収体におけるパターン層１３のパッチパターン１０１，２０１，３０１は方形パッチパターンであるが、それらの形状は、円形状（真円および楕円などを含む）、方形状（正方形、長方形、およびそれらの頂点を丸めたものなどを含む）、および多角形状（三角形などの多角形、およびその頂点を丸めたものなどを含む）などの任意の形状でよい。

また、ループスロット１０２，２０２，３０２は方形ループスロットであるが、それらの形状も、円形状、方形状、および多角形状などの任意の形状でよい。さらに、ループスロット１０２，２０２，３０２は、始点と終点とが同一である閉じた曲線または折れ線などによって構成される閉ループであるが、始点と終点とが異なり、一部が途切れた曲線または折れ線などによって構成される開ループであってもよい。

また、パターン層１３における各パターンは、パッチパターンの内部に１つのループスロットが形成されたパターンであってもよいし、パッチパターンの内部に２つ以上のループスロットが形成されたパターンであってもよい。

上記の実施形態では、本発明の電波吸収体を無線ＬＡＮシステムに適用する例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無線ＬＡＮシステム以外にも適用することができる。すなわち、パッチパターンおよびループスロットの形状、大きさ、配置を調整し、あるいは各層の厚さ、表面抵抗値、構成材料などを調整することにより、吸収対象とする電波の周波数および帯域を変更することができる。

本発明の第１の実施形態による電波吸収体の断面図である。同上の電波吸収体が有するパターン層の詳細構成を示す部分平面図である。同上の電波吸収体の電波吸収特性を示す参考図である。本発明の第２の実施形態による電波吸収体が有するパターン層の詳細構成を示す部分平面図である。同上の電波吸収体の電波吸収特性を示す参考図である。本発明の第３の実施形態による電波吸収体が有するパターン層の詳細構成を示す部分平面図である。同上の電波吸収体の電波吸収特性を示す参考図である。従来の電波吸収体（比較例）が有するパターン層の詳細構成を示す部分平面図である。同上の電波吸収体の電波吸収特性を示す参考図である。

符号の説明

１１・・・導体層、１２・・・誘電体基板（誘電体層）、１３・・・パターン層、１０１，２０１，３０１，４０１・・・パッチパターン、１０１ａ，１０１ｂ，２０１ａ，２０１ｂ，３０１ａ，３０１ｂ・・・パターン、１０２，２０２，３０２・・・ループスロット

Claims

導体からなる導体層と、１層または複数層の誘電体からなる誘電体層と、導体からなるパターンを複数有するパターン層とを備え、
前記パターン層における各パターンは、パッチパターンの内部に１つのみの閉ループのループスロットが形成され、該ループスロットによって分かれた２つのパターンであり、該２つのパターンのうち外側のパターンの外周の長さおよび該外周により形成される形状を変更せずに、前記ループスロットの大きさのみを変更することによって、電波吸収特性を変更できることを特徴とする電波吸収体。
前記パターン層における各パターンは、前記パッチパターンとしての方形状パッチパターンの内部に、前記ループスロットとしての１つのみの閉ループの方形状ループスロットが形成され、該方形状ループスロットによって分かれた２つのパターンであることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
前記パッチパターンの最外周長が被吸収電波の１つの周波数に対応し、前記ループスロットの１周長が被吸収電波の他の１つの周波数に対応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。