JP4889180B2

JP4889180B2 - 多周波帯対応電波吸収体

Info

Publication number: JP4889180B2
Application number: JP2002303579A
Authority: JP
Inventors: 好伸岡野; 烈士佐藤
Original assignee: Gotoh Educational Corp
Current assignee: Gotoh Educational Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP2004140194A

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しつつ、外部空間への電磁波漏洩を遮断すべく特定の電磁波を吸収する電波吸収体に関し、特に、複数の周波数の電磁波の吸収に優れた電波吸収体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オフィスや工場等において、情報交換に無線ＬＡＮ（Local Area Network）が使用されている。しかし、無線ＬＡＮを単純に導入しただけでは、電磁波が外部に漏れて機密情報が外部に漏洩したり、電磁波がオフィスや工場の壁・天井等で反射することにより、空間内に反射波が減衰せずに残存して、通信環境を悪化させ、符号誤り率が高くなったり、情報伝達レートが低下したりする場合がある。
【０００３】
上記問題点に対応するために、無線通信に使用する特定の周波数の電磁波を吸収する１／４λ型電波吸収体が開発されている。
図１１に示すように、１／４λ型電波吸収体３１は、金属箔３３と抵抗被膜３５に１／４λ（λは吸収対象電磁波の波長）の間隔ＤＢを置いて対向して配置された電気抵抗体を塗布したフィルムまたは布（以下、抵抗被膜と呼ぶ。）３５とから構成されている。
【０００４】
１／４λ型電波吸収体３１が電磁波を吸収する原理を図１２を参照して説明する。抵抗被膜３５に入射した波長λの電磁波（イ）は、抵抗皮膜３５を透過し、金属箔３３に達するまでに位相が９０°変化する。電磁波（イ）は金属箔３３に反射されて、位相が反転する。従って、この時点で電磁波（イ）は、抵抗被膜３５を通過したときと比較して、９０°＋１８０°＝２７０°の位相変化を起している。金属箔３３で反射された入射電磁波（イ）は抵抗被膜３５の位置まで戻る間にさらに９０°位相が変化する。従って、電磁波（イ）と後から入射した電磁波（ア）との位相差は３６０°となり先の入射波（イ）と後の入射波（ア）とは同一位相関係となる。結果として、電磁波（ア）と（イ）とは互いに強め合い、電磁波の強度は抵抗被膜３５の位置で最大値を得る。すると、電磁波のエネルギーは効率的に抵抗被膜３５に吸収され、最終的に熱に変わり、電磁波の反射が解消される。
【０００５】
図１３には、金属箔３３と抵抗被膜３５との間隔ＤＢを１６ｍｍとした場合の１／４λ型電波吸収体３１の周波数と反射損失との評価の結果を示す。図１３の縦軸の「Reflection loss」は入射電界強度に対する反射電界強度の割合を示し、「Reflection loss」＝２０×（常用対数）×（入射電界強度／反射電界強度）として計算されている。また、横軸は入射電磁波の周波数を示す。
【０００６】
従来の１／４λ型電波吸収体３１では、図１１が示すように、特定の波長の電磁波しか吸収できない（特許文献１参照）。
【０００７】
現在では、２．４ＧＨｚ帯（λ＝１２５ｍｍ）と５．２ＧＨｚ帯（λ＝５７．７ｍｍ）との複数の周波数帯が無線ＬＡＮ通信に利用されている。従来の１／４λ型電波吸収体３１は、このような環境下では、どちらか一方の周波数帯の電波を吸収することしかできず、周波数別に複数の吸収体を用意しなければならない。しかしながら、電磁波の周波数別に１／４λ型電波吸収体３１を製造・配置することは煩雑で、また、コスト的にも不利である。
【０００８】
また、電波吸収体の構造を複雑にすれば、複数の周波数に対応することも可能であるが、構造が複雑化し、大型化し、製造が困難となり、さらに、製造コストも高くなってしまう。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−１１４８１３公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたもので、単体で多周波帯に対応可能な電波吸収体を提供することを目的とする。
また、この発明は、簡単な構造で小型でありながら、複数周波帯の電磁波を吸収可能な電波吸収体を提供することを他の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、導電体から構成された第１の膜と、抵抗体から構成された第２の膜と、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、方形の導体膜から構成された第３の膜と、を備え、前記第３の膜は、第１の膜から所定距離離れた位置にマトリクス状に配置された複数の方形の導体膜、又は、前記第１の膜から所定距離離れた位置に配置され、複数の開口が形成された方形の導体膜から構成され、前記所定距離は、第１周波数の電磁波と、該第１周波数よりも高い第２周波数の電磁波と、の双方の位相が、前記第２の膜から入射されて前記第１の膜で反射して前記第２の膜に戻ってくるまでに略３６０°変化して、該第１周波数の電磁波と該第２周波数の電磁波との双方が吸収されるように定められている、ことを特徴とする電波吸収体である。
【００１３】
また、前記第３の膜は、前記第１の膜と第２の膜との間に配置された方形の導体膜の層を複数層備えてもよい。
【００１４】
前記第１の膜と第３の膜及び第３の膜と第２の膜との間に配置された誘電体、を備えてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る電波吸収体について図面を参照して説明する。
本実施の形態の電波吸収体１１は、図１に示すように分解斜視図で、図２に側面図で示すように、ほぼ方形の導体箔１３と、導体箔１３に対向して配置された方形の抵抗被膜１５と、導体箔１３と抵抗被膜１５の間に配置された導体層１７と、これらの間を充填する樹脂１９（図２）と、これら全体を被覆する保護層（図示せず）とより構成される。
【００１６】
導体箔１３は、電波の完全反射体である銅、アルミニウム又はそれらの合金等の金属の方形の膜から形成され、例えば、縦横３０cmから１ｍ、厚さ１００μｍ〜１ｍｍに形成される。
【００１７】
抵抗皮膜１５は、導体箔１３とほぼ等しいサイズで、導体箔１３から１６ｍｍ離れた位置に配置され、導電率が５Ｓ／ｍの膜から構成される。抵抗被膜１５は、例えば、電気抵抗体であるマンガニン等のＣｕ合金膜、貴金属合金膜、炭素膜、あるいは、Ｐｔ・Ａｕ・Ｐｂ等の貴金属塩又はＳｎＯ_２等の金属の酸化物等を塗布したフィルム又は布、から構成される。
【００１８】
導体層１７は、一辺の長さが１５０ｍｍの正方形の複数の導体膜１７ａが、導体箔１３から３ｍｍの位置に、相互に２０ｍｍの間隔でマトリクス状に配置させて構成される。各導体膜１７ａは、導体箔１３と同様、電波の完全反射体である銅、アルミニウム又それらの合金等の金属から構成される。
【００１９】
樹脂１９は、導体箔１３と導体層１７の間及び導体層１７と抵抗皮膜１５との間に充填された、例えば、誘電率が１．１〜１．３の、発泡スチロール等の樹脂から構成される。
【００２０】
図示せぬ保護層は、プラスチック等の樹脂から構成され、電波吸収体１１全体をカバー・保護する。電波吸収体１１は、縦横３０ｃｍ〜１ｍ、厚さ１８〜２２ｍｍ程度の方形板状に構成されている。
【００２１】
次に、この電波吸収体の製造方法を図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
まず、厚さ３ｍｍで、誘電率が１．１〜１．３の発泡スチロール板１９ａを用意する。図３（ａ）に示すように、発泡スチロール板１９ａの一主面に、この発泡スチロール板１９ａとほぼ同一サイズの導体箔１３を接着する。次に、発泡スチロール板１９ａの他主面に、図３（ｂ）に示すように、一辺が１５０ｍｍの正方形の導体膜１７ａを２０ｍｍの間隔で配置・接着する。
【００２２】
一方で、発泡スチロール板１９ａとほぼ同一のサイズ・材質で、厚さが１３ｍｍの発泡スチロール板１９ｂを用意する。このスチロール板１９ｂの一主面に、この抵抗被膜１５を接着する。
【００２３】
次に、発泡スチロール板１９ａの他主面と発泡スチロール板１９ｂの他主面とを、図３（ｃ）に示すように接着する。
その後、必要に応じて、全体を樹脂などで構成された保護膜でカバーする。
【００２４】
上記構成の電波吸収体１１の電波吸収特性を図４に示す。
この特性は、抵抗被膜１５側から、電波吸収体１１に垂直に２〜６ＧＨｚの電磁波を照射し、各周波数における「Reflection loss」を測定して得られたものである。さらに、図４には、比較のため、図１１に示した従来の１／４λ型電波吸収体３１の「Reflection loss」も示す。
【００２５】
図４に示す特性から明らかなように、従来の１／４λ型電波吸収体３１では特定の１つの周波数帯の電磁波においてのみ反射波抑圧特性を発揮しているが、この実施形態の電波吸収体１１は、２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯の２つの周波帯の電磁波において良好な反射波抑圧特性を発揮している。
【００２６】
従って、この実施形態の電波吸収体１１は、単体で、無線ＬＡＮに割り当てられている周波数帯である２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯との２周波帯に対応可能である。
【００２７】
この点を原理的に説明すると、従来の１／４λ型電波吸収体３１を電磁波の視点から捉えた等価的な電気回路は図５のようになる。図５の等価的な電気回路（等価回路）は、端子ａと端子ｂとに接続された抵抗Ｒ３５と、端子ａに接続されたインピーダンスＺ_０と、端子ｂに接続されたインピーダンスＺ_０とから構成されており、また、インピーダンスＺ_０同士は互いに接続されている。抵抗Ｒは、抵抗被膜３５と等価であり、インピーダンスＺ_０は、導体箔３３での入射電界の位相を９０°遅らせるインピーダンスである。
【００２８】
これに対し、本実施の形態にかかる電波吸収体１１の等価回路は図６に示すように、図５の等価回路のインピーダンスＺ_０の他にインピーダンスＺ_ｘを追加したものとして表される。図６の等価的な電気回路（等価回路）は、端子ａと端子ｂとに接続された抵抗Ｒ１３と、端子ａに接続されたインピーダンスＺ_Ｘと、インピーダンスＺ_Ｘに接続されたインピーダンスＺ_０と、端子ｂに接続されたインピーダンスＺ_Ｘと、インピーダンスＺ_Ｘに接続されたインピーダンスＺ_０とから構成されており、また、インピーダンスＺ_０同士は互いに接続されている。抵抗Ｒは、抵抗被膜１５と等価であり、インピーダンスＺ_０は、導体箔１３での入射電界の位相を９０°遅らせるインピーダンスであり、インピーダンスＺ_ｘは、導体箔１３と導体層１７とによって形成されるインピーダンスである。
【００２９】
入射周波数が５．２ＧＨｚの場合、図６の等価回路は、インピーダンスＺ_ｘがインピーダンスＺ_０に比べて無視できるほど小さくなるため、図５の等価回路とほぼ等しくなる。よって、入射周波数に関して電波吸収体１１は、図４に示すように、従来の１／４λ型電波吸収体３１と同様の傾向を示し、５．２ＧＨｚ帯の入射周波数の電磁波を効果的に吸収することができる。
【００３０】
一方、入射周波数が２．４ＧＨｚの場合、導体箔１３と抵抗被膜１５との間隔は１／４λより短いため、インピーダンスＺ_０のみでは、入射電界の位相を３６０°変化させることはできない。しかし、この場合、インピーダンスＺ_ｘがインピーダンスＺ_０を補完し、これらの合成インピーダンスＺ_１（＝Ｚ_０＋Ｚ_Ｘ）全体として入射電界の位相を３６０°変化させることができる。よって、電波吸収体１１は、図４に示すように、２．４ＧＨｚ帯の入射周波数の電磁波をも効果的に吸収することができる。
また、上述のように、導体箔１３と抵抗被膜１５との間隔が１／４λより短くても吸収効果を得ることができることから、従来の２．４ＧＨｚ帯対応の１／４λ型電波吸収体よりも薄型に形成することができる。
【００３１】
従って、この電波吸収体１１を、無線ＬＡＮを使用している室内の壁面、床、天井の全面又は一部に配置することにより、使用されている周波数帯にかかわらず、電磁波の反射を抑え、良好な通信環境を維持できる。しかも、外部への電磁波の漏洩も防止できる。また、構成が非常に簡単・軽量で、厚さも比較的薄く形成することができる。
【００３２】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。上記の実施形態において示した数値、吸収対象の周波数帯域２．４ＧＨｚ帯と５．２ＧＨｚ帯とは一例であり、任意に変更可能である。さらに、導体箔１３と抵抗被膜１５との間隔１６ｍｍ、導体箔１３と導体層１７との間隔３ｍｍなどは、吸収対象の周波数帯域及び樹脂１９の誘電率等に応じて任意に変更可能である。同様に、導体層１７を構成する導体膜１７ａのサイズ１５０ｍｍ×１５０ｍｍや、その間隔２０ｍｍも、吸収対象となる周波数帯や希望する吸収特性等に応じて適宜変更可能である。また、導体膜１７ａの形状は方形に限定されず、図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、三角形、円形等であってもよい。
【００３３】
また、導体層１７を複数の導体層から構成するのではなく、導電性のメッシュから構成されてもよい。例えば、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、方形、三角形、円形等の開口が形成されたメッシュ（網）状の１枚の導体膜から導体層１７を形成してもよい。
【００３４】
さらに、本発明は、２つの電波吸収帯域を備える電磁波吸収体に限定されるものではなく、３以上の吸収周波帯を備えるものにも対応可能である。この場合には、例えば、図９（ａ）、（ｂ）に断面で示すように、導体箔１３と抵抗被膜１５の間に、減衰対象の周波数の数と周波数に応じて、導体層１７を複数層配置すればよい。電波吸収体の中間層に挿入する導体層１７のサイズや配置位置を選択することにより、様々な周波帯を吸収帯域とすることが可能である。例えば、導体箔１３と抵抗被膜１５との間にｎ層の導体層１７を配置すれば、ｎ＋１周波帯に対応可能な電波吸収体を実現することができる。
【００３５】
また、図１０に示すように、電波吸収体１１上に、形状やサイズの異なる導体層１７を配置することにより、多数の周波数の電磁波を吸収できるようにしてもよい。
【００３６】
上記実施の形態では、樹脂１９として発砲スチール版を使用する例を示したが、樹脂１９の材質は任意である。誘電率の高い材質を使用すれば、電波吸収体をさらに薄くすることが可能である、例えば、樹脂１９として、チタン酸バリウム、ロシェル塩又はジルコン酸鉛等の高誘電体を混入したプラスチップ樹脂などを使用すれば、厚さ数ｍｍの電波吸収体１１も製造可能である。
【００３７】
なお、これまで特に説明はしなかったが、本発明の電波吸収体に吸収される電磁波は、垂直偏波、水平偏波、円偏波いずれの電磁波でもよい。このため、本発明の電波吸収体は、無線ＬＡＮから放出される垂直偏波や水平偏波の電磁波のみならず、ＢＳ（Broadcasting Satellite）放送等から放出される円偏波の電磁波にも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば多周波帯に対応可能な電波吸収体の実現が可能となる。また、簡単な構造であるため工業化するに当たり大変有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる電波吸収体の分解斜視図である。
【図２】図１に示す電波吸収体の側面から見た断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１及び図２に示す構成の電波吸収体の製造方法を説明するための工程図である。
【図４】実施の形態に係る電波吸収体の特性と従来の電波吸収体の特性とを対比して示す図である。
【図５】従来の電波吸収体の等価回路図である。
【図６】実施の形態に係る電波吸収体の等価回路図である。
【図７】図１及び図２に示す導体層の変形例を示す図である。
【図８】導体層をメッシュから構成した変形例を示す図である。
【図９】導体層を多層構造とした変形例を示す図である。
【図１０】導体層の構造を領域で異なるように形成した変形例を示す図である。
【図１１】従来の１／４λ型電波吸収体の分解斜視図である。
【図１２】従来の１／４λ型電波吸収体が電磁波を吸収する原理を説明するための図である。
【図１３】従来の１／４λ型電波吸収体の特性図である。
【符号の説明】
１１電波吸収体
１３導体箔
１５抵抗被膜
１７導体層
１９樹脂

Claims

導電体から構成された第１の膜と、
抵抗体から構成された第２の膜と、
前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、方形の導体膜から構成された第３の膜と、
を備え、
前記第３の膜は、第１の膜から所定距離離れた位置にマトリクス状に配置された複数の方形の導体膜、又は、前記第１の膜から所定距離離れた位置に配置され、複数の開口が形成された方形の導体膜から構成され、
前記所定距離は、第１周波数の電磁波と、該第１周波数よりも高い第２周波数の電磁波と、の双方の位相が、前記第２の膜から入射されて前記第１の膜で反射して前記第２の膜に戻ってくるまでに略３６０°変化して、該第１周波数の電磁波と該第２周波数の電磁波との双方が吸収されるように定められている、ことを特徴とする電波吸収体。
前記第３の膜は、前記第１の膜と第２の膜との間に配置された方形の導体膜の層を複数層備えることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
前記第１の膜と第３の膜及び第３の膜と第２の膜との間に配置された誘電体、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電波吸収体。