JP4905713B2

JP4905713B2 - 電波吸収体

Info

Publication number: JP4905713B2
Application number: JP2007223078A
Authority: JP
Inventors: 弘栗原; 幸治滝沢
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-08-29
Also published as: JP2009059728A

Description

本発明は、Ｗ型六方晶フェライトの粉体とマトリックスとを含有する電波吸収材からなる電波吸収層を有する電波吸収体に関する。

平板状の電波吸収体においては、特定の周波数または周波数範囲において良好な電波吸収特性となるように電波吸収体が設計されている。良好な電波吸収特性の基準としては、一般に、20dB以上とされる場合が多い。広帯域通信に用いられる電波やレーダー波の反射を抑制する目的で用いられる電波吸収体の中には、Ｘ帯（周波数8〜12.5GHz）やＫｕ帯（周波数12.5〜18GHz）において良好な電波吸収特性となるように設計されているものがある。このような用途では、10dB以上の電波吸収特性を有していれば十分な場合もある。また、Ｗ型六方晶フェライトの粉体とマトリックスからなる電波吸収体は、Ｘ帯やＫｕ帯において良好な電波吸収特性となることが知られている。Ｗ型六方晶フェライトの組成式は、Co_xMe_2-xBaFe₁₆O₂₇と示される。ここで、Meは２価の金属の１種または２種以上である。

下記特許文献１は、8〜12GHzの周波数では広帯域化および薄型化が実現でき、かつ12GHz以上の周波数でも使用できる電波吸収体の提供を目的とし（第２頁左欄第7〜10行）、Co_xMe_2-xBaFe₁₆O₂₇（0.6≦x≦0.7）で示される組成のフェライトの少なくとも１種をモル比で総量10／12以上含むフェライト粉末とマトリックスとを含有する電波吸収材料と、反射板とを有する電波吸収体を開示している（第２頁左欄第14〜24行）。

下記特許文献２は、組成式がAMe₂Fe₁₆O₂₇で示されるＷ型六方晶フェライトの結晶構造のｃ軸異方性化合物を有し、組成式のAはCa, Ba, Sr, Pbの一種又は二種以上であり、総量が２モルのMeは、Coを0.8モル以下、並びにMg, Mn, Fe, Ni, Cu, Znの一種又は二種以上を含むフェライト電波吸収材料を開示している（段落［００１７］）。
特公平５−１６６７９号公報特開２００５−３４７４８５号公報

特許文献１の図４には、組成式Co_xMe_2-xBaFe₁₆O₂₇のMeをZnとし、x=1.5またはx=1.0とした場合の電波吸収特性が示されている。x=1.5の場合には、Ｋｕ帯において良好な電波吸収特性となっているが、周波数12GHz程度未満では-10dB以下の反射量となっており、電波吸収特性の著しい低下が見られる。x=1.0の場合には、Ｘ帯において良好な電波吸収特性となっているが、周波数8GHz程度未満では-10dB以下の反射量となっており、電波吸収特性の著しい低下が見られる。

特許文献２の図２には、特許文献２の表１の組成No.3（組成式AMe₂Fe₁₆O₂₇で、AがBa_0.5とSr_0.5であり、Me₂はCo_0.6とZn_1.4である）、組成No.4（組成式AMe₂Fe₁₆O₂₇で、AがBa_1.0であり、Me₂はCo_0.5とZn_1.5である）の焼結用粉末を用い、これとポリカーボネート樹脂とを重量比75：25として複合電波吸収材を製作し、金属板で裏打ちし、電波吸収体を製作した場合の電波吸収特性が示されている。Ｘ帯及びＫｕ帯において良好な電波吸収特性となっているが、周波数8GHz程度未満では-10dB以下の反射量となっており、電波吸収特性の著しい低下が見られる。また、２つの組成のフェライトを用いているため、フェライトを製作する工程が少なくとも２度必要となり、１つの組成を用いた場合よりも高価な電波吸収体となることが推察される。

このように、特許文献１及び２の技術はいずれも、Ｘ帯（周波数8〜12.5GHz）あるいはＫｕ帯（周波数12.5〜18GHz）において良好な電波吸収特性を実現しうるものの、Ｘ帯未満の周波数範囲では著しく電波吸収特性が低下し、Ｘ帯未満の周波数帯を含めた広帯域な電波吸収特性を実現できないという問題を抱えていた。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、Ｘ帯もしくはそれ以上の周波数帯の電波吸収特性を良好に保ちつつ、Ｘ帯未満の周波数範囲において電波吸収特性の著しい低下を防止することの可能な電波吸収体を提供することにある。

本発明のある態様は、電波吸収体である。この電波吸収体は、
組成式が Co_xZn_2-xBaFe₁₆O₂₇ で示されるＷ型六方晶フェライトの粉体と、マトリックスとを含有する電波吸収材からなる電波吸収層を有し、
前記xは 1.1≦x≦1.2 であり、
前記電波吸収層の厚さが2mm以下であり、
前記Ｗ型六方晶フェライトの粉体が、１種のＷ型六方晶フェライトからなり、
本電波吸収材に占めるＷ型六方晶フェライトの粉体の体積混合比が36〜50％であり、
少なくとも周波数6〜18GHzにおける垂直入射に対して10dB以上の電波吸収特性を有することを特徴とする。

本発明によれば、組成を最適化したＷ型六方晶フェライトの粉体をマトリックスに適当量混合することにより、Ｘ帯もしくはそれ以上の周波数帯の電波吸収特性を良好に保ちつつ、Ｘ帯未満の周波数範囲において電波吸収特性の著しい低下を防止することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電波吸収体は、組成式が Co_xZn_2-xBaFe₁₆O₂₇（以下「組成式１」とも表記）で示されるＷ型六方晶フェライトの粉体をマトリックスに適当量混合した電波吸収材からなる厚さ2mm以下の電波吸収層を有する。上記組成式１の前記xは 0.6≦x≦1.2である。これにより少なくとも周波数6〜18GHzにおいて10dB以上の電波吸収特性を実現する。

マトリックスは、ゴム、樹脂、無機バインダー、無機・有機ハイブリッドバインダーからなってよい。ゴムは、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、塩素化ポリエチレンゴムなどから選ばれた少なくとも１種を含むものであってよい。樹脂は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ABS（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合）樹脂、AES（アクリロニトリル・エチレンプロピレン・スチレン共重合）樹脂、EVA（エチレン酢酸ビニル共重合）樹脂などから選ばれた少なくとも１種を含むものであってもよい。

また、マトリックスは未硬化樹脂であってもよく、この場合、電波吸収材は未硬化電波吸収材となる。未硬化樹脂としては、熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂が挙げられる。熱硬化型樹脂としては、エポキシ系樹脂が挙げられる。紫外線硬化型樹脂としては、エポキシ系樹脂が挙げられる。マトリックスが未硬化樹脂である場合には、硬化剤の添加や熱照射、紫外線照射によって、未硬化電波吸収材を硬化させて電波吸収体を製作する。この場合、未硬化電波吸収材を任意の形状にした後に電波吸収体を製作できるので、複雑な形状の電波吸収体を製作することも可能である。

Ｗ型六方晶フェライトの粉体と、マトリックスとを含有する電波吸収材は、電波吸収塗料であってもよい。この場合、電波吸収材は塗布後に硬化するものである。

電波吸収材は、さらに強化繊維を含有していてもよい。強化繊維は、誘電体からなるものが好ましく、ガラス繊維、樹脂繊維（ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（PBO）繊維）から選ばれた１種または２種以上であってもよい。電波吸収材は、強化繊維からなる布の片側または両面に電波吸収材料（Ｗ型六方晶フェライトの粉体、マトリックスを含む）からなる層を設けたものであってもよい。強化繊維からなる布は、不織布や織布の布状であってもよい。また、強化繊維からなる布と電波吸収材料からなる層状の電波吸収材を複数重ね合わせて電波吸収層を構成してもよい。

前記電波吸収材を平板状あるいはシート状等の所定形状にした電波吸収層を有する電波吸収体は、電波反射体で裏打ちされたものであってもよい。電波反射体としては、金属板、金属メッシュ、金属被覆樹脂製クロス、カーボン繊維クロス、金属または金属酸化物被覆フィルム、金属または金属酸化物被覆ガラスなどが挙げられる。金属板としては、鉄板、アルミ板、銅板、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス板、チタン板などが挙げられる。金属メッシュは、織布状であっても、不織布状であってもよく、その材質は、鉄、銅、ステンレスなどであってもよい。カーボン繊維クロスは、織布状であっても、不織布状であってもよい。金属被覆樹脂製クロスは、織布状であっても、不織布状であってもよく、樹脂製クロスをなす樹脂繊維の表面にニッケル、銅、銀、金、パラジウムなどの金属薄膜を形成したものであってもよい。金属または金属酸化物被覆フィルムは、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂からなるフィルムの表面に、アルミ、金、銀、銅などの金属やITO（酸化インジウム錫）、酸化錫などの金属酸化物からなる薄膜を形成したものであってもよい。金属または金属酸化物被覆ガラスは、ガラスの表面に、アルミ、金、銀、銅などの金属やITO（酸化インジウム錫）、酸化錫などの金属酸化物からなる薄膜を形成したものであってもよい。

また、電波反射体は、金属被覆樹脂製クロスまたはカーボン繊維クロスに未硬化樹脂を含浸した未硬化樹脂含浸金属被覆樹脂製クロスまたは未硬化樹脂含浸カーボン繊維クロスであってもよく、マトリックスが未硬化樹脂からなる未硬化電波吸収材を用いて電波吸収体を製作する場合に好適に用いられる。この場合、未硬化樹脂含浸金属被覆樹脂製クロスまたは未硬化樹脂含浸カーボン繊維クロスの未硬化樹脂と、未硬化電波吸収材の未硬化樹脂は、同一であることが好ましい。なお、電波反射体の形状は、板状のものに限らず、円筒、角柱、球面、楕円球面やさらに複雑な形状のものであってもよい。

裏打ちは、接着層を介してなされてもよく、接着層は、接着剤や両面テープであってよい。また、裏打ちは、粘着層付金属箔テープを貼り付けることによってなされてもよい。
電波吸収体が電波反射体で裏打ちされない場合や、裏打ちが不完全な場合には、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の状態（図１参照）を考慮して電波吸収体を設計する必要がある。到来電波を遠方界として取り扱える場合には、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の電波透過方向の入力インピーダンス（図１参照）を用いて電波吸収体を設計すればよい。

以下、電波吸収特性の設計と、電波吸収体の実施例について説明する。ここでは、上記組成式１のＷ型六方晶フェライト粉体は、組成式CoO、ZnO、BaCO₃、Fe₂O₃の粉体を所定のモル数となるよう配合し、焼成炉において+200℃／hrで昇温させ、設定温度1250℃で15時間保ち、-200℃／hrで800℃まで冷却し、常温となるまで炉内で放置して焼成したフェライトを、湿式ボールミルにて24時間粉砕し、粉砕後乾燥することによって製作されたものである。なお、焼成条件や粉砕条件は、所望とするＷ型六方晶フェライトの粉体の条件によって調整され得るものである。マトリックスは、クロロプレンゴムからなるものである。Ｗ型六方晶フェライトの粉体をマトリックスに混合分散することで電波吸収材を得る。また、電波吸収材を用いた電波吸収体は、平板状であり、金属板（電波反射体）で裏打ちされているものとする。

図２(a)〜(c)は、前記電波吸収体の周波数6〜18GHzにおける垂直入射時の電波吸収特性の下限値を計算した設計チャートであり、(a)は上記組成式１で x=1.1、(b)は上記組成式１で x=1.2、(c)は上記組成式１で x=1.3 の場合をそれぞれ示す。各図において、電波吸収材に占めるＷ型六方晶フェライト粉体の体積混合比を0〜50%の範囲で変化させ、電波吸収材からなる電波吸収体の厚さ（裏打ち金属板の厚さは含まず、電波吸収層の厚さをいう）を1.5〜4.0mmの範囲で変化させている。

図２(a)(b)より、x=1.1またはx=1.2の場合には、周波数6〜18GHzの全域において反射減衰量が10dB以上となる設計値（すなわちＷ型六方晶フェライト粉体の体積混合比および電波吸収層の厚さ）が存在することがわかる。一方、図２(c)より、x=1.3の場合には、周波数6〜18GHzの全域において反射減衰量が10dB以上となる設計値が存在しないことがわかる。そのため、上記組成式１において、xは1.2以下であることが好ましいとわかる。また、特許文献１にも記載されているようにx＜0.6では高周波特性が低下してしまうことを考慮すると、上記組成式１のようにCo_xMe_2-xBaFe₁₆O₂₇の前記MeがZnのみである場合おいては、xは、0.6≦x≦1.2の範囲にあることが好ましい。

このように、上記組成式１でx=1.1またはx=1.2とした場合は、周波数6〜18GHzの全域において反射減衰量が10dB以上という極めて広帯域な電波吸収特性となる設計値が存在し、その設計値において電波吸収層の厚さは2mm以下であり、薄型の電波吸収体となることもわかる。さらに、極めて広帯域な電波吸収特性を有するものの、Ｗ型六方晶フェライトは１種（すなわち、xが選択した１つの値）のみでよく、特許文献２の図２に示されるような２つの組成のフェライトを用いる電波吸収体よりも安価となるものと推察される。

図３は、本発明の実施例１及び２の電波吸収特性を示した周波数特性図である。

図３の実施例１は、図２(a)の設計チャートに基づいて選定した設計点（電波吸収材に占めるフェライトの体積混合比40%、電波吸収層の厚さ1.85mm）における垂直入射時の電波吸収特性の計算値を示した周波数特性図である。本図より、少なくとも6〜18GHzの周波数範囲において10dB以上の電波吸収特性を有しており、Ｘ帯未満の周波数範囲における電波吸収特性の著しい低下を防止した電波吸収体であることがわかる。

図３の実施例２は、組成式がCo_xZn_2-xBaFe₁₆O₂₇で示され、xが1.1であるＷ型六方晶フェライトの粉体と、クロロプレンゴムからなるマトリックスとを含有する電波吸収材からなる電波吸収層を有し、厚さ約0.01mmの接着層を介して金属板（電波反射体）で裏打ちされ、平板状である電波吸収体において、電波吸収材に占めるフェライトの体積混合比を36.7%とし、電波吸収層の厚さを2.0mmとした場合における垂直入射時の電波吸収特性の測定値を示した周波数特性図である。ここで、Ｗ型六方晶フェライトは、組成式CoO、ZnO、BaCO₃、Fe₂O₃の粉体を所定のモル数となるよう配合し、焼成炉において+200℃／hrで昇温させ、設定温度1275℃で15時間保ち、-200℃／hrで800℃まで冷却し、常温となるまで炉内で放置して焼成したフェライトを、湿式ボールミルにて24時間粉砕し、粉砕後乾燥することによって製作されたものである。本図より、少なくとも6〜18GHzの周波数範囲において10dB以上の電波吸収特性を有しており、Ｘ帯未満の周波数範囲における電波吸収特性の著しい低下を防止した電波吸収体であることがわかる。

このように本実施の形態によれば、組成を最適化したＷ型六方晶フェライトをマトリックスに適当量混合することにより、Ｘ帯未満の周波数範囲において電波吸収特性の著しい低下を防ぎ、周波数6〜18GHzにおいて少なくとも10dB以上の電波吸収特性を有する電波吸収体を実現することができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素には請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施の形態に関し、電波吸収体の電波が到来する面の反対側の電波透過方向の入力インピーダンスに配慮して設計する場合の説明図である。周波数6〜18GHzにおける垂直入射時の電波吸収特性の下限値を計算した設計チャートであり、(a)は上記組成式１で x=1.1、(b)は上記組成式１で x=1.2、(c)は上記組成式１で x=1.3 の場合をそれぞれ示す。本発明の実施例１及び２の電波吸収特性を示した周波数特性図である。

Claims

組成式が Co_xZn_2-xBaFe₁₆O₂₇ で示されるＷ型六方晶フェライトの粉体と、マトリックスとを含有する電波吸収材からなる電波吸収層を有し、
前記xは 1.1≦x≦1.2 であり、
前記電波吸収層の厚さが2mm以下であり、
前記Ｗ型六方晶フェライトの粉体が、１種のＷ型六方晶フェライトからなり、
本電波吸収材に占めるＷ型六方晶フェライトの粉体の体積混合比が36〜50％であり、
少なくとも周波数6〜18GHzにおける垂直入射に対して10dB以上の電波吸収特性を有することを特徴とする電波吸収体。