JP5479540B2

JP5479540B2 - 電波吸収体

Info

Publication number: JP5479540B2
Application number: JP2012155096A
Authority: JP
Inventors: 敬太廣瀬
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: US20140132440A1; CN103547134A; CN103547134B; KR20140007770A; EP2685802A2; KR101420059B1; EP2685802A3; US9263802B2; JP2014017425A

Description

本発明は、電波吸収体に関し、さらに詳しくは、垂直入射のみならず斜入射特性に優れる小型の電波吸収体に関する。

近年、高度情報化の進展に伴い、各種通信機器や電子機器から発生する微弱電磁波がテレビ・ラジオ、通信、医療、船舶、及び航空機等の計器類等に誤動作を引き起こす電磁波障害（ＥＭＩ）が問題となり、国際的にも電磁波の規制が求められている。そのため、電磁波障害等の原因となり得るノイズを発生する各種通信機器やパソコン等のメーカーには、電子機器から発生するノイズを正確に計測し、その対策を講じることが要求されている。即ち、電子機器等から発生する極微弱な電磁波を高性能な計測器で高精度に測定し、有害な電磁波の発生を防止する対策が求められている。ここで、問題となるのが、電磁波を計測する環境であり、極微弱な電磁波を正確に計測するためにはノイズ等外乱のない高性能な電波暗室が必要となる。

従来、電波暗室用の電波吸収体としては、図１に示すように板状成形体１と多角錐形状又はウエッジ（くさび）形状の成形体２を一体成形した構成が用いられてきた。これらの電波吸収体材料としては、例えば、ウレタン、スチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂にカーボン等の導電材料を混入し、発泡させた誘電損失体が用いられている。この電波吸収体をフェライトタイル上に設置した複合電波吸収体では、１００ＭＨｚ以上の高周波数領域の電磁波を誘電損失体により吸収し、低周波数領域の電磁波を磁性吸収体板（フェライトタイル）により吸収するため、誘電損失体の高さを低くしても良好な電波吸収特性が得られ、電波暗室の小型化が実現できることが知られている。

多角錐形状の電波吸収体に関しては、多くの提案がなされている。例えば、特許文献１には、フェライトタイルと楔又はピラミッド形状の上部吸収体を接合した電波吸収体において、上部吸収体を、周波数１ＭＨｚ以上において比誘電率４．９以下である汎用樹脂中にフェライト粉を分散させた成形体とすることが開示されている。この構成では、従来の上部吸収体の高さで、高周波への対応が可能であることが記載されている。また、特許文献１では、ピラミッド形状成形体４個の底面を連結した一体パネル形状で、パネル中央部と側端部４箇所にビス留めのための部分（貫通孔等）を成形することにより、確実な固定が可能となり、施工も容易であることが示されている。
特許文献１の構成では、垂直入射の電磁波に対しては、優れた吸収特性を発揮する。しかしながら、実際の電磁波測定において、電磁波は電波暗室の天井及び横壁に所定の角度を持って入射し、例えば、１０ｍ法暗室での入射角θは４０°程度となる。近年、より小型で、高性能の電波暗室が求められており、このような要求を満たすためには、垂直入射に対してのみならず、斜入射の電磁波に対しても優れた電波吸収特性（斜入射特性）を有する電波吸収体が必要となる。しかしながら、上部吸収体の全ての側面角度が一定である特許文献１の電波吸収体の形状では、垂直入射が重視されており、斜入射特性については十分な考慮がなされているとはいえない。
また、特許文献１の構成で、ビス留めのための部分を設けるためには、図１に示すように、板状の成形体１上で、隣接するピラミッド形状の成形体２を所定間隔離して配置し、中央にもビス留め等のための平面部を設ける必要がある。このような電波吸収体の構成では、平坦面での電磁波の反射により、電波吸収性能が低下するため、ピラミッド形状の成形体２の高さを高くする等の対応が求められる。

特開2000-188513号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、垂直入射のみならず斜入射特性に優れ、小型でより高性能な電波暗室の設計に適した電波吸収体を提供することを目的とする。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、四角形の板状成形体上に、中心に平坦部を残して、底面が長方形の複数（４個）の長方錘成形体を板状成形体の外周に沿って、長辺と短辺を交互に接触させて配置した構成とすることにより、小型の電波吸収体であっても、優れた垂直入射特性が実現されるとともに斜入射特性も向上することを見出し、本発明に想到した。即ち、本発明の電波吸収体は、四角形の板状成形体上に、中心に平坦部を残して、底面が長方形の複数（４個）の長方錘成形体を板状成形体の外周に沿って、長辺と短辺を交互に接触させて配置したことを特徴とする。

本発明では、複数の長方錘成形体の底面の長辺と短辺を交互に接触させて配置し、中心に平坦部を残す構成を採用している。このため、成形体同士を密接させることができ、成形体間に形成される底面の平坦部における電磁波の反射が抑えられるため、小型の成形体でも優れた電波吸収特性が得られる。中心の平坦部は留め具等の設置箇所として用いることができるため、施工性も維持できる。さらに、本発明の電波吸収体では長方錘側面の傾斜角度が場所により異なるため、斜入射特性が向上する。

従来の電波吸収体の形状を示す上面図（Ａ）及び斜視図（Ｂ）である。本発明の電波吸収体の一態様を示す上面図（Ａ）及び斜視図（Ｂ）である。本発明の電波吸収体の他の態様を示す上面図（Ａ）及び斜視図（Ｂ）である。

以下に本発明の電波吸収体について詳細に説明する。
図２に本発明の電波吸収体の一例を示す。板状成形体１の中心部に正方形の平坦部４を残し、底面が長方形の長方錘（ウエッジ形状）成形体５を４個、板状成形体１の外周に沿って、長辺と短辺が互いに接触するように配置した。本構成を採用することにより、留め具等設置用の平坦部４を確保しつつ、長方錘の成形体５間の隙間を最小限に抑えることができ、底面の平坦部４での電磁波の反射を抑制できるため、電波吸収特性が向上する。さらに、本構成では、内側（平坦部４側）において、長方錘５の側面の傾斜角度が異なるため、斜入射特性も向上する。本発明における長方錘の形状は特に限定されないが、短辺の長さに対する長辺の長さの比（長辺の長さ／短辺の長さ）が１．０２〜１．５の範囲であることが好ましい。本発明において、長方錘の長辺の長さ／短辺の長さをこの範囲に設定することにより、さらに優れた斜入射特性及び垂直入射特性が得られる。長方錘の長辺の長さ／短辺の長さを１．０２未満とすると施工が困難となる場合があり、十分な斜入射特性を得られない可能性もある。一方、長方錘の長辺の長さ／短辺の長さが１．５を超えると中心の平坦部４による電磁波の反射が問題となる可能性が生じる。なお、本発明において、留め具等は電磁波の反射の少ない材料で構成されることが望ましい。

図３に本発明の電波吸収体の他の例を示す。この例では、図２の長方錘成形体が、長手方向にそれぞれ２分割され、板状成形体１上に、長辺の長さ／短辺の長さの値がより大きい８個の長方錘が配置された構成となっている。この構成では、図２の構成と比較して、同体積あたりの電波吸収体比率が高くなり、１ＧＨｚ〜十数ＧＨｚの比較的低い周波数帯域での電波吸収特性が向上する。また、電波吸収体を構成する長方錘同士の間隔が密となるため、波長の短い２０ＧＨｚ以上の電磁波に対する電波吸収性能も向上する。
本発明では、板状成形体１の中心部に正方形の平坦部４を残し、底面が長方形の長方錘（ウエッジ形状）成形体５を、基本的に４個配置した構成を採用している。ここで、基本となる長方錘の長辺の長さ／短辺の長さが前記範囲となれば、それぞれの長方錘の分割方法は図３の構成に限定されず、さらに多くの長方錘に分割してもよいし、分割の方向も長手方向に限定されず、長手方向に垂直な方向に分割することもできる。
また、本発明の電波吸収体の高さは、特に限定されないが、本発明は、高さ２００ｍｍ以下の小型電波吸収体に好ましく適用できる。

本発明において、長方錘の成形体を構成する材料は、特に限定されず、公知の材料を用いることもできる。また、本発明は、誘電損失体及び磁性損失体のいずれの電波吸収体にも適用できる。要求される電波吸収特性に応じて、板状成形体として、フェライトタイル等の磁性吸収体を用い、長方錘の成形体として、誘電損失体を用いることもできるし、板状成形体及び長方錘成形体を同一の材料とすることもできる。
具体的な誘電損失体材料としては、カーボン含有発泡ウレタン、カーボン含有発泡スチレン、カーボン含有発泡ポリプロピレン等の樹脂材料、カーボンを分散したセメント、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の無機材料等が挙げられる。これらの材料は、中実体として用いることもできるが、中空体として用いることもできる。また、カーボンを含有し、又はカーボン層を塗布した樹脂材料、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の無機材料、紙等から構成される板状成形体を組み立てて、中空の長方錘成形体とすることもできる。また、カーボン材料としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等が挙げられる。
一方、磁性損失体としては、通常、フェライト粉末を含有する樹脂材料、無機材料等の中実体又は中空体が用いられる。また、フェライト粉末を含有し、又はフェライト層を塗布した樹脂材料、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の無機材料、紙等から構成される板状成形体を組み立てて、中空の長方錘成形体とすることもできる。フェライト粉末としては、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｌｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライト等のスピネル型フェライト等が挙げられる。
前記材料の中でも、カーボンナノチューブとセメントを主成分とした材料が好ましく用いられる。この材料を用いる場合は、原料のセメントに、カーボンナノチューブ及び水等の分散媒を添加後、攪拌、混合して得られるスラリーを型に流し込む。その後、セメントの養生条件に準じ、温度及び湿度を制御して所定時間養生して硬化させた後、型から取りだして電波吸収体とする。そのため、通常のセラミック材料で要する焼結工程を省くことができ、焼結収縮による寸法バラツキやカーボンナノチューブの燃焼等の問題を生じることなく、不燃性で耐電力特性の優れた材料が得られる。さらに、この材料ではセメント基材の空隙水中に含まれるイオンによるイオン伝導と、電波吸収材料であるカーボンナノチューブの導電パスの形成により、少ないカーボン量で優れた導電特性を発現する。このような電波吸収体中では、セメント基材中に、電気的に絶縁される複数のカーボンナノチューブの導電パスが形成され、レジスタ及びキャパシタ（コンデンサ）の混合体となるため、抵抗損失及び誘電損失により、優れた誘電特性が得られる。そのため、小型の電波吸収体であっても、誘電特性が支配的となる数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの周波数帯域、及び導電特性が支配的となる数十ＧＨｚ〜数百ＧＨｚの周波数帯域にわたり優れた電波吸収特性を実現できる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
ポルトランドセメント１００重量部に対し、水を３０重量部、繊維長が５μｍのカーボンナノチューブを２．０重量部（電波吸収体全体の質量に対して、２質量％）添加し、分散剤と共に混練して、スラリーを調整した。得られたスラリーを成形型に流し込み、室温で硬化させた。これにより、図２に示すように、平板（底面：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）上に、長方錘（底面：５２．５ｍｍ×４７．５ｍｍ、高さ：１８０ｍｍ）を４個配置した構成の成形体を得た。ここで、中心に５ｍｍ×５ｍｍの平坦部を設け、各長方錘の長辺と短辺を交互に接触させて配置した。この電波吸収体を３６個用意して、６００ｍｍ×６００ｍｍとなるように配置して、後述する方法で電波吸収性能を評価した。

（比較例１）
実施例１と同様の材料を用いて、実施例１と同様の方法で、図１に示す構成の電波吸収体を作製した。ここで、平板（底面：１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）上に、ピラミッド形状（底面：４５ｍｍ×４５ｍｍ、高さ：１８０ｍｍ）の成形体を、両端をそれぞれ２．５ｍｍあけ、隣接するピラミッド形状の成形間に５ｍｍの隙間（平坦部）を設けて、設置した。この電波吸収体を３６個用意して、６００ｍｍ×６００ｍｍとなるように配置して、実施例１の垂直入射と同様の方法で電波吸収性能を評価した。結果を表１に示す。

（比較例２）
、ピラミッド形状（底面：５０ｍｍ×５０ｍｍ、高さ：１８０ｍｍ）の成形体を４個、平板上に隙間なく配置した他は比較例１と同様の材料を用いて、同様の方法で、電波吸収体を作製した。この電波吸収体を３６個用意して、６００ｍｍ×６００ｍｍとなるように配置して、実施例１の斜入射と同様の方法で電波吸収性能を評価した。結果を表１に示す。

（電波吸収特性の評価）
実施例１で作製した電波吸収体の垂直入射特性の評価は、ホーンアンテナから放射された電磁波を誘電体レンズにより真っ直ぐな平面波に変換し、電磁波が電波吸収体に対して垂直に照射される形で実施した。また、斜入射特性の評価は、垂直入射の評価と同様に、ホーンアンテナから放射された電磁波を誘電体レンズにより真っ直ぐな平面波に変換し、電磁波が電波吸収体に対して、それぞれ、１５°、３０°及び４５°の角度で照射される形で実施した。結果を表１に示す。なお、測定周波数は１ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚとした。
また、比較例１については、実施例１の垂直入射特性と同様の方法で、電波吸収特性を評価し、比較例２については、実施例１の斜入射特性と同様の方法で、電波吸収特性を評価した。結果を表１に示す。

実施例１の電波吸収体では、垂直入射（入射角度０°）の電磁波に対して、１ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚの全ての周波数帯域において、優れた電波吸収特性が得られ、特に、高周波帯域における電波吸収性が優れていることがわかった。これに対して、平板上にピラミッド形状の成形体間に隙間をあけて配置した比較例１の電波吸収体では、垂直入射の電磁波に対する電波吸収性能は、全ての周波数帯域において、実施例１より低下し、特に、５ＧＨｚ以下では、十分な電波吸収特性が得られないことがわかった。これは、電波吸収体間の隙間（平坦部）で電磁波が反射することが原因と考えられる。
一方、いずれの入射角度及びいずれの周波数においても、実施例１の電波吸収体の電波吸収性能は、ピラミッド形状の成形体を平板上に隙間なく配置した比較例２の電波吸収体の電波吸収特性より優れていることがわかった。
以上の結果より、本発明により、施工性を確保しつつ、優れた垂直入射及び斜入射特性を有する小型の電波吸収体が実現できることが確認された。

１・・・板状成形体
２・・・ピラミッド形状成形体
４・・・平面部
５・・・長方錘（ウエッジ形状）成形体

Claims

四角形の板状成形体上に、中心に平坦部を残して、底面が長方形の複数の長方錘成形体を板状成形体の外周に沿って、長辺と短辺を交互に接触させて配置したことを特徴とする電波吸収体。
前記長方錘成形体の短辺の長さに対する長辺の長さの比（長辺の長さ／短辺の長さ）が、１．０２〜１．５の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。