JP6279393B2 - 仕切体 - Google Patents
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Description
そこで、例えば、鉄筋コンクリートの壁や床の表面に、鉄板、金属網、金属箔、金属メッシュなどの電磁波シールド機能を有する部材を貼り付けることで、電磁波シールド機能を備えた建物にしている。
また、第1導体部と第2導体部との間を仕切るように帯状導体の延伸方向と略平行に延伸される導電体によって形成される反射面部を備えている。
本実施の形態の仕切体1は、図1に示すように、一方の空間L1と他方の空間L2とを仕切るものである。この仕切体1が設けられることによって、例えば建物の内部の空間L1から外部の空間L2という伝搬方向、又は外部の空間L2から内部の空間L1という伝搬方向に伝搬される対象周波数の電磁波の遮蔽又は透過が選択的におこなわれる。
この仕切体1は、図1に示すように、媒質部としての壁部4と、壁部4の空間L1側に向いた第1の面(前面11)に配置される第1導体部としての前側格子2と、壁部4の空間L2側に向いた第2の面(後面12)に配置される第2導体部としての後側格子3と、前側格子2と後側格子3との間を仕切るように間隔Rを置いて複数配置される反射面部5,5とを備えている。すなわち、電磁波の伝搬方向に壁部4の厚さd分の距離を置いて側方から見て略平行に配置される前側格子2と後側格子3、及び前面11と後面12とが略平行になる壁部4によって仕切体1が形成される。
また、縦テープ21と横テープ22の幅wは略同じである。ここで、縦テープ21及び横テープ22は、両側縁が略平行となる帯状部材であり、延伸方向に略直交する方向の側縁間の距離がテープ幅wとなる。
これに対して厚い帯状導体を使用する場合は、縦方向と横方向の帯状導体を交差部で重ね合わせることなく面一の一面が形成されるような格子にし、その面一の面(格子の内側面)を前面11及び後面12にそれぞれ貼り付けて、その内側面間の距離を第1導体部と第2導体部との電磁波の伝搬方向の距離にすればよい。
なお、厚い帯状導体を使用する場合は、第1導体部(又は第2導体部)の外側面が壁部4の前面11(又は後面12)から大きく突出するようになってもよい。
この反射面部5は、任意の導電体によって形成される。この導電体には、電気伝導率がグラファイト(電気伝導率:106 S/m)と同等以上の材料が使用できる。例えば、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、金若しくは銀などの金属、グラファイトなどの鉱物、炭素、セラミック又は導電性プラスチックなどの材料によって反射面部5を形成することができる。
そして、基板411(421)と被覆板412(422)との間に、前側格子2(又は後側格子3)を設ける。すなわち、基板411の空間L1側の面となる前面11(又は基板421の空間L2側の面となる後面12)に、前側格子2(又は後側格子3)を貼り付ける。
また、前壁部41と後壁部42との間には、間隔を置いて配置されるスタッド50,・・・以外に、グラスウールなどの断熱材(図示省略)が充填される。このような構成となる乾式二重壁の比誘電率εrは、空気とほぼ同じ1.0である。
このスタッド50は、図2に示すように断面視略C字形の軽量形鋼によって成形することができる。そして、前壁部41と後壁部42との間に架け渡されるスタッド50のウェブの面が、反射面部5Aとなる。
試験体としては、図2に示した仕切体1Aと同じ構成の「反射面部あり」の試験体と、仕切体1Aからスタッド50,・・・を取り除いた構成の「反射面部なし」の試験体とを作製した。
この実験では、一方の空間L1側から「反射面部あり」又は「反射面部なし」の試験体に向けて垂直偏波の平面波を伝搬させて、他方の空間L2側まで伝搬される電磁波の電界強度を計測した。
ここで、縦軸のデシベル(dB)の単位で表される透過損失は、値が大きくなるほど電磁波が遮蔽されることを示し、0dBに近ければ電磁波が透過されることを示す。
λm=v/f×1/√εr (1)
ここで、乾式二重壁の比誘電率εrは1.0とすることができる。また、以下では、仕切体1,壁部4の符号のみで説明を続ける。
d=nλm/2 (2)
しかしながら、この反射面位置の仮定では実際の測定結果とずれが生じることが判明している。
d=nλm/2−2α(P−w)−2βλm (3)
ここで、αとβは、数値解析によって得られた回帰直線から、α=0.1058±0.0333、β=-0.0280±0.0169となる。また、Pには、間隔P1又はP2のいずれかが代入される。さらに、wは、間隔P1のときには縦テープ21(31)の幅となり、間隔P2のときには横テープ22(32)の幅となる。
d=n1λm/2−2α(P1−w)−2βλm (3−1)
d=n2λm/2−2α(P2−w)−2βλm (3−2)
ここで、n1,n2は0又は正の整数である。
電磁波が遮蔽されるときには、仕切体1は、前側格子2と後側格子3を共振方向(反射面部5,5間方向)と平行な境界とする矩形空洞共振器(導波管)として動作しているといえる。導波管は、1辺がaの正方形断面の直方体状の方形導波管である。
この導波管の中を軸方向に電磁波が伝わるときに、電界が強い箇所と弱い箇所が交互に発生する。すなわち、導波管の軸方向に沿って周期的に電界が分布する。この電界の周期距離(例えば、電界が強い箇所から次の強い箇所までの距離)が管内波長λgになる。そして、管内波長λgは、次の式によって算出できる。
λg=λa/(√(1−(nλa/2d)2)) (4)
ここで、λaは壁部4内の波長、nは0又は正の整数、dは壁部4の厚さ(=導波管断面の1辺の長さa)である。
P=λg (5)
よって、式(4),(5)から次の式が導ける。
P=λa/(√(1−(nλa/2d)2)) (6)
ここで、λaは遮蔽させたい電磁波(周波数fa)の壁部4内の波長、nは0又は正の整数、dは壁部4の厚さである。なお、式(6)は、λa/P<1の場合に適用される。
P=λa/(√(Ae−(nλa/2d)2)) (7)
ここで、Aeは1又は実験に基づいて決定される変数である。すなわち、式(6)は、Ae=1の場合を示している。また実験に基づいて決定される変数としては、Ae=2.3という値が実験結果から既に得られている。この値は、実験に基づいて随時、変更することができる。
P1=λa/(√(Ae−(n1λa/2d)2)) (7−1)
P2=λa/(√(Ae−(n2λa/2d)2)) (7−2)
ここで、n1,n2は0又は正の整数である。
R=P×m/2 (8)
ここで、Pは間隔P1又はP2、mは正の整数である。
さらに、反射面部5を配置する位置は、図1であれば、縦テープ21,31の中心軸位置、又は縦テープ21,21(31,31)間の略中央となる。また図2には、縦テープ21,21(31,31)間の略中央に配置される反射面部5Aを示している。
これに対して実験結果からは、2.18GHzでは20.82dBという透過損失のピークが確認でき、2.63GHzでは22.5dBという透過損失のピークが確認できた。この結果、設計通りの電磁波シールド効果が発揮される仕切体1Aを簡単に構築できることが判明した。
また、無線LANのアクセスポイントが隣り合う各部屋にそれぞれ設置されている場合は、間仕切壁を仕切体1Aとすることで、アクセスポイント同士の電波の干渉を防いで、快適な無線LANの通信環境を提供することができるようになる。
このように構成された本実施の形態の仕切体1(1A)は、壁状又はスラブ状に形成された壁部4の前面11及び後面12に、間隔P1で配置される複数の縦テープ21,・・・と、間隔P2によって配置される複数の横テープ22,・・・とによって格子状に形成された前側格子2と、これと同様に形成された後側格子3とを備えている。
そして、対象周波数fmの電磁波を透過させる場合は、コンクリート部内の波長λmとその次数nとテープ幅wとを特定し、これらの値を関係式(3)(又は(3−1),(3−2))に代入して算出された値に基づいて壁部4の厚さdを設定する。すなわち、上記した変換式(1)によって仕切体1を透過させたい対象周波数fmの波長λmを算出し、次数nを決める。続いて、関係式(3)を使って算出された値を、壁部4の厚さdに設定する。
そして、縦テープ21,31の中心軸位置又は縦テープ21,21(31,31)間の略中央に、反射面部5,・・・がそれぞれ配置されるようにする。
例えば、携帯電話や自営無線の電磁波の周波数は、1.5GHz周辺である。オフィスなどで携帯電話の受信をしたい場合は、建物の内外の境界に周波数1.5GHz周辺の電磁波が透過されるように設定された仕切体1を設置すればよい。
これに対して、コンサートホールなどで携帯電話等の電磁波を外部から侵入させたくない場合は、ホールの内外の境界にこの周波数の電磁波を遮蔽できるように設定された仕切体1を設置すればよい。
また、無線LANのアクセスポイントが隣り合う各部屋又は各住戸にそれぞれ設置されている場合は、間仕切壁や戸境壁を仕切体1とすることで、アクセスポイント同士の電波の干渉を防いで、快適な無線LANの通信環境を提供することができるようになる。
そして、工場などでプレキャストパネルを製造する方法であれば、正確な間隔Pの前側格子2及び後側格子3並びに正確な間隔Rの反射面部5,・・・を、正確な厚さdの壁部4に配置することが安定的にできる。さらに、壁部4も高品質に形成することができるので、所望する機能を備えた安定した品質の仕切体1を構築することができる。
さらに、アルミテープなどの導体テープは容易に入手することができるうえに、テープ幅wなどの寸法の選択や加工も容易に行えるため、経済性や施工性に優れている。
そして、縦テープ21,31や横テープ22,32を貼り付けることで前側格子2や後側格子3を形成するのであれば、間隔Pを任意の大きさに容易に調整することができる。
また、水平偏波と垂直偏波とで所望される電磁波シールド効果(遮蔽性能)が異なる場合には、間隔P1,P2及び反射面部5,7の配置位置を調整することで、所望する性能の仕切体を構築することができる。なお、このような場合に間隔P1及び間隔P2を算定する場合には、上記した式(7−1),(7−2)が使用される。
なお、実施例1のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
すなわち、各スタッド61,61のウェブによって形成される反射面部6,6は、厚さd方向に略直交する方向に間隔tを置いて略平行に形成される。そのうえで、一組の反射面部6,6の両縁間が縦テープ21,31と略平行な幅状導体としてのスタッド61,61のフランジによって塞がれることになる。
また、反射体60Aが略中央に設置される箇所の縦テープ21,21(31,31)間の間隔P+tは、53.5+90+53.5=197mmとなる。なお、実験は、縦テープ21,31の幅wを25mmと50mmとした両方でそれぞれ行った。
なお、実施例2のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるため説明を省略する。
また、導体塗料を印刷機にインクとして充填し、壁紙の一面に導体塗料による格子状の導体部の印刷をおこない、導体部と壁紙を壁面に同時に取り付けることもできる。なお、壁紙の一面に導体テープを格子状に貼り付けることもできる。
11 前面(第1の面)
12 後面(第2の面)
2 前側格子(第1導体部)
21 縦テープ(第1の帯状導体)
22 横テープ(帯状導体)
3 後側格子(第2導体部)
31 縦テープ(第2の帯状導体)
32 横テープ(帯状導体)
4,4A−4E 壁部(媒質部)
411 基板(板状材)
421 基板(板状材)
5,5A 反射面部
6 反射面部
60,60A 反射体
601 幅状導体
7 反射面部
fm,fa 対象周波数
λm,λa 波長
P,P1,P2 (帯状導体の)間隔
d (媒質部の)厚さ
w テープ幅(幅)
R (反射面部間の)間隔
t (一組の反射面部の)間隔
Claims (5)
- 所定の伝搬方向に伝搬される対象周波数の電磁波を減衰又は透過させるための選択的な設定がされた仕切体であって、
前記伝搬方向を厚さ方向とする壁状又はスラブ状に形成される媒質部と、
前記媒質部の前記厚さ方向の第1の面に、前記厚さ方向に略直交する方向に一定の間隔P1を置いて配置される複数の第1の帯状導体とその第1の帯状導体に略直交して間隔P2を置いて配置される複数の帯状導体とを有して略長方形の目の格子に形成される第1導体部と、
前記媒質部の前記厚さ方向の第2の面に、前記第1の帯状導体と略同じ方向に向けて前記間隔P1を置いて配置される複数の第2の帯状導体とその第2の帯状導体に略直交して前記間隔P2を置いて配置される複数の帯状導体を有して略長方形の目の格子に形成される第2導体部と、
前記第1導体部と前記第2導体部との間を前記第1及び第2の面に略直交して仕切るように前記いずれかの帯状導体の延伸方向と略平行に延伸される導電体によって形成される反射面部とを備え、
前記対象周波数の前記いずれかの帯状導体と同じ方向の偏波を持つ電磁波を透過させる場合は、前記媒質部内の波長λmとその次数n(nは0又は正の整数)と帯状導体の幅wと前記媒質部の厚さdとがd=nλm/2−2α×(P−w)−2βλm(ここで、Pは間隔P1又はP2、α=0.1058±0.0333、β=-0.0280±0.0169)の関係式を満たし、
前記対象周波数の前記いずれかの帯状導体と同じ方向の偏波を持つ電磁波を減衰させる場合は、前記媒質部内の波長λaとその次数n(nは0又は正の整数)と前記媒質部の厚さdと前記間隔P1又はP2とがP=λa/(√(Ae−(nλa/2d)2))の関係式(ここで、Pは間隔P1又はP2、Aeは1又は実験に基づいて決定される変数)を満たす値に基づいて前記媒質部の厚さd及び前記間隔P1又はP2が設定され、
間隔Rを置いて略平行となるように少なくとも一対の前記反射面部が配置されるとともに、前記反射面部に略平行となる前記帯状導体の間隔P1又はP2に基づいて、R=P×m/2(ここで、Pは間隔P1又はP2、mは正の整数)となる間隔Rで、その帯状導体の中心軸位置又は帯状導体間の略中央に前記反射面部がそれぞれ配置されることを特徴とする仕切体。 - 一組の前記反射面部が前記厚さ方向に略直交する方向に間隔tを置いて略平行に形成され、かつ前記一組の反射面部の両縁間が前記帯状導体と略平行な幅状導体によって塞がれた反射体を前記第1導体部と前記第2導体部との間に配置する場合に、前記帯状導体間の略中央に前記反射体が配置される箇所では、前記帯状導体の間隔をP+t(ここで、Pは間隔P1又はP2)とし、
前記厚さ方向に略直交する方向に間隔を置いて複数配置された対向する前記反射体間で対向する前記反射面部間の距離を前記間隔Rとすることを特徴とする請求項1に記載の仕切体。 - 前記第1及び第2の面は板状材によって形成されるとともに、前記板状材間に前記反射面部が介在されることを特徴とする請求項1又は2に記載の仕切体。
- 前記帯状導体が、導電体によって形成される導体テープ、又は導電体粉末を含有する導体塗料若しくは導体接着剤のいずれかの材料を少なくとも一つ使って形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の仕切体。
- 前記第1導体部又は第2導体部の少なくとも一方が、導電体の面材を切り抜いて形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の仕切体。
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