JP7400054B1 - シート状電波吸収体 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動車等のミリ波レーダに搭載してより信頼性の高いミリ波レーダ装置を実現するために、７７ＧＨｚ帯域および７９ＧＨｚ帯域、すなわち７６～８１ＧＨＺの周波数範囲で反射減衰量が－１０ｄＢを実現するシート状電波吸収体を提供する。【解決手段】７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上であるミリ波を吸収するものであって、第１誘電体層と、この第１誘電体層の一方の面上に、あらかじめ設定された導体幅と配列ピッチとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部と、第２誘電体層と、第１誘電体層の他方の面と第２誘電体層との間に配置された第３誘電体層とを含み、第１誘電体層および第３誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みよりもそれぞれ小さく、第３誘電体層の厚みは第１誘電体層の厚みより小さいことを特徴とする。【選択図】 図２
Description
本発明は、ミリ波帯域に好適な電波吸収体に関し、特に自動車等のミリ波レーダにおけるノイズを抑制するための電波吸収体に関する。
通信技術の高度化に伴い高周波化の進展に加えて、近年は自動車の自動運転支援システム（ＡＤＡＳ）の普及も進んでいる。ＡＤＡＳにはミリ波レーダが使われている。これは、直進性が強く大気や壁による減衰が大きいので他のミリ波システムへの干渉が少ない、回路やアンテナ設計の小型化が可能、広帯域幅による高距離分解能・高角度分解能・天候等の環境変化に強い、などの特徴を有していることによる。
ミリ波レーダは、自動車の前方監視用レーダとして長距離を検知するために７７ＧＨｚ帯（７６～７７ＧＨｚ）が具体的に実装されている。さらに、７９ＧＨｚ帯（７７～８１ＧＨｚ）レーダは帯域幅が４ＧＨｚと超広帯域であり、高い分解能を持つので中短距離の計測も可能となり、歩行者や自転車などの小さな対象物の分離・抽出性能が向上し、早期発見が可能となり、安全に運転するための支援システムの性能向上に大きく寄与する。
動作原理としては、シンセサイザーでミリ波の信号を生成し、ＴＸアンテナから電波を送信する。この電波が対象物により反射し、戻ってきた電波をＲＸアンテナで受信する。この信号を計算に使用するＩＦ信号に変換して、対象物との距離などに変換する。短波長のため高い精度で検出でき、最小で０．１ｍｍ単位の動きを検出することが可能なほか、電波の波長に依存する無線アンテナの長さにおいても、ミリ波は非常に短波長のためアンテナを小型化できる。
自動運転の中核となるミリ波レーダについては、正常な動作を確保するための技術も開発され始めてきている。例えば、ミリ波レーダ筐体内のＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）や トランジスタで増幅された入力および出力信号が筐体内で結合してしまうことが生じたり、マイクロストリップラインを流れる信号にスプリアス（不要輻射）が生じることがあり、この電磁波がノイズとしてセンサに影響を与える、所謂自家中毒に陥ることがある。
この対策として、この周波数に効果がある電磁波吸収シートが開発されている。
この対策として、この周波数に効果がある電磁波吸収シートが開発されている。
例えば、ミリ波または準ミリ波を吸収する電波吸収体であって、導電性材料を含有し、射出成形で形成された吸収層と、この吸収層の一方の主面に形成された反射層と、吸収層の他方の主面の少なくとも一部の領域に形成された複数の導電性パッチとを備え、吸収層は３．９以上、６．３以下の比誘電率を有し、かつ上記領域における複数の導電性パッチの面積占有率が９０％以下とした構成の電波吸収体が開示されている(例えば、特許文献１参照)。
また、同一平面上に配設された多数個のアンテナ素子を有する反射層の一面または両面に低誘電率のスペーサ層を重ね合わせた電磁波遮蔽材、あるいは、同一平面上に配設された多数個のアンテナ素子を有する複数の反射層を低誘電率のスペーサ層を介して積層し、両外面側の上記反射層にそれぞれスペーサ層を重ね合わせた電磁波遮蔽材が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
また、導体からなる全面導体層と、１層又は多層の誘電体からなる第１誘電体層と、複数の導体パターンからなるパターン層とを順次積層した構造を有し、パターン層における各パターンは隣接する他のパターンに対して大きさと形状とのうちの少なくとも一方が異なる構成とした電波吸収体が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
また、スマートフォン等の携帯電子機器のノイズ対策として、内蔵回路を外部ノイズから保護すると共に機器内で発生するノイズの不要輻射を防止するため、ノイズ発生源を磁気抑制シートで覆うために、格子状のスリットが形成された金属箔と、この金属箔の一方の主面に形成された磁性膜とを備え、金属箔はスリットによって互いに絶縁分離された複数のブロックに分割されている磁気抑制シートが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特許文献１に記載の発明は、吸収層が導電性材料を含有したポリプロピレンの射出成形により形成され、反射層は吸収層の一方の主面の全面に形成したニッケルメッキ等の金属層からなり、反射層の他方の主面には互いに孤立して設けられた金属等からなる導電性パッチが形成された構成からなる。このような構成とすることで、７０～９０ＧＨｚの周波数帯域で反射減衰量が－１０ｄＢとなる部分が１ＧＨｚ以上存在することを実現しているが、７９ＧＨｚ帯域は帯域幅が４ＧＨｚと広帯域であり、このような広帯域でも実現できるかどうかについては開示も示唆もない。
特許文献２に記載の発明の電磁波遮蔽材は、壁面や天井面等に付設して特定周波数の電磁波を遮蔽するシールドルームを実現することを目的としており、無線ＬＡＮに用いる２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚを対象としたものである。この文献には７０ＧＨｚ以上の周波数帯域における電磁波遮蔽や電波吸収の構造に関しては開示も示唆もない。
特許文献３に記載の発明は、ＥＴＣシステムにおける通信障害を防止することを目的としており、ＥＴＣシステムの料金所の天井やゲートの側壁面に設置して不要電波を吸収するものであり、７０ＧＨｚ以上の周波数帯域でも同様に電波吸収をするかどうかについては開示も示唆もない。
特許文献４に記載の発明は、金属箔をスリットにより分割することで電気的接続を断ち切り、ショート発生を防止することが目的であり、金属箔をそれぞれ分離した構成とすることで特定周波数帯域を減衰させることを目的としたものではない。
本発明は、自動車等のミリ波レーダに搭載してより信頼性の高いミリ波レーダ装置を実現するために、７７ＧＨｚ帯域および７９ＧＨｚ帯域、すなわち７６～８１ＧＨＺの周波数範囲で反射減衰量が－１０ｄＢ以下を実現するシート状電波吸収体を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために本発明のシート状電波吸収体は、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上でミリ波を吸収するものであって、第１誘電体層と、この第１誘電体層の一方の面上に、あらかじめ設定された導体幅と配列ピッチとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部と、第２誘電体層と、第１誘電体層の他方の面と第２誘電体層との間に配置された第３誘電体層とを含み、第１誘電体層および第３誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みよりもそれぞれ小さく、第３誘電体層の厚みは第１誘電体層の厚みより小さいことを特徴とする。
なお、以下では、「７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上」という表現について簡略化するために、「本発明目標域」とよぶ場合がある。
自動車などで使用されるミリ波レーダとしては、７７ＧＨｚ（７６～７７ＧＨｚ）帯と７９ＧＨｚ（７７～８１ＧＨｚ）帯とがあり、それぞれの帯域幅は１ＧＨｚと４ＧＨｚである。本発明は両方の帯域で使用できるシート状電波吸収体を得るために、７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの周波数範囲で反射減衰量が－１０ｄＢを実現することを目的としている。
上記構成とすることにより、本発明目標域をクリアーするシート状の電波吸収体を得ることができる。この結果、例えば、７７ＧＨｚ帯あるいは７９ＧＨｚ帯を用いるミリ波レーダの電子機器内部の自己干渉を抑制でき、電子機器の安定な作動を実現できる。
なお、本発明でいう正方形状導体部の正方形状とは、全面に形成された導体層をエッチング加工やレーザ加工するときに生じる加工誤差を許容するものであり、例えば正方形状のそれぞれの導体幅について、それぞれ５％程度の形成誤差を許容することとする。
上記構成において、第３誘電体層は接着性を有する材料からなるものであってもよい。これにより、第１誘電体層上に形成した導体層に対してあらかじめ設定した形状の正方形状導体部を、例えばフォトリソプロセスとエッチングプロセスを用いて加工し、その後第２誘電体層とを接着してシート状電波吸収体を作製することができる。
また、上記構成において、第３誘電体層の比誘電率は第１誘電体層の比誘電率とは異なることとしてもよい。本発明は第３誘電体層を挿入することにより、反射減衰ピーク値を大きく、かつ広帯域にできることを見出したことで、本発明目標域を達成することができたものである。したがって、第３誘電体層の比誘電率は第１誘電体層の比誘電率とは異なることが望ましい。ただし、第３誘電体層の比誘電率が、第１誘電体層の比誘電率と異なることが必須ではない。
上記構成において、第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、それぞれ１１以上、０．１５以上、および、０．７７ｍｍ以上であってもよい。本発明は、高誘電材料からなる第２誘電体層が電磁波の吸収帯域幅を広げる役割を有しており、このためには比誘電率、誘電正接および厚みを上記に設定することが好ましい。これにより、第１誘電体層は、第２誘電体層よりも小さな比誘電率、誘電正接および厚みとし、正方形状導体部の導体幅と配列ピッチとを適正に設定することで、主に周波数調整を担わせることができる。
つぎに、本発明のシート状電波吸収体の製造方法は、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上でミリ波を吸収するシート状電波吸収体の製造方法であって、一方の面の全面に導体層が形成された第１誘電体層に対して、あらかじめ設定された導体幅と配列ピッチとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部を形成する工程と、第２誘電体層を準備する工程と、接着性を有する材料を用いて第１誘電体層の他方の面と第２誘電体層との間を接着して第３誘電体層を形成する工程とを含み、第１誘電体層および第３誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みよりもそれぞれ小さく、第３誘電体層の厚みは第１誘電体層の厚みより小さくしたことを特徴とする。
このような製造方法とすることにより、正方形状導体部が形成された第１誘電体層と、第２誘電体層とは、それぞれ別々に準備することができる。その後、第１誘電体層と第２誘電体層とを、接着性を有する第３誘電体層により接着することで、本発明のシート状電波吸収体を製造することができる。これにより、正方形状導体部の作製工程が容易となる。また、第１誘電体層と第２誘電体層とのそれぞれの比誘電率や厚みなどをあらかじめ求めておき、その結果をもとに第１誘電体層と第２誘電体層との適切な組み合わせを選択して接着することもでき、より確実に本発明目標域を達成することができる。
なお、接着性を有し、第２誘電体層の比誘電率よりも小さな比誘電率を有する材料としては、粘度の高い液状物を塗布して硬化させるものでもよいし、あらかじめシート状にしたものでもよい。
つぎに、本発明の電子機器は、上記記載のシート状電波吸収体と、７７ＧＨｚ帯または７９ＧＨｚ帯の電磁波を放射する電子回路を含む電子回路部と、電子回路部を電磁シールドするために電子回路部の電子回路を少なくとも覆うように設けられたシールドカバーとを含み、シート状電波吸収体はシールドカバーと電子回路部との間に配置されたことを特徴とする。この構成とすることにより、電子機器の電子回路部から放射される電磁波による自己干渉を効率よく抑制し、安定な作動を実現することができる。
本発明の電磁波吸収シートは、７７ＧＨｚ帯または７９ＧＨｚ帯で使用する電子機器、例えばミリ波レーダ装置の電子回路部内での自己干渉を抑制でき、ミリ波レーダの小型化、高信頼性を実現できるという大きな効果を奏する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るシート状電波吸収体について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るシート状電波吸収体５の平面図である。図２は、同実施の形態に係るシート状電波吸収体５の一部拡大斜視図である。なお、斜視図においては、正方形状導体部４の厚みと形状だけでなく、第１誘電体層１、第２誘電体層２および第３誘電体層３のそれぞれの厚みは、分かりやすくするために誇張して示している。
以下、図１と図２とを用いて本実施の形態に係るシート状電波吸収体５の構成を説明する。本実施の形態に係るシート状電波吸収体５は、７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上でミリ波を吸収するものであって、第１誘電体層１と、この第１誘電体層１の一方の面上に、あらかじめ設定された導体幅Ｌと配列ピッチＰとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部４と、第２誘電体層２と、第１誘電体層１の他方の面と第２誘電体層２との間に配置された第３誘電体層３とを含み、第１誘電体層１および第３誘電体層３の比誘電率ε１、ε３、誘電正接tanδ１、tanδ３および厚みｔ１、ｔ３は、第２誘電体層２の比誘電率ε２、誘電正接tanδ２および厚みｔ２よりもそれぞれ小さく、第３誘電体層３の厚みｔ３は第１誘電体層１の厚みｔ１より小さく設定されている。
本実施の形態では、さらに第３誘電体層３は接着性を有する材料からなり、かつ、第３誘電体層３の比誘電率ε３は第１誘電体層１の比誘電率ε１とは異なるようにしている。このような構成とすることにより、７７ＧＨｚ帯または７９ＧＨｚ帯で作動する電子機器のどちらの場合であっても、その電子機器が放射する不要電磁波を本発明のシート状電波吸収体５が吸収するので誤作動を防止できる。
つぎに、本実施の形態に係るシート状電波吸収体５の製造方法について説明する。本実施の形態では、一方の面の全面に導体層が形成された第１誘電体層１に対して、あらかじめ設定された導体幅Ｌと配列ピッチＰとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部を形成する工程と、第２誘電体層２を準備する工程と、接着性を有する材料を用いて第１誘電体層１の他方の面と第２誘電体層２との間を接着して第３誘電体層３を形成する工程とを含み、第１誘電体層１および第３誘電体層３の比誘電率ε１、ε３、誘電正接ｔａｎδ１、ｔａｎδ３および厚みｔ１、ｔ３は、第２誘電体層２の比誘電率ε２、誘電正接ｔａｎδ２および厚みｔ２よりもそれぞれ小さく、第３誘電体層３の厚みｔ３は第１誘電体層１の厚みｔ１より小さくしたことを特徴とする。
このような製造方法とすることで、正方形状導体部４が形成された第１誘電体層１と第２誘電体層２とをそれぞれ別々に準備した後、接着性を有する材料を用いて接着してシート状電波吸収体５を作製することができる。したがって、第２誘電体層２の材料選択の幅を広げることができる。第２誘電体層２の材料として、樹脂材料、種々のフィラーを添加してなる樹脂材料、あるいは酸化チタン磁器などの磁器材料なども用いることができる。
ただし、本発明のシート状電波吸収体の製造方法は上記に限定されることはない。例えば、第１誘電体層１、第２誘電体層２および第３誘電体層３が積層されたシート状の基板をあらかじめ作製し、その後第１誘電体層１が露出している面上に真空蒸着やスパッタリングなどの手法で銅膜などを成膜する。そして、製膜した銅膜をフォトリソプロセスとエッチングプロセスを用いて正方形状導体部４を形成する製造方法としてもよい。あるいは、真空蒸着などの方法でなく、銅箔を接着する方法でもよい。銅箔は一般に多く用いられている１８μｍ厚みでもよい。この銅箔を同じようにフォトリソプロセスとエッチングプロセスを用いて正方形状導体部４を形成してもよい。さらに、レーザ加工など、一般に用いられている他の加工方法でもよい。第１誘電体層１、第２誘電体層２および第３誘電体層３を積層する場合、あらかじめ設定した厚みとした後、積層してから加熱・加圧することで一体化させてもよい。
以下、本発明のシート状電波吸収体５について、第１誘電体層１の比誘電率ε１、誘電正接tanδ１および厚みｔ１、第２誘電体層２の比誘電率ε２、誘電正接tanδ２および厚みｔ２、第３誘電体層３の比誘電率ε３と厚みｔ３、および、正方形状導体部４の導体幅Ｌと配列ピッチＰを変化させたときの反射減衰量の特性を解析した結果について説明する。
解析に用いた手法は、有限差分時間領域（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ：ＦＤＴＤ）法である。ＦＤＴＤ法は数値電磁解析法であり、時間領域のＭａｘｗｅｌｌの方程式を直接差分化する手法であり、簡単に計算ができるという特徴を有する。また、時間領域解法であるので、広帯域の応答が一回の計算で得られ、非線形現象なども取り扱うことができ、多くの分野で広く活用されている。
最初に、ＦＤＴＤ法によるシミュレーション結果と実測結果との一致度を求めた。図３は、反射減衰特性と周波数との関係についての実測値と解析値との結果である。実測のために作製したシート状電波吸収体は、第１誘電体層１の比誘電率と厚みがε１＝４．５５、ｔ１＝０．４ｍｍ、第２誘電体層２の比誘電率と厚みがε２＝１６．６、ｔ２＝１ｍｍ、第３誘電体層３の比誘電率と厚みがε３＝３．０、ｔ３＝０．０８５ｍｍ、正方形状導体部４の導体幅と配列ピッチがＬ＝０．４ｍｍ、Ｐ＝１ｍｍとした。上記の材料を用いて作製したシート状電波吸収体５を用いて、一般的には自由空間法（Ｓパラメータ法）という手法で反射減衰量と周波数との関係を求めた。具体的には、自由空間で測定可能であり、電波吸収率も測定可能であるキーコム株式会社のＤＰＳ１０装置を用いて測定した。
図３において、Ａは解析結果であり、Ｂは具体的な測定結果である。図３からわかるように、ＦＤＴＤ法による解析結果であるＡと実測結果であるＢとは、反射減衰ピークの減衰量が実測結果Ｂに比べて解析結果Ａの方が少し小さいが、ピークの周波数やその他の周波数においてもよい一致を示していることが見いだされた。以下では、ＦＤＴＤ法を使って解析した結果を説明する。なお、以下に説明する解析においては、表１に示す数値を基本として用いた。
（第２誘電体層）
図４は、第２誘電体層２の比誘電率ε２をパラメータとして反射減衰量と周波数の関係を求めた結果である。本解析においては、表１に示す第２誘電体層２の比誘電率ε２をパラメータとし、その他の数値は表１に示す値を用いて求めた。図４以降に示す図では、特に説明を付している場合を除き同じ方法を採用している。なお、図４では理解しやすくするために比誘電率ε２の一部についてのみ表示している。図４からわかるように、比誘電率ε２が大きくなるに伴い、反射減衰ピークは低周波数側に移動する。また、反射減衰ピークが７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの周波数帯域に位置するのは、比誘電率ε２が１４程度から１８程度の範囲である。
図５は、比誘電率ε２が８～２５までについて、反射減衰量が－１０ｄＢとなる周波数範囲を示した結果である。例えば、ε２＝１０の場合、反射減衰量が－１０ｄＢとなる低周波側の周波数は７９．３ＧＨｚであり、高周波側の周波数は９６．８ＧＨｚであり、この周波数範囲では－１０ｄＢ以上の減衰量を示す。この例の場合、低周波数側の周波数が７９．３ＧＨｚであるので、本発明目標域をクリアーしない。図５からわかるように、第２誘電体層２の比誘電率ε２を１１以上とすれば、本発明目標域をクリアーする。なお、図５には示していないが、比誘電率ε２については２６～３０までについても解析しており、これらの範囲についても本発明目標域をクリアーすることを確認している。
反射減衰量は－１０ｄＢあれば電波吸収特性を満たすが、反射減衰量は大きいほうがより好ましいので、上記したように比誘電率ε２を１４～１８の範囲に設定すると反射減衰量が－１５ｄＢ以上となるのでより好ましい。
図６は、第２誘電体層２の誘電正接ｔａｎδ２をパラメータとしたときの反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。この場合、第２誘電体層２の比誘電率ε２は１６としているが、本発明目標域をクリアーするためには誘電正接ｔａｎδ２を０．１５以上とすることが必要である。
図７は、第２誘電体層２の厚みｔ２をパラメータとして反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。厚みｔ２を厚くするほど反射減衰ピークは低周波数側に移動する。図８は図７の解析結果をもとに、反射減衰量が－１０ｄＢとなる周波数範囲と第２誘電体層２の厚みｔ２との関係を求めた結果である。図８から推定した結果、本発明目標域をクリアーするためには、第２誘電体層の厚みｔ２は０．７７ｍｍ以上にすればよい。
一般に大きな比誘電率を有する材料は同時に誘電正接も大きくなるので、比誘電率ε２が１１以上で、かつ誘電正接ｔａｎδ２が０．１５以上の材料としては、例えばカーボン粉末をエポキシ樹脂に添加した樹脂シート、酸化チタン粉末を同じくエポキシ樹脂に添加した樹脂シート、金属粉末をエポキシ樹脂に添加した樹脂シート、あるいはカーボン、酸化チタンおよび金属粉末から選択した２種類以上をエポキシ樹脂に添加した樹脂シートは、比誘電率ε２と誘電正接ｔａｎδ２とが、それぞれ１１以上、０．１５以上を満たすことができる。なお、エポキシ樹脂に限定されることはなく、例えば塩化ビニル樹脂、尿素樹脂、ゴムなどを用いてもよい。また、上記構成に限定されず、その他の誘電体材料を用いてもよい。
第２誘電体層２については、上記の解析の結果、比誘電率ε２、誘電正接ｔａｎδ２および厚みｔ２を、それぞれ１１以上、０．１５以上、０．７７ｍｍ以上に設定すればよいことがわかった。なお、比誘電率ε２は３０でもよいし、また誘電正接ｔａｎδ２も０．５であってもよいが、このような大きな比誘電率と誘電正接を有する材料は製造しにくい。また、図４からわかるように比誘電率ε２を１４～１８の範囲に設定すると反射減衰量が－１５ｄＢ以上となるので、比誘電率ε２は１４～１８の範囲で、誘電正接ｔａｎδ２は０．２～０．３の範囲が、第２誘電体層２の製造の容易さを満たし、かつ本発明目標域をクリアーするので好ましい。
（第３誘電体層）
（第３誘電体層）
図９は、第３誘電体層３の有無による反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。第３誘電体層無しについては、第１誘電体層１の厚みを第３誘電体層３の厚み分増やし、第１誘電体層１と第３誘電体層３との合計の厚みを同じにした。すなわち、第３誘電体層有りの場合、第１誘電体層１の厚みｔ１＝０．２５ｍｍで、第３誘電体層３の厚みｔ３＝０．０８５ｍｍである。一方、第３誘電体層無しの場合、第１誘電体層１の厚みｔ１＝０．３３５ｍｍとした。その他については、表１に示す値を用いた。図９からわかるように第３誘電体層３を設けた場合、反射減衰ピークがより大きくなり、かつ本発明目標域をクリアーしやすくなることがみいだされ、第３誘電体層３を積層する効果を確認できた。
図１０は、第３誘電体層３の比誘電率ε３をパラメータとして反射減衰量と周波数の関係を求めた結果である。比誘電率ε３を２．０～４．０まで変化させた場合、反射減衰ピークを示す周波数はほぼ変化せず、減衰量が大きくなることが見いだされた。この比誘電率ε３の範囲で一般に用いられる下記に示す材料の場合、誘電正接ｔａｎδ３は大きくても０．１以下であることから、第２誘電体層２の誘電正接ｔａｎδ２よりも小さい。
接着性を有する材料としては、一般に用いられるアクリル系粘着剤からなる粘着シートは比誘電率が３～４である。さらに、例えばアロンマイティ（登録商標）ＡＦ－７００（東亜合成（株）製）は、両面に剥離シートが設けられており、接着フィルムの厚みは２５μｍと５０μｍとが標準であり、熱硬化型の接着剤で、硬化条件は１８０℃／３０分／１～３ＭＰａの熱プレスが好ましいとされている。その比誘電率と誘電正接とは、標準グレードが２．２５と０．００１７（１０ＧＨｚ）、難燃グレードが２．４１と０．００２１（１０ＧＨｚ）である。また、同じ東亜合成（株）の接着剤として、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリエチルアクリレート（ＰＥＡ）やポリブチルアクリレート（ＰＢＡ）などもあり、それらの比誘電率は、それぞれ３．３、３．７、３．０である。また、東レ（株）のポリイミド系接着フィルムのファルダ（登録商標）は、シート厚みが２５～２００μｍの範囲で選択でき、比誘電率は２．４１（２０ＧＨｚ）である。その他、一般に使用されているフィルム状の接着シートであればほとんど使用可能である。また、シート状でなく、液状材料であっても使用できる。
図１１は、反射減衰量が－１０ｄＢとなる周波数範囲と第３誘電体層３の厚みｔ３との関係を求めた結果である。第３誘電体層３の厚みｔ３は、少なくとも０．１４ｍｍ以下とすれば目標値をクリアーすることがわかった。下限値は図１１から判断すると０．０１ｍｍよりもさらに薄くてもよいが、接着性と層構成を確実にするためには、０．０１ｍｍより大きくすることが好ましい。この結果から、本発明目標域をクリアーするための第３誘電体層３の厚みの許容範囲は大きいことがわかった。なお、図示してはいないが、第３誘電体層の厚みｔ３が大きくなるに伴い、反射減衰ピークは低周波数側に移動する。以上の結果から、第３誘電体層３については、一般に入手でき、比誘電率ε３が２．０～４．０の範囲で、市販されている接着性を有する樹脂を用いれば、誘電正接ｔａｎδ３も第２誘電体層２の誘電正接ｔａｎδ２よりも小さくできる。
（第１誘電体層）
（第１誘電体層）
図１２は、第１誘電体層１の比誘電率ε１をパラメータとして反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。図１２らわかるように、比誘電率ε１が大きくなるにつれて反射減衰ピークは低周波数側に移動する。比誘電率ε１が４程度～５程度の範囲では、反射減衰ピークが７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの周波数範囲に位置するようになる。
図１３は、図１２の結果をもとに反射減衰量が－１０ｄＢとなる周波数範囲と第１誘電体層の比誘電率ε１との関係を求めた結果である。図１３から推定すると、本発明目標域をクリアーするためには、比誘電率ε１を３．４以上、５．６以下とすることが必要である。なお、反射減衰量は大きいほど電波吸収体としての特性が良好になることから、図１２をもとに推定すると比誘電率ε１は４．１以上、４．９の範囲がより好ましい。
図１４は、第１誘電体層１の誘電正接ｔａｎδ１をパラメータとしたときの反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。第１誘電体層１の誘電正接ｔａｎδ１は大きいほうが、反射減衰量が大きくなるので好ましいことがわかる。しかし、第１誘電体層１の比誘電率ε１が３．４以上、５．６以下を満たす材料は、一般的に誘電正接は０．０１以下である。このため、第１誘電体層１の誘電正接ｔａｎδ１としては、０．０１以下とすることが好ましい。図１２～図１４の結果から、第１誘電体層１の比誘電率ε１と誘電正接ｔａｎδ１とは、第２誘電体層２の比誘電率ε２と誘電正接ｔａｎδ２とよりもそれぞれ小さくすることが要求されることがわかった。
図１５は、第１誘電体層１の厚みｔ１と反射減衰量が－１０ｄＢとなる周波数範囲との関係を求めた結果である。図１５から推定すると、第１誘電体層１の厚みｔ１は、０．１８～０．３ｍｍの範囲とすることが必要である。
このような比誘電率ε１と、誘電正接ｔａｎδ１および厚みｔ１を有する材料としては、配線基板に用いられているガラスエポキシ樹脂（比誘電率：４．５～５．２）、ガラスファイバー混合ポリイミド樹脂（比誘電率：４．８４）などだけでなく、シート状に加工できる樹脂材料であれば様々なものを用いることができる。例えば、ガラスファイバー（４０％）混合ＰＰＳ樹脂（比誘電率：３．７９）、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂（比誘電率：３．７～３．８）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂（比誘電率：３～３．５）、ポリアミド（ＰＡ）樹脂（比誘電率：４．０～４．９（６：Ｔｙｐｅ）、３．９～４．５（６６：Ｔｙｐｅ））、ユリア樹脂（比誘電率：３．４～６．９）、アニリン樹脂（比誘電率：３．４～３．８）、アクリルニトリル樹脂（比誘電率：３．５～４．５）、ガラス・シリコン積層板（比誘電率：３．５～４．５）、シリコン樹脂（比誘電率：３．５～５．０）、ポリメチルアクリレート樹脂（比誘電率：４．０）、フッ素樹脂（比誘電率：４．０～８．０）、エポキシ樹脂（比誘電率：２．５～６．０）、塩化ビニル樹脂（比誘電率：２．８～８．０）、アクリル樹脂（比誘電率：２．７～３．５）、アクリルニトリル樹脂（比誘電率：３．５～４．５）、アニリン樹脂（比誘電率：３．４～３．８）、ＡＢＳ樹脂（比誘電率：２．４～４．１）、エポキシ樹脂（比誘電率：２．５～６）、塩化ビニル樹脂（比誘電率：２．８～８）、塩化ビニリデン樹脂（比誘電率：３．０～５．０）、シリコンゴム（比誘電率：３．０～３．５）、シリコン樹脂（比誘電率：３．５～５）、ポリエステル樹脂（比誘電率：２．８～８．１）、フッ素樹脂（比誘電率：４．０～８．０）、不飽和ポリエステル樹脂（比誘電率：２．８～５．２）、メラミン樹脂（比誘電率：４．７～１０．２）、ユリア樹脂（比誘電率：３．４～６．９）、などを用いることができる。
（正方形状導体部）
（正方形状導体部）
図１６は、正方形状導体部４の導体幅Ｌをパラメータとして反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。この場合の配列ピッチは表１に示すようにＰ＝１ｍｍである。導体幅Ｌを大きくすると、反射減衰ピークは低周波数側に移動する。また、図１６から推定すると、導体幅Ｌが０．３３～０．４２ｍｍの範囲であれば、反射減衰ピークが７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの周波数範囲に位置するようになり、－１５ｄＢ程度の減衰量を得ることができる。
図１７は、反射減衰量が－１０ｄBとなる周波数範囲と導体幅Ｌとの関係を求めた結果である。導体幅Ｌを０．４６ｍｍ以下とすれば、０．１ｍｍでも本発明目標域をクリアーする。しかし、導体幅Ｌを小さくすると、正方形状導体部４を形成するためのエッチングあるいはレーザ加工のばらつきの影響が大きくなるので０．２ｍｍ以上が好ましい。ただし、エッチングあるいはレーザ加工を高精度に行うことができる場合には、０．１ｍｍとしてもよい。
図１８は、反射減衰量が－１０ｄBとなる周波数範囲と配列ピッチＰとの関係を求めた結果である。図１８から推定すると、配列ピッチＰは、０．７７ｍｍ以上に設定すれば幅広い範囲で本発明目標域をクリアーする。
（変形例）
（変形例）
図１２および図１３に示すように、表１に示す条件では第１誘電体層１の比誘電率ε１の許容範囲が小さい。また、図１５に示すように第１誘電体層１の厚みｔ１の許容範囲も小さい。ただし、厚みｔ１については、あらかじめ設定した厚みを有するシートを用いれば精度良く設定できるし、シート状電波吸収体５としては薄くするほうがよいので、０．１８～０．３ｍｍの範囲であっても特に支障はない。しかし、例えば市販のエポキシ樹脂は、比誘電率が３．０６で誘電正接が０．０１９（１ＧＨｚ）、あるいは、比誘電率が２．９７で誘電正接が０．００５（１ＧＨｚ）などのように、比誘電率および誘電正接ともに小さな値の材料が多い。このため、低比誘電率の材料でも使用できることが好ましい。そこで、本変形例では、第１誘電体層１の比誘電率ε１について、第１の実施の形態の場合に比べて低比誘電率でも本発明目標域を達成できるかどうかを検討した。
図１９は、第１誘電体層１の比誘電率を小さくした場合に、正方形状導体部４の導体幅Ｌを変化させることにより本発明目標域をクリアーできるかどうかを検討した結果である。図１９（ａ）は、第１誘電体層１の比誘電率ε１を２．０、２．５および３．０とした場合の反射減衰量と周波数との関係を求めた結果である。比誘電率ε１を２．０、２．５および３．０とした以外は表１と同じ数値を用いている。なお、図１９（ａ）の比誘電率ε１＝３．０については、図１２の比誘電率ε１＝３．０の曲線と同じである。一方、図１９（ｂ）は、第１誘電体層１の比誘電率ε１を２．０、２．５および３．０とし、かつ、正方形状導体部４の導体幅Ｌを０．６ｍｍとした場合の結果である。その他については表１の数値を用いている。
図１９（ａ）からわかるように、導体幅Ｌを０．４ｍｍに設定した場合には、比誘電率ε１が３以下では本発明目標域をクリアーしない。これに対して、同じ比誘電率ε１の場合でも導体幅Ｌを０．６ｍｍに設定すると本発明目標域をクリアーすることが見出された。この結果から、第１誘電体層１の比誘電率ε１に合わせて正方形状導体部の導体幅Ｌと配列ピッチＰとを設定すれば、第１誘電体層の比誘電率が３以下であっても目標値をクリアーすることを見出した。
比誘電率ε１が３．０の場合、導体幅Ｌを０．４ｍｍとしたとき、解析結果から反射減衰ピークは９８ＧＨｚ近辺となるが、導体幅Ｌを０．６ｍｍとすれば図１９に示されるように反射減衰ピークは８４．５ＧＨｚとなる。図１６からわかるように、導体幅Ｌが大きくなれば、反射減衰ピークは低周波数側に移動する。そこで、本変形例では、例えば比誘電率ε１が３．０の場合に、導体幅Ｌを大きくすることで反射減衰ピークを低周波数側に移動させて本発明目標域をクリアーしたものである。
（第２の実施の形態）
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る電子機器について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態では、上記のシート状電波吸収体５を、具体的に電子機器に応用した場合について説明する。図２０は、第１の実施の形態に係るシート状電波吸収体５を電子回路ユニット１０に取り付ける前と取り付けた後の状態を示す模式図である。図２０（ａ）は、電子回路ユニット１０の構造を示す断面概略図（取り付け前）である。そして、図２０（ｂ）は、電子回路ユニット１０のシールドカバー１２の内面１２ａに本発明のシート状電波吸収体５を貼付してなる電子機器１５の構造を示す断面概略図（取り付け後）である。このような電子回路部１０は、例えば基地局として用いられる送受信回路を有するものである。
電子機器１５は、電磁波を放射する電子回路１１ａを含む電子回路部１１と、この電子回路部１１を電磁シールドするために電子回路部１１を覆うように設けられたシールドカバー１２と、シート状電波吸収体５とを含み、シート状電波吸収体５は、シールドカバー１２と電子回路部１１との間に配置されている。本実施の形態では、シールドカバー１２の内面１２ａに貼付されているが、本発明はこれに限定されない。少なくとも電子回路１１ａを覆うように、その上面に配置すればよい。配置方法も貼付することだけでなく、電子回路１１ａ上にのせるような形態であってもよい。
電子回路部１１は、電磁波を放射する電子回路１１ａ、例えば送信回路と、例えば受信回路である電子回路１１ｂとが配線基板１１ｃ上に実装された構成からなる。シールドカバー１２は、電子回路部１１全体を覆うように箱型の構造からなり、少なくとも表面は導体材料で形成され、配線基板１２のグランド端子（図示せず）に接続されている。すなわち、シールドカバー１２は、全体が金属材料からなるものであってもよいし、樹脂材料であってもよい。樹脂材料を用いる場合には、少なくとも一方の表面に導電性材料層を設けるか、あるいは樹脂材料の内部に導電性材料層を設けた構造とすることが好ましい。また、樹脂材料自体が導電性を有するものであってもよい。
外部からの電磁ノイズはシールドカバー１２により遮蔽されるが、図１８（ａ）に模式的に示すように送信回路である電子回路１１ａから放射される電磁ノイズはシールドカバー１２の内面で反射され、送信回路である電子回路１１ａや受信回路である電子回路１１ｂに入射し、自己干渉を起こす。この自己干渉により電子回路部１１が誤作動を生じる。なお、送信回路である電子回路１１ａからは送信電波Ｓ１が送信され、受信回路１１ｂは例えば基地局からの送信電波Ｓ２を受信する。
図２０（ｂ）は、本発明のシート状電波吸収体５をシールドカバー１２の内面１２ａに貼り付けた場合である。送信回路である電子回路１１ａから放射された電磁ノイズはシールドカバー１２で吸収される。この結果、反射する電磁ノイズを大幅に低減することができ、自己干渉を起こすことがなくなり電子回路部１１の誤作動を防ぐことができる。
なお、本実施の形態では、送信回路である電子回路１１ａと受信回路である電子回路１１ｂとを合わせて電子回路部１１としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、送信回路である電子回路１１ａのみの場合であってもよいし、送信回路である電子回路１１ａと、受信回路である電子回路１１ｂ以外の電子回路とを合わせたものであってもよい。
本発明のシート状電波吸収体５は、上記の電子機器の自己干渉防止用に限定されるものではない。例えば、自動車のミリ波レーダ装置のミリ波を送受信するレーダ送受信面部を除いて、ミリ波レーダ装置を取り囲むようにシート状電波吸収体を配置してもよい。このように配置することにより、ミリ波レーダ装置から放射されてシート状電波吸収体方向にきた電波を吸収し、レーダ送受信部に入射することを防止でき、誤検知や誤作動を抑制できる。
以上のように、本発明のシート状電波吸収体は、第１誘電体層と第2誘電体層との間に接着性を有する第３誘電体層を設け、第１誘電体層の一方の面上に形成した正方形状導体部からなる構成とすることにより、７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚの広い周波数帯域にわたり反射減衰量を－１０ｄＢ以下とすることができる。さらに、第１誘電体層の面上に正方形状導体部を形成するときに、第１誘電体層の比誘電率に合わせて導体幅と配列ピッチとを決めてエッチング等で形成すれば、本発明目標域をクリアーする構造を作製できる。
本発明のシート状電波吸収体は、自動車のミリ波レーダなどに用いられる７７ＧＨｚ帯および７９ＧＨｚ帯の電子機器分野に有用である。
１ 第１誘電体
２ 第２誘電体
３ 第３誘電体
４ 導体部
５ シート状電波吸収体
１０ 電子回路ユニット
１１ 電子回路部
１１ａ 電子回路（送信回路）
１１ｂ 電子回路（受信回路）
１１ｃ 配線基板
１２ シールドカバー
１２ａ 内面
１５ 電子機器
２ 第２誘電体
３ 第３誘電体
４ 導体部
５ シート状電波吸収体
１０ 電子回路ユニット
１１ 電子回路部
１１ａ 電子回路（送信回路）
１１ｂ 電子回路（受信回路）
１１ｃ 配線基板
１２ シールドカバー
１２ａ 内面
１５ 電子機器
Claims (6)
- ７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上でミリ波を吸収するシート状電波吸収体であって、
第１誘電体層と、
前記第１誘電体層の一方の面上に、あらかじめ設定された導体幅と配列ピッチとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部と、
第２誘電体層と、
前記第１誘電体層の他方の面と前記第２誘電体層との間に配置された第３誘電体層とを含み、
前記第１誘電体層および前記第３誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、前記第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みよりもそれぞれ小さく、
前記第３誘電体層の厚みは、前記第１誘電体層の厚みより小さいことを特徴とするシート状電波吸収体。 - 前記第３誘電体層は接着性を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載のシート状電波吸収体。
- 前記第３誘電体層の比誘電率は前記第１誘電体層の比誘電率とは異なることを特徴とする請求項１に記載のシート状電波吸収体。
- 前記第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、それぞれ１１以上、０．１５以上、および、０．７８ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のシート状電波吸収体。
- ７６ＧＨｚから８１ＧＨｚの周波数帯域における電磁波の反射減衰量が－１０ｄＢ以上であるミリ波を吸収するシート状電波吸収体の製造方法であって、
一方の面の全面に導体層が形成された第１誘電体層に対して、あらかじめ設定された導体幅と配列ピッチとからなる形状で配列されてなる正方形状導体部を形成する工程と、
第２誘電体層を準備する工程と、
接着性を有する材料を用いて、前記第１誘電体層の他方の面と前記第２誘電体層との間を接着して第３誘電体層を形成する工程とを含み、
前記第１誘電体層および前記第３誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みは、前記第２誘電体層の比誘電率、誘電正接および厚みよりもそれぞれ小さく、
前記第３誘電体層の厚みは、前記第１誘電体層の厚みより小さくしたことを特徴とするシート状電波吸収体の製造方法。 - 請求項１から４までのいずれか１項に記載のシート状電波吸収体と、
７７ＧＨｚ帯または７９ＧＨｚ帯の電磁波を放射する電子回路を含む電子回路部と、
前記電子回路部を電磁シールドするために、前記電子回路部の前記電子回路を少なくとも覆うように設けられたシールドカバーとを含み、
前記シート状電波吸収体は、前記シールドカバーと前記電子回路部との間に配置されたことを特徴とする電子機器。
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