JPH02192800A - 広帯域電波吸収体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は入射した電波を熱として消費する広帯域電波吸
収体に関する。

〔従来の技術〕

近年、高層ビルディングの乱立などによりＴＶ電波を中
心とする電波障害をもたらすことからそれらビルディン
グの外壁を電波吸収材によって覆うことが行われている
。この場合に用いられる材料としては、第２０図（ａ）
　、（ｂ）に示すようなものがある。

同図（ａ）のものは導体板１上に吸収材３を設けたもの
であり、吸収材としてはフェライトなどの磁性体、導電
性グラファイトを混入したゴムとかプラスチック、また
はフェライト粉末と導電性グラファイトの両者を混入し
たゴムとかプラスチックがある。そしてＴＶｇ波の反射
防止材としては現在のところフェライトを使用するもの
が最も薄くでき、吸収材料の厚さはほぼ８〜１０ｎｏｓ
である。

また同図（ｂ）のものは導体板ｌと吸収材３との間に永
久磁石４を挿入して吸収材料の損失特性の改善を図った
ものである。このものは磁石部分と吸収材料部分の合計
厚さはほぼ４＋ａｍ程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

これら電波吸収体はフェライトや磁石が重いとか、高価
であるなどの欠点・を有していて普及が阻害されている
。また磁性材料の透磁率の分散によって電波吸収特性が
周波数によって異なり、ある限られた範囲の周波数幅の
電波しか吸収できない。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、軽量で周
波数幅がより広い広帯域電波吸収体を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のため、本発明では、 １、　１辺の長さがａで他の辺の長さがｂなる矩形板の
形状をなし、その板面が吸収すべき電波の伝播方向に直
角方向を向いて配されたときの該電波の電界方向に平行
な方向の長さを前記ａとするとき、このａが前記電波の
半波長よりも短くなるように構成された遮断要素と、 この遮断要素の周囲の所定位置に前記板面と直角方向を
向きかつ一端が該遮断要素に接続されるように立設され
、式Ｒ−３７７ｂ／ａで定まる抵抗値Ｒまたはその整数
分の１の抵抗値を有する少なくとも１対の抵抗体とをそ
なえた広帯域電波吸収体、および ２、　各々が、 １辺の長さがａで他の辺の長さがｂなる矩形板の形状を
なし、その板面が吸収すべき電波の伝播方向に直角方向
を向いて配されたときの該電波の電界方向に平行な方向
の長さを前記ａとするとき、このａが前記電波の半波長
よりも短くなるように構成された遮断要素と、 この遮断要素の周囲の所定位置に前記板面と直角方向を
向きかつ一端が該遮断要素に接続されるように立設され
、式Ｒ＝　３７７　ｂ　／　ａで定まる抵抗値Ｒまたは
その整数分の１の抵抗値を有する少なくとも１対の抵抗
体とを有する複数の電波吸収体をそなえ、 この複数の電波吸収体における前記矩形板が規則的に配
列されてなる広帯域電波吸収体、および３、　上記１項
または２項の電波吸収体において、 前記矩形板は正方形板である広帯域電波吸収体、を提供
するものである。

〔作　用〕

抵抗体が設けられた側から遮断要素に直角方向に入射し
た電波は、抵抗体で電流に変換され、かつ電流が熱に変
換されて消費される。これにより電波が吸収されたこと
になる。

この吸収動作を最も効率よく行うために遮断要素の寸法
とその抵抗値とは所定の関係を持たせる。

この場合、周波数は高域についＣは遮断要素の寸法によ
る制限があるが低域については無制限である。

遮断要素を正方形状に構成すれば、水平および垂直偏波
をともに吸収することができ、したがって円偏波も吸収
できる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、吸収すべき電波の最高周波数で
定まる所定寸法の矩形板状の遮断要素の周囲に該寸法で
定まる所定抵抗値を有する少なくとも１対の抵抗体を立
設して電波吸収体を構成したため、矩形板の寸法を適宜
選定すれば、非常に広い周波数の電波を吸収することが
できる。とくに矩形板に代えて正方形板を用いれば水平
偏波および垂直偏波のいづれについても同様に吸収する
ことができる。

〔基本理論〕

第２図は本発明の対象となる電波の説明図である。電波
は図示のように電気力線で表される電界Ｅと磁力線で表
される磁界Ｈとに分解でき、これら電界、磁界はともに
電波の伝播方向に直角方向を向きかつ互いに直角方向を
向いている。本発明では電界Ｅに直角方向に電流変換要
素つまり電波を電流に変換する平板状の導体からなる要
素１を配する。

第３図はこの平板状の要素１を配した状態を示したもの
であり、平板状の要素１として幅ａで長さ無限大の下板
（厚さは無視する。）を間隔すで配列している。このよ
うに電界Ｅに直角に導体を配列しても電界、磁界は全く
乱されないことは電磁気宇上よく知られている。したが
って電波の伝播の仕方は平板状の要素１に入る以前でも
入った後でも変化せず、同様の伝播状態が得られる。こ
れは平板状の要素１の存在によっては電波が反射しない
ことを示している。

第４図はこれを伝送線路モデルとして示したものである
。すなわち一対の導体板１が水平方向に相互に平行に配
列されているとする。この場合の特性インピーダンスＺ
ｃおよび位相定数βは、Ｚｃ−ｂ／ａＧ７乙：ｏ　−３
７７ｂ／ａ　［Ω］　　−＜１）β−ωＥ丁１７訂　　
　　　　　［ラジアン／ｍｌ　　　　・・・（２）ここ
で、ωは電波の角周波数、ε０は真空もしくは空気の誘
電率、μ。は真空もしくは空気の透磁率である。

第５図（ａ）　、（ｂ）は、この伝送線路モデルを用い
て第２０図に示した従来装置を描き直したもので、同図
（ａ）は第２０図（ａ）に対応し、同図（ｂ）は第２０
図（ｂ）に対応する。

第６図は第５図の改善策として構成されたものを示す図
で、電流変換要素１ａと遮断要素１ｂとの間に抵抗Ｒを
配している。この抵抗Ｒは熱変換要素であり、電流変換
要素１ａからの電流を熱に変換して消費する。

第７図（ａ）　、（ｂ）は第６図の構成を具体化した場
合の外観を示しており、一対の電流変換要素１ａ、１ａ
の端部に熱変換要素２を配して更にその端部を遮断要素
１ｂによって結合した構成であり、同図（ａ）は電流変
換要素１ａを付した状態を示し、同図（ｂ）は除いた状
態を示している。

この構成において、伝播してきた電波を反射させずに吸
収するには第６図の概念図におけるＸ−Ｘ線に沿う而か
ら右側を見たときの人力インピーダンスＺｌｎが上記Ｚ
ｅに一致することが必要である。すなわち、 Ｚ　ｉｎ　−Ｚ　ｃ　　　　　　　　　　　　　　−（
３）であり、これを満たすための条件を以下に説明する
。

いまＸ−Ｘ線に沿う面から遮断要素１ｂまでの距離をｇ
とし、この距ｆｌ＆１は角周波数ωの電波の波長λ（−
２π／β−ｃ／ｆ　　ここでＣは光の速さ３Ｘ１０’　
ｍ／ｓ、ｆは周波数である。）に比べて非常に小さいと
する。すなわち、 １　　＜＜λ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　・・・（４）である。第６図において
Ｘ−Ｘ線に沿う面から右側を見たときの回路は集中定数
回路であるので、Ｚ　Ｉｎ　−２Ｒ−（５） となる。このＲは第６図に示した二つの抵抗Ｒ１Ｒの一
方である。

第８図は第２図ないし第７図（ａ）　、　（ｂ）によっ
て説明した電波吸収装置の側面形状を示している。

すなわち、電流変換要素１ａ、熱変換要素２および遮断
要素１ｂによって空間が形成されていてこの空間内は空
気が充填されている例を示している。

第９図（ａ）　、　　（ｂ）および第１０図は上記空間
に不良導体を充填した状態を示したものであり、第９図
は第８図でいえば熱変換要素２の部分に対応する空間の
み充填したものを、また第１０図は熱変換要素２のみで
なく電流変換要素１ａの部分に対応する空間まで充填し
たものを示している。

これら第９図のもの、第１０図のものにつき考察すると
、充填物５の電流変換要素ｌａｓ熱変換要素２のなす平
面に平行な方向に沿う長さｇが、入射する電波の波長λ
に較べて十分小さい場合、すなわち ｇ　＜＜λ の場合は第９図のものも第１０図のものも同様に取扱う
ことができる。そこで、以下の考察では第９図のものを
対象とする。

この第９図に示したものの直列分布インピーダンスＺｓ
［Ω／　ｍ　］および並列分布アドミタンスＹｐ［Ω／
ｍ］はそれぞれ、 Ｚｓ霞」０μｍ　　　＋Ｒ’　　　　　・・・（６）Ｙ
ｐ−ｊωεφ　　　　　　　　　　　・・・（７）ここ
でμ　は充填物の透磁率、 ε　は充填物の誘電率、 Ｒ′は熱変換要素２の長さ１ｍについての抵抗値、 ａ　は電流変換要素１における電流の磁界成分Ｈと平行
方向の長さ、 ｂ　は同じく電流の電界成分Ｅと平行方向の長さ。

と表わせる。

この第９図に示した電波吸収装置の終端は導体が置かれ
ているので、同図（ａ）で図における左端から右側を見
たときの入力インピーダンスＺｌｎは、となる。

ここにおいて、 ｐ　＜＜λで１ＪＺｓＹｐ−ＩＩ　ｌ＜＜ｌとすると、
ｔａｎｈＪＺｓＹｐ−Ｊ７初ＪＺｓＹｐφｊ７であるか
ら、上記式（８）は、 と書き直せる。

ところで Ｚｓ−ｊωμ・ 十Ｒ’ ・・・（６） において、ミリ波の周波数までは一般にｊωμ・−１（
＜Ｒ’　である場合は、Ｚｌｎ−Ｚ　ｓＤ　’＝Ｒ’　
Ｄ　　　　　　　　　−（１０）としてよい。

Ｒ′は上、下の両方の抵抗の１ｍあたりの抵抗値の和で
あるから、上又は下の抵抗値をＲ′とするとＲ’　−Ｒ
’　＋Ｒ’　−２Ｒ’ である。したがって ２１０−２Ｒ’ｊｌｌ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・（１１）ここでＲ′ｇがｇの長さの部分の
抵抗であり、式（５）のＲに等しい。

したがって式（５）と同様に Ｚ］ｎ＝２Ｒ・・・（１２） となる。

よって、充填物５が入っていても、ｇがλに較べて短い
場合は、充填物がなく空気のみがある場合と同じになる
。

ここにおいて、第７図（ｂ）における熱変換要素２の各
寸法を幅ａ、長さΩ、厚さｔとすると、Ｒ−ｐ−Ω／ａ
Ｘｔ−ｐ／ｌ　Ｊ／ａ　−ＲＯリ／ａ・・・（１３） なる抵抗Ｒが得られる。ここでρは抵抗体材料の面付抵
抗であり、ＲＯはその材料で出来た抵抗膜の素抵抗であ
る。式（１３）と式（１）を式（２）に代入すると、 ３７７ｂ／ａ−２Ｒ口　・Ｉ　／ａ　　　　　　　−（
１４）すなわち、 Ｒｏ　−Ｎ／ｂ−１８８，５［Ω］　　　　　　　−（
１５）がｉりられる。

この関係式を満たすようにＲＯ、ｇＳｂを定めれば抵抗
体ずなわち熱変換要素２が得られ、これにより電波を吸
収し反射を防止できる。各要素ｌａ、ｌｂ相互の間隔す
を吸収しようとする電波の半波長λ／２よりも小さくす
れば、すなわちｂ〈λ／２ とすれば高調波が生じない。またｇは短いほど抵抗体つ
まり熱変換要素２の部分が集中定数回路とみなせるため
周波数特性が広がる。

−例としてｂ＝１０ｃｍ、Ω−１關とすれば、Ｒｏ＝１
８８．５Ｘ１００＝１８８５０　　ＣΩ〕の素抵抗の抵
抗膜を熱変換要素２として用いれば良いことになる。こ
の抵抗膜があれば電波吸収はできるわけであるが、実際
的には入射した電波を電流に変換し易くするために導体
からなる電流変換要素１ａを付加する。また熱変換要素
（抵抗Ｍ）２ａ体で電波を電流に変換できるので、この
場合は電流変換要素１ａを省略してもよい。

ここまでの説明は本発明の基礎となる電流変換要素、熱
変換要素、遮断要素、支持要素によって構成される電波
吸収装置に関する。

〔実施例〕

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）および（ｄ）は
本発明の基礎をなす電波吸収体の構造を示す図、その熱
変換要素を抵抗素子を用いて構成した場合の構造を示す
図、さらに電流変換要素を分割構成とした場合の構造を
示す図である。

同図（ａ）は第６図ないし第８図に示した電波吸収体の
構造を示したものである。そして同図（ｂ）は同図（ａ
）における熱変換要素２を４個の抵抗索子により構成し
たものである。同図（ａ）では１枚の抵抗板として抵抗
値Ｒを有するものであったから、同図（ｂ）のように４
個の抵抗素子で抵抗値Ｒを実現するには抵抗値４Ｒを有
する抵抗素子を４個並列接続すればよい。この結果、同
図（ａ）の分布定数回路が同図（ｂ）では集中定数回路
になる。

分布定数回路己集中定数回路とを高周波特性につき比較
すると集中定数回路の方が周波数の影響を受けず優れて
いることが経験上明らかである。

同図（ｅ）はさらに電流変換要素１ａについても各抵抗
素子ごとに分割して４個の電流変換素子としたものであ
る。ここでは電流変換要素１ａをある程度の長さを有す
るものとして構成したが、上述したように省略すること
ができるものである。

同図（ｄ）は同図（ｃ）の電流変換要素を省略して電波
吸収体を構成したものであり、本発明の基本構造を示し
ている。この基本構造では、吸収しようとする電波の電
界Ｅの方向と平行方向の寸法すを該電波の半波長λ／２
よりも小さくすることを除いてはとくに寸法的制限はな
い。すなわち寸法ａは任意に選定できるのである。

そこで寸法ａを寸法すと同寸とした場合を検討すると、
あらゆる偏波の電波を吸収するできることが分った（本
願出願人による「広帯域電波吸収体」と題した、平成１
年１月１０日付は特許出願参照）。

第１１図はこの寸法ａと寸法すとを同寸とした場合の構
成例を示したもので、抵抗素子間の寸法ａ、ｂを同一に
しかつ平面上に規則的に配置した状態を示したものであ
る。同図において、白丸は各抵抗素子を示している。そ
して、この図における寸法ａ、ｂを有する範囲に含まれ
る４個の抵抗素子を吸収要素１単位としてみると、この
１単位によって２ａ　（＝２ｂ）より大きな波長を有す
る電波を吸収することができ、しかも水平偏波でも垂直
偏波でもこれら両者の合成偏波でも吸収することができ
る。したがって円偏波でも吸収できる。

’；Ｊ　１２図（ａ）ないしくｄ）は、第１１図によっ
て示した吸収要素１単位を用いて平面的な電波吸収体を
構成する方法を示したものである。まず同図ａ１では抵
抗値ｒ−３７７［Ω］の抵抗素子を４間用いて吸収要Ｊ
　１４１１位を構成している。この４個形単位における
抵抗素子を２個づつ合成すると、同図８２に示すように
抵抗値ｒ−１８８，５ＣΩコの抵抗素子を２個用いて吸
収要素１単位を構成することができる。

これら４個形吸収要素または２個形吸収要素を用いて平
面形Ｔ４電波吸収を構成するには、同図（ｂ）に示すよ
うに水平方向に整列配置しくｂｌ。

ｂ２）かつ同図（ｃ）に示すように垂直方向にも整列配
置する（ｃｌ、ｃ２）。

これによって同図（ｄ）に示すような平面配置の電波吸
収体を構成することができる。

第１３図（ａ）ないしくｄ）は本発明による電波吸収体
の具体的構成例を示したものである。同図（ａ）は金属
板からなる遮断要素ｌｂ上に円筒形チップ抵抗ｒを立て
て１端子を遮断要素１ｂに溶接などで接続して電波吸収
体を構成する。円筒形チップ抵抗では端子が電流変換要
素としてａ能し抵抗被膜部分が熱変換要素として機能す
る。同図（ｂ）では同図（ａ）における金属板の代わり
に建築用ラス網を遮断要素とする。

同図（Ｃ）では建築用タイル６にその背後から抵抗素子
γを挿入しつるような穴を設け、同図（ａ）に示すよう
に構成された電波吸収体をはめ込み固着する。さらに同
図（ｄ）は同図（ｅ）における抵抗素子γの端部をタイ
ル表面にほぼ露出させたもので、仕上げにうわぐすりを
用いて表面膜を形成する。

第１４図（ａ）　、（ｂ）はタイル目地に抵抗素子γを
設けたものを示しており、同図（ａ）は平面図、同図（
ｂ）は同図＜ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。この
場合、抵抗素子γはタイル６相互間の目地、図において
は目地交差部に埋め込む。

第１５図および第１６図、第１７図は、上述のように構
成された電波吸収体の吸収特性を測定するためのｉｌＪ
定方法説明図および測定結果を示したスミスチャートで
ある。そして第１６図は抵抗素子１０個を１０　Ｃ１＋
ＩＩＸ　２０＋＋ｓの領域に５個×２列配置した場合の
Ａｐｌ定結果であり、第１７図は同じく１００關Ｘ２０
ｍｍの領域に５個×２列配置した場合の測定結果であっ
て共にインピーダンスが７５［Ω］になるように抵抗素
子を配列している。

これら第１６図および第１７図のスミスチャートはとも
に広い周波数範囲に亙ってインピーダンスが安定してい
ることを示している。

したがってマイクロ波領域の高周波から低周波まで良好
に電波吸収することができる。

第１８図は本発明の他の具体的構成例を示したもので、
第１３図および第１４図の構成例における抵抗素子γを
、隣合う４枚の矩形板の各端部に設けた４個の抵抗γ′
を相互接続することで代替したものである。

また第１９図は第１８図の構成例をさらに変形したもの
で、隣合う２つの矩形板の対向する辺に設けた抵抗γ′
を相互接続している。

そして、本発明の広帯域電波吸収体に一般に電波暗室で
用いられている損失誘電体による電波吸収体と組合わせ
ると極めて広帯域化できる。これは本発明のものが直流
からある周波数まで吸収効果があり、損失誘電体による
ものが高周波域に吸収特性を有するからである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないしくｄ）は本発明の一実施例の構成を
示す説明図、第２図は本発明にかかる電波吸収体で吸収
しようとする電波の説明図、第３図はこの電波中に平板
状の要素を配した状態を示す図、第４図は第３図の状態
を伝送線路モデルとして示した図、第５図（ａ）　、（
ｂ）はこの伝送信号モデルを用いて第１８図に示す従来
装置を描き直した図、第６図は第５図の改善策として構
成されたものを示す図、第７図（ａ）　、（ｂ）は第６
図の構成を具体化した場合の外観を示す図、第８図は第
２図ないし第７図（ａ）　、（ｂ）によって説明した電
波吸収装置の側面形状を示す図、第９図（ａ）　、（ｂ
）および第１０図は第８図の装置の内部空間を不良導体
で充填した状態を示す図、第１１図は本発明における電
波吸収要素の１単位を示す説明図、第１２図（ａ）ない
しくｄ）は第１１図に示した要素１単位を用いて平面的
電波吸収装置を構成する方法を示す図、第１３図（ａ）
ないしくｄ）は本発明の具体的構成例を示す図、第１４
図（ａ）　、（ｂ）は本発明の他の具体的構成例を示す
図、第１５図は本発明による構成例の特性測定方法を示
す図、第１６図および第１７図は本発明の具体的構成例
の実測結果を示すスミスチャート、第１８図および第１
９図は本発明の他の具体的構成例を示す図、第２０図は
従来の電波吸収体の説明図である。 １ａ・・・電流変換要素、１ｂ・・・遮断要素、２・・
・熱変換要素、３・・・吸収体、４・・・磁石、５・・
・充填物、６・・・タイル、７・・・目地、ａ、ｂ、ｌ
・・・寸法。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．１辺の長さがａで他の辺の長さがｂなる矩形板の形
   状をなし、その板面が吸収すべき電波の伝播方向に直角
   方向を向いて配されたときの該電波の電界方向に平行な
   方向の長さを前記ａとするとき、このａが前記電波の半
   波長よりも短くなるように構成された遮断要素と、 この遮断要素の周囲の所定位置に前記板面と直角方向を
   向きかつ一端が該遮断要素に接続されるように立設され
   、式Ｒ＝３７７ｂ／ａで定まる抵抗値Ｒまたはその整数
   分の１の抵抗値を有する少なくとも１対の抵抗体とをそ
   なえた広帯域電波吸収体。
2. ２．各々が、 １辺の長さがａで他の辺の長さがｂなる矩形板の形状を
   なし、その板面が吸収すべき電波の伝播方向に直角方向
   を向いて配されたときの該電波の電界方向に平行な方向
   の長さを前記ａとするとき、このａが前記電波の半波長
   よりも短くなるように構成された遮断要素と、 この遮断要素の周囲の所定位置に前記板面と直角方向を
   向きかつ一端が該遮断要素に接続されるように立設され
   、式Ｒ＝３７７ｂ／ａで定まる抵抗値Ｒまたはその整数
   分の１の抵抗値を有する少なくとも１対の抵抗体とを有
   する複数の電波吸収体をそなえ、この複数の電波吸収体
   における前記矩形板が規則的に配列されてなる広帯域電
   波吸収体。
3. ３．請求項１または２記載の吸収体において、前記矩形
   板は正方形板である広帯域電波吸収体。