JPH10335877A

JPH10335877A - 周波数選択特性を有する電磁シールド方法

Info

Publication number: JPH10335877A
Application number: JP9145226A
Authority: JP
Inventors: Kimio Kawasaki; 公雄川崎; Junichi Hirai; 淳一平井; 修一 ▲高▼坂; Shuichi Kosaka; Yorihaya Yokota; 依早弥横田; Yoshimasa Yoshida; 義政吉田; Kazuyuki Yamanoue; 和志山野上; Masaaki Sasada; 雅昭笹田
Original assignee: II M TECHNO KK; Kajima Corp
Current assignee: II M TECHNO KK; Kajima Corp
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】必要な周波数の電波帯のみを選択して電磁シ
ールドが可能であり、ガラス等にこれを施した場合で
も、採光性・可視性を損なうことがなく、また、これを
施した電磁シールド部材間の隙間部分の処理やアースの
ための導電材による通電処理をする必要もない。【解決手段】遮断しようとする電波の周波数に対応し
た長さの線状アンテナ素子３を等価電磁界反射面積（体
積）を考慮して規則的に空間中あるいは非導電材料上に
配列させ、この線状アンテナ素子３で電波を反射すると
ともに一部を吸収させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数特性を有す
る電磁シールド方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建築物や建物内部の電磁シールドは、ビ
ル内で無線技術を応用したパーソナルな携帯機器を屋内
で法に定められた枠内で活用する場合などでも周波数の
再利用、電波の干渉妨害対策、通信のセキュリテイ対策
の目的から求められる。

【０００３】例えば、特定の建物内で、事業所内ＰＨＳ
あるいは無線ＬＡＮを設ける場合、いずれも技術基準に
基づいて製造され、その技術内容は公開され、しかも分
析する測定機が市販されているので、建物内の通信情報
は屋外から容易にアクセスされうる。

【０００４】公衆使用と兼用されているＰＨＳ端末では
Fire-Wall を設けることは大変に難しいのでセキュリテ
ィ維持には一般には電磁シールドの方法しかない。

【０００５】また、周波数が制限されているので、可能
な限りの使用台数を確保する再利用のためには屋内と屋
外または屋内同士の通信が電磁シールドされることも必
要である。

【０００６】さらに、電磁シールドの必要性は、病院等
医療分野で電磁波が医療機器や患者へ干渉して悪さをす
る場合や、コンサートホール等で観客に静寂を求められ
る場合などに、ＰＨＳや携帯電話等が作動しないように
することからも要請される。

【０００７】そして、高周波に対する電磁シールドはす
でに広く使用されており、金属板や金属メッシュあるい
は電波吸収材の研究が多くなされていて、ビル構造の電
磁シールドとして、従来各床面は鉄板などにより十分な
電磁遮蔽が行え、外部壁面並びにテナント間のパーテー
ションには金属箔や金属メッシュを付加することにより
マイクロ波帯でも有効な電磁遮蔽が行える。

【０００８】これに対してガラス窓は光の透過性を確保
することからも、電磁遮蔽が困難であるが、一例とし
て、タングステン、アルミなどの極めて薄い蒸着膜を全
面にわたりガラス表面または内部にラミネートすれば、
可視光線に対しては30〜35％の減少に留まるが、実用に
されているデジタルコードレス電話（1.9 ＧＨｚ）ある
いは無線ＬＡＮ（2.45ＧＨｚ）に対して最大20〜30ｄＢ
（＝１／100 〜１／1,000 ）に減衰させうることは知ら
れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の電磁シ
ールド方法では、広帯域の周波数帯にわたり遮蔽するの
で確かに電波は遮蔽できるが、それでは遮蔽すると困る
通常の通信、例えば、公衆携帯電話、ポケベル、各種放
送、警察や消防に緊急通信、コードレス電話などの日常
通信まで遮蔽されることになる。

【００１０】本発明の目的は前記従来例の不都合を解消
し、必要な周波数の電波帯のみを選択して電磁シールド
が可能であり、ガラス等にこれを施した場合でも、採光
性・可視性を損なうことがなく、また、これを施した電
磁シールド部材間の隙間部分の処理や導電材による接地
処理が必要ない周波数選択特性を有する電磁シールド方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、第１に、遮蔽しようとする電波の周波数に対
応した長さの線状アンテナ素子をこの等価電磁界反射面
積（体積）を考慮して規則的に空間中あるいは非導電材
料上に配列させ、この線状アンテナ素子で電波を反射す
るとともに一部を吸収させることを要旨とするものであ
る。

【００１２】第２に、線状アンテナ素子は環状線路形状
であり、その周囲長（内寸）を遮蔽しようとする電波の
波長と同じくすること、または、線状アンテナ素子は端
部開放形状とし、その一辺の長さを遮蔽しようとする電
波の１／４波長とすることを要旨とするものである。

【００１３】第３に、長さの異なる線状アンテナ素子を
組合せて規則的に配列させること、第４に、端部が開放
形状の線状アンテナ素子と円形または多角形の環状線路
形状の線状アンテナ素子とを組合わせること、第５に、
端部が開放形状の線状アンテナ素子で、長さが異なるも
のを組合わせること、第６に、円形または多角形の環状
線路形状の線状アンテナ素子で、長さが異なるものを組
合わせることを要旨とするものである。

【００１４】第７に、端部が開放形状の線状アンテナ素
子は、各辺の端を隣接する線状アンテナ素子の中心に近
づけて配列することを要旨とするものである。

【００１５】請求項１〜請求項３記載の本発明によれ
ば、線状アンテナ素子はアンテナの金属部分の面積のみ
が電磁波エネルギーを反射するのではなく、金属部分の
近傍のある範囲の電磁界を反射させる。そしてこの線状
アンテナ素子を等価電磁界反射面積（体積）を考慮して
空間中あるいは非導電性材料上に平面的あるいは立体的
に配置することにより電磁シールドができる。また、間
隔を存していて全面を覆うことがないので、採光性・可
視性を損なうことがない。

【００１６】しかも、パターン化した小さな線状アンテ
ナ素子はその長さを選定することにより、特定の周波数
を遮蔽でき、その結果、他の電波を通過させるので、警
察、消防無線などの無線、テレビ電波など、外部からの
情報の収集が必要な電波は遮蔽せず、建物内部で使用す
る電波の外部漏れを防ぎ、セキュリティを高めることが
できる。

【００１７】また、このようにアンテナ素子はほとんど
が反射損失により遮蔽し、一方、吸収された（受信し
た）電力は熱損失となるので、アンテナ素子を配列した
部材を窓枠の金属サッシに導通させて接地する必要はな
く、導電接続に限定されずに自由な設定ができる。

【００１８】請求項４〜請求項７記載の本発明によれ
ば、長さの異なる線状アンテナ素子を組合せて規則的に
配列させることで、複数の周波数を電磁シールドするこ
とができる。

【００１９】請求項８記載の本発明によれば、線状アン
テナ素子の電界の高い所と低い所が近接する配置とする
ことで、電界の高い所同士が近接して素子間の相互干渉
が起こることを防止できる。また、素子密度を高くする
ことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
ついて詳細に説明する。図１は本発明の周波数選択特性
を有する電磁シールド方法の第１実施形態を示す正面図
で、遮蔽しようとする電波の周波数に対応した長さの線
状アンテナ素子３をこの等価電磁界反射面積（体積）を
考慮して窓ガラス２等の非導電材料上に規則的に配列さ
せ、この線状アンテナ素子３で電波を反射するとともに
一部を吸収させることとした。

【００２１】先に、本発明に関連する基本原理について
説明する。導体片が空中にある場合、この面に電波が入
射すると、１部は反射、１部は吸収、残りは透過する。
この導体片による電波の減衰量は導体片の形状や大きさ
によって異なる。この導体片を図３に示すように端部が
開放の線状アンテナ素子（短絡型ダイポールアンテナ）
１としたとすれば、電波を反射するとともに一部は吸収
される。

【００２２】図４に示すように、平面電磁界に平行に置
かれた半波長（λ／２）のダイポールアンテナはアンテ
ナの金属部分の面積のみが電磁波エネルギーを受信する
のではなく、金属面の近傍の電磁界を吸い取っている。
その広がりは均一ではないが等価面積Ａｅは、下記式１
で計算値が表示される。

【００２３】

【式１】Ａｅ≒０．１３λ²

【００２４】この受信された電力は一部は反射され、約
１／４の電力が受信電力となる。これが実効開口であ
る。

【００２５】ところで線状アンテナ素子（ダイポールア
ンテナ）１の受信端入力抵抗を短絡すなわちＲｔ＝０と
すると損失がなければ到来した電波は等価電磁界反射面
積（体積）Ａｑ＝４×０．１３×λ²の範囲で全反射さ
れる（実効開口の４倍）。

【００２６】このように受信機の入力抵抗をゼロにする
と、理想的な損失のないアンテナであれば、空間に電力
がすべて反射され、その等価な面積は前記の実効開口の
４倍になり、このような線状アンテナ素子１による素子
を前記等価電磁界反射面積（体積）Ａｑに応じて図５に
示すように窓ガラス２に配列すれば、あたかも金属膜を
貼ったのと同様な効果を示す。アンテナは一般に周波数
依存性をもつが、その特性と受信入力抵抗＝０がこの線
状アンテナ素子１による素子の基本動作であり、もし損
失があれば、その部分はアンテナ損失抵抗に吸い取られ
る。

【００２７】しかも線状アンテナ素子１は散在するもの
なので、窓ガラス２の採光性・可視性を損なうこともな
い。なお、線状アンテナ素子１をなす導電線の太さは視
界の妨げにならないように細く、かつ損失の少ないもの
を選択する。

【００２８】ところで1885〜1950ＭＨｚは、現行のパー
ソナル通信（PHS-JAPAN.,PCS-US.DECT-Europe ）および
西暦2000年から実用になるFPLMTS（Future Public Land
Mobile Telephone System）の周波数帯であり、2420〜
2480ＭＨｚはＩＴＵで定めるＩＳＭ（Industrial-Scien
tific-Medical −−−工業、科学、医療）用の周波数で
ビル内では無線ＬＡＮに割り当てられているほか電子レ
ンジや大電力の非破壊検査用線形加速機にも使われてい
る。

【００２９】ＰＨＳの場合は周波数が1.90ＧＨｚである
とすると、波長がλ＝約158 mm、無線ＬＡＮの場合は周
波数が2.45ＧＨｚであるとすると、波長がλ＝約122 mm
だから、それぞれの線状アンテナ１は面積Ａｑ＝12.981
mm²（atＰＨＳ）、Ａｑ＝7740mm²（atＬＡＮ）に相当
し、これをガラス表面またはガラス板間に等価電磁界反
射面積（体積）Ａｑを考慮して規則的に配列、すなわち
点在させればよい。

【００３０】しかし、図５に示すように線状アンテナ素
子２を横一列に配置するのでは、実際の電波の波面がこ
のように横一列でなく、様々な偏波面には対応できな
い。そこで線状アンテナ素子３はこれを後述のような端
部開放形状か、環状線路形状とする。このようにするこ
とであらゆる面の傾きの異なる電波にも対応できる。

【００３１】なお、図１、図２は環状線路形状でもＹ字
形の環状線路形状とした場合であるが、図10に環状線路
形状の線状アンテナ素子３の変形例を示す。三角形、四
角形、その他の多角形、円形等種々の形状のものが考え
られる。

【００３２】図６、図７は本発明の第２実施形態を示す
もので、線状アンテナ５は端部開放形状とし、遮蔽しよ
うとする電磁波の波長をλ、線状アンテナ素子の等価比
誘電率をεq とした場合、一辺の長さが略λ／（４√ε
q ）の逆Ｙ字形素子あるとした。すなわち、空気中では
εq が１であるので、線状アンテナ５は一辺の長さが遮
蔽しようとする電波の１／４波長となる。しかしこの線
状アンテナ５をガラス上に配置すると硝子の誘導率によ
り一辺の長さは変わる。

【００３３】前記逆Ｙ字形の線状アンテナ５を配置した
電磁波シールドガラスの性能確認を行うためにガラス表
面に銀ペーストにより線状アンテナ５を焼成印刷して行
った実験結果を図８に示す。

【００３４】最大減衰量は３５ｄＢ（中心周波数１．９
ＧＨｚ）で、目標とした３０ｄＢの減衰帯域幅は３５Ｍ
Ｈｚ程度となりＰＨＳ電波使用帯域に対して十分なシー
ルド性能を持つことが確認された。

【００３５】下記表−１にこのガラス仕様を、表−２に
実験概要を示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】図９は線状アンテナ素子５を４角形、すな
わち十字形の素子とした場合である。いずれの場合も、
中心５ａが電界の低い所となり、各辺５ｂの端が電界の
高い所となる。図９の場合と比べて図６、図７の場合
は、線状アンテナ素子５の電界の高い所と低い所が近接
する３角形の配置することで、電界の高い所同士が近接
して素子間の相互干渉が起こることを防止できる。ま
た、３角形に配置することで素子密度を高くすることが
できる。

【００３９】図11に端部開放形状の線状アンテナ素子５
のさらなる変形例を示す。

【００４０】なお、前記線状アンテナ素子３や線状アン
テナ素子５を窓ガラス２に配列させさせる方法として
は、銀、銅、金などの金属ペーストシルク印刷やフィル
ム膜の貼り付けによる方法が考えられる。このうち、フ
ィルム膜の貼り付けは雨滴や汚損による影響も緩和する
し、建設後から追加施工することもでき、相対的に安価
な方法である。

【００４１】ところで、例えば、携帯電話では周波数帯
は900 ＭＨ_Z帯と1,500 ＭＨ_Z帯の２種類があり、同様
に、ＰＨＳの場合は周波数が1.95ＧＨｚであるとする
と、無線ＬＡＮの場合は周波数が2.45ＧＨｚであり、そ
の双方の電磁シールドを行うには、複数周波数帯に対応
することが必要となる。

【００４２】図12はこのような複数周波数帯対応を有す
る電磁シールド方法の実施形態を示す斜視図で、長さの
異なる線状アンテナ素子を組合せて規則的に配列させる
こととする。本実施形態では環状線路形状の線状アンテ
ナ素子３と端部開放形状の線状アンテナ素子５を組合わ
せたものを等価電磁界反射面積（体積）を考慮して規則
的に配列させるが、図13に示すように端部開放の線状ア
ンテナ素子５はＹ字形のもの、環状線路形状の線状アン
テナ素子３は正三角形のものとする。なお、線状アンテ
ナ素子３は２重のものとしたが、これを１重のものとし
てもよい。

【００４３】また、線状アンテナ素子５は線状アンテナ
素子３の中に非接続で納まる。このようにすることで、
素子間の干渉を軽減することができる。図14には図13に
示す線状アンテナ素子３，５の電磁シールド効果を示す
が、縦軸は減衰量、横軸は周波数である。（ＤＤＳは線
状アンテナ素子３は２重のものとした場合、ＳＤＳは１
重のものとした場合である。）

【００４４】図15に環状線路形状の線状アンテナ素子３
と端部開放形状の線状アンテナ素子５を組合わせたもの
の変形例を示す。

【００４５】さらに、複数周波数帯対応を有する電磁シ
ールド方法として、図16に示すように端部開放形状の線
状アンテナ素子５同士で、長さが異なるものを組合わせ
る場合や、図17に示すように環状線路形状の線状アンテ
ナ素子３同士で長さが異なるものを組合わせる場合も可
能である。

【００４６】また、複数周波数帯対応として３つの周波
数帯のための線状アンテナ素子の組合せ例を図18に示
す。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように本発明の周波数特性を
有する電磁シールド方法は、アンテナ長に応じた周波数
帯の電波のみシールドし、これ以外の電波は透過できる
ので必要な周波数の電波帯のみを選択して電磁シールド
が可能なものである。

【００４８】また、ガラス等にこれを施した場合でも、
最大４０ｄＢ程度のシールドが可能で、アンテナ周囲に
反射領域ができるため、ある程度隙間が存在してもシー
ルド性能は確保でき、アンテナエレメントの細線化が可
能なので、採光性・可視性を損なうことがない。

【００４９】さらに、これを施した電磁シールド部材間
の隙間部分の処理や接地のための導電材による通電処理
をする必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の周波数特性を有する電磁シールド方法
を窓ガラスに施した場合の第１実施形態を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の周波数特性を有する電磁シールド方法
の第１実施形態を示す要部の正面図である。

【図３】導電体を線状アンテナ（ダイポール）とした場
合の説明図である。

【図４】本発明の電磁シールド方法の原理を示す斜視図
である。

【図５】線状アンテナを配置した窓ガラスの正面図であ
る。

【図６】本発明の周波数特性を有する電磁シールド方法
を窓ガラスに施した場合の第２実施形態を示す斜視図で
ある。

【図７】本発明の周波数特性を有する電磁シールド方法
の第２実施形態を示す要部の正面図である。

【図８】Ｙ字形の線状アンテナ素子を配置した電磁波シ
ールドガラスの性能確認を行った実験結果のグラフであ
る。

【図９】線状アンテナ素子を十字形とした場合の配置を
示す説明図である。

【図１０】環状線路形状の線状アンテナ素子の変形例を
示す説明図である。

【図１１】端部開放形状の線状アンテナ素子の変形例を
示す説明図である。

【図１２】複数周波数帯に対応できる実施形態を示す斜
視図である。

【図１３】環状線路形状の線状アンテナ素子と端部開放
形状の線状アンテナ素子の組合せの一例を示す平面図で
ある。

【図１４】図12に示す線状アンテナ素子の電磁シールド
効果を示すグラフである。

【図１５】環状線路形状の線状アンテナ素子と端部開放
形状の線状アンテナ素子を組合わせたものの変形例を示
す説明図である。

【図１６】端部開放形状の線状アンテナ素子同士で、長
さが異なるものを組合わせ例を示す説明図である。

【図１７】環状線路形状の線状アンテナ素子同士で長さ
が異なるものを組合わせ例を示す説明図である。

【図１８】３つの周波数帯のための線状アンテナ素子の
組合せ例を示す説明図である。

【符号の説明】

１…線状アンテナ素子２…窓ガラス３…線状アンテナ素子５…線状アンテナ素子５ａ…中心５ｂ…辺

フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼坂修一東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者横田依早弥東京都調布市飛田給二丁目19番１号鹿島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者吉田義政大阪府大阪市西区阿波座一丁目３番15号鹿島建設株式会社関西支店内 (72)発明者山野上和志大阪府大阪市西区阿波座一丁目３番15号鹿島建設株式会社関西支店内 (72)発明者笹田雅昭兵庫県西宮市寿町１丁目24号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遮蔽しようとする電波の周波数に対応し
た長さの線状アンテナ素子を等価電磁界反射面積（体
積）を考慮して規則的に空間中あるいは非導電材料上に
配列させ、この線状アンテナ素子で電波を反射するとと
もに一部を吸収させることを特徴とする周波数選択特性
を有する電磁シールド方法。
【請求項２】線状アンテナ素子は環状線路形状であ
り、その周囲長（内寸）を遮蔽しようとする電波の波長
と同じくする請求項１記載の周波数選択特性を有する電
磁シールド方法。
【請求項３】線状アンテナ素子は端部開放形状とし、
その一辺の長さを遮蔽しようとする電波の１／４波長と
する請求項１記載の周波数選択特性を有する電磁シール
ド方法。
【請求項４】長さの異なる線状アンテナ素子を組合せ
て規則的に配列させる請求項１ないし請求項３のいずれ
かに記載の周波数選択特性を有する電磁シールド方法。
【請求項５】端部開放形状の線状アンテナ素子と環状
線路形状の線状アンテナ素子とを組合わせる請求項４記
載の周波数選択特性を有する電磁シールド方法。
【請求項６】端部開放形状の線状アンテナ素子同士
で、長さが異なるものを組合わせる請求項４記載の周波
数選択特性を有する電磁シールド方法。
【請求項７】環状線路形状の線状アンテナ素子同士
で、長さが異なるものを組合わせる請求項４記載の周波
数選択特性を有する電磁シールド方法。
【請求項８】端部開放形状の線状アンテナ素子は、各
辺の端を隣接する線状アンテナ素子の中心に近づけて配
列する請求項２記載の周波数特性を有する電磁シールド
方法。