KR20030007398A

KR20030007398A - 전파 흡수체

Info

Publication number: KR20030007398A
Application number: KR1020027009312A
Authority: KR
Inventors: 오카야마카츠미; 토요다준이치; 카토요시히로; 수기모토사토시; 이노마타코이치로
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-01-23
Also published as: US20030047338A1; US6670546B2; JP2002158483A; WO2002043460A1; EP1267599A1

Abstract

고주파의 전자파에 대하여 높은 흡수 성능을 갖고, 보다 박형화된 전파 흡수체이다. 전파 흡수체는 단층의 자성층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에 도체가 고착된 구조를 이루고, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이, 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≥mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥O의 실수)을 만족하도록 함으로써, 자성층의 두께가 1mm 이하인 경우에도 고주파의 전자파에 대한 양호한 흡수 특성을 갖는다.

Description

전파 흡수체{Radio wave absorber}

최근, 전자 기기가 취급하는 신호의 고주파화에 동반하지 않는 이들의 전자 기기가 발생하는 불요 복사의 문제가 현저하게 되고 있다. 전자 기기로부터의 불요 복사를 억제하는 방법으로서는 회로의 설계 변경, 대책 부품의 사용 등이 생각되지만, 이러한 방법은 제품 스팬(span)의 단기간화, 비용 증대 등의 이유로 인해, 점점 더 곤란하게 되고 있다. 이 때문에, 높은 주파수의 전자파에 대해서도 자기 손실을 갖는 복합 연자성체를 시트화한 대책 시트 등을 사용하는 방법이 취해지고 있다.

또한 최근, 무선 LAN(Local Area Network)이나 고속 도로 자동 과금 시스템 등, 고주파 전파를 사용하는 통신 시스템이 개발되어 있지만, 이들을 위한 전파사용 기기에 있어서는 목적하는 신호 전파 이외의 전파는 방해파가 되기 때문에, 발생되는 방해파를 흡수하여 통신을 원활하게 하기 위해서 전파 흡수체의 개발이 요망되고 있다. 예를 들면, 2.45GHz 대역의 전자파는 전자 레인지, 휴대 정보 단말, 무선 LAN, Bluetooth 등의 여러 가지 전자 기기에 사용되고 있고, 이들의 전자 기기가 서로 오동작하지 않고 원활하게 통신을 하는 것이 중요하다.

전파 흡수체는 입사한 전파의 에너지를 열로 변환하여 흡수하지만, 이 에너지 변환에는 전파 흡수체의 비유전율의 손실항(ε")(복소 비유전율의 허수 성분) 및 비유전율의 손실항(μ")(복소 비유전율의 허수 성분)이 관계한다. 이와 같이 손실을 갖는 재료에 전파가 입사한 경우, 전파의 에너지는 이하에 나타내는 식 1에 따라서 열로 변환되어 흡수된다.

(1)

식 1 중, P는 단위 체적당의 전파 흡수 에너지[W/m³], ω는 전자파의 각주파수(2π f, f:전자파의 주파수),ε₀은 진공의 유전율, ε"는 복소 비유전율의 허수 성분(유전 손실), E는 외부로부터 인가되는 전자파의 전계 강도, μ₀은 진공의 유전율, μ"는 복소 비유전율의 허수 성분(자기손실), H는 외부에서 인가되는 전자파의 자계 강도를 나타낸다.

식 1에 따르면, 손실이 큰 재료일수록 전파 흡수 능력이 크다. 그러나, 파원으로부터의 거리가 λ/6(λ:전자파의 파장) 이상이 되는, 비교적 원방의 전자계에서의 평면파의 경우, 통상, 이러한 재료에 전파가 1도만 입사한 정도로서는 전파의 에너지를 완전하게 흡수하여 열로 변환하는 것은 불가능하다. 이것은 전파 흡수체의 전면(前面)에서는 공기와 전파 흡수체 사이에서 임피던스가 다르므로, 반사하기 때문이다.

이 때문에, 평면파를 흡수하는 전파 흡수체에서는 전파 흡수체의 이면을 도체로 뒤붙임(backing)하고, 이 계면에서의 반사파와, 전파 흡수체의 전면에 있어서의 반사파의 위상을 제어하여, 반사파를 상쇄함으로써 전파를 흡수하는 방법이 취해지고 있다. 이러한 방법에 의한 전파 흡수체는 임피던스 정합형이라고 불리고 있다. 통상, 임피던스 정합형의 전파 흡수체에서는 전파의 에너지를 99% 흡수하는 값인 반사 감쇠량 20dB를 목표로 하는 것이 많다.

1GHz 이상의 고주파 대역에 사용하는 임피던스 정합형의 전파 흡수체에서는 높은 비유전율과 높은 전기저항을 갖는 것이 필요하지만, 종래에는 이러한 전파 흡수체로서, 예를 들면, 고무 페라이트가 널리 사용되고, 그 외, 카보닐철이나 발포스티롤카본 등이 사용되고 있다. 임피던스 정합형의 전파 흡수체에서는 재료의 정수가 정해지면 정합 주파수와 정합 두께가 결정되지만, 2.45GHz의 전자파에 대해서는 고무 페라이트 등을 사용한 경우, 두께가 약 1cm가 되고, 종래는 이 두께의 전파 흡수체가 사용되고 있었다. 그러나, 예를 들면 휴대 정보 단말 등의 전자 기기는 소형화가 진행되고, 기기의 크기에 차지하는 전파 흡수체의 크기를 작게 하기 위해서는 전파 흡수체의 한층 더 박형화가 필요하고, 비유전율의 보다 높은 재료를 사용함으로써, 전파의 흡수 성능을 유지하면서 박형 경량화가 이루어진 전파 흡수체의 개발이 요망되고 있다.

한편, 고주파 대역까지 높은 비유전율을 갖는 재료로서는 Co를 포함하는 박막재료가 알려져 있고, 예를 들면, 특개평10-241938호 공보에 개시되어 있다. 이것에 따르면, Co-Ni-Al-O 박막 등에 있어서, 입자 직경이 4 내지 7nm 정도로 제어된 자성 미립자와 그것을 둘러싸는 극히 밝은 세라믹스막의 입자계와의 2종류 이상의미세 구조로 이루어지는 그래뉼러(granular) 구조를 취함으로써, 높은 유전율과 높은 전기저항을 양립하고 있다. 그러나, 이 경우는 스퍼터 장치를 사용한 박막으로서 제작되어, 전파 흡수체로서의 실용 재료로는 될 수 없었다.

또한, 임피던스 정합형의 전파 흡수체로서는 상기의 재료에 의한 자성층을 포함하는 다층 구조를 이루는 전파 흡수체가 사용되는 경우도 있다. 예를 들면, 상기한 바와 같이 도체로 뒤붙임된 자성층의 전체면에 유전층이 형성된 구조 등이 생각된다. 이러한 다층 구조의 전파 흡수체는 단층 구조와 비교하여, 입사면의 임피던스가 공간 임피던스에 근접함으로써 반사량이 억제되고, 반사파의 위상의 정합이 잡히기 쉽다는 이점을 가지는 반면, 제조 비용이 상승해 버리는 결점을 가지고 있다. 이 때문에, 임피던스 정합형의 전파 흡수체를 제작할 때는 상기의 이점 및 결점을 고려하여 재료 및 구조를 선정할 필요가 있지만, 그 판단은 용이하지 않았다.

본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 정확한 재료 및 구조 선정이 가능하고, 고주파의 전자파에 대하여 흡수 성능이 높고, 보다 박형화된 전파 흡수체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 임피던스 정합형의 전파 흡수체에 관한 것으로, 특히, 고주파의 전자파를 흡수하기 위한 박형의 전파 흡수체에 관한 것이다.

도 1은 단층의 자성층에 의해서 구성되는 전파 흡수체의 구조를 도시하는 도면.

도 2는 단층의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율을 도시하는 도면.

도 3은 자성층의 두께를 고정하여, 비유전율(ε)을 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 도시하는 도면.

도 4는 자성층의 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 도시하는도면.

도 5는 자성층의 두께를 고정하여, 타깃의 전자파의 주파수를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 도시하는 도면.

도 6은 다층 구조의 전파 흡수층에 의해서 구성되는 전파 흡수체의 구조를 도시하는 도면.

도 7은 다층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 유전층의 비유전율 및 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 도시하는 도면.

도 8은 자성층의 비유전율에 대한 재료의 최적의 선정 조건을 도시하는 그래프.

도 9는 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 비유전율(ε)이 15인 경우에 있어서의 -20dB 이상의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을 도시하는 도면.

도 10은 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 비유전율(ε)이 50인 경우에 있어서의 -20dB 이상의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을 도시하는 도면.

도 11은 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 비유전율(ε)이 1인 경우에 있어서의 -10dB 이상의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을 도시하는 도면.

도 12는 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 비유전율(ε)이 15인 경우에 있어서의 -10dB 이상의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을 도시하는 도면.

도 13은 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서, 자성층의 비유전율(ε)이 50인 경우에 있어서의 -10dB 이상의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을 도시하는 도면.

도 14는 제 1 실시예에 있어서의 전파 흡수 특성을 도시하는 도면.

본 발명에서는 상기 과제를 해결하기 위해서, 임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서, 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값이 임피던스의 부정합 영역외에서 μ"≥mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥0의 실수)을 만족하는 두께 1mm 이하의 자성층과, 상기 자성층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에 고착된 도체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 전파 흡수체가 제공된다.

이러한 전파 흡수체에서는 단층의 자성층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에, 도체가 고착된 구조를 이루고, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이, 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≥μ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥0의 실수)을 만족하도록 함으로써, 자성층의 두께가 1 mm 이하인 경우에도, 고주파의 전자파에 대한 양호한 흡수 특성을 나타낸다. 예를 들면, 주파수가 2.4 내지 2.5GHz의 전자파에 대해서는 자성층의 비유전율이 15 이하일 때, 4≤m≤6, n≤30으로 한 경우에 반사 감쇠량이 20dB 이상이 되고, 1.2≤m≤1.5, n≤10으로 한 경우에 반사 감쇠량이 10dB 이상이 된다. 또한, 자성층의 비유전율이 50 이하일 때, 4≤m≤6, n≤100으로 한 경우에 반사 감쇠량이 20dB 이상이 되고, 1.2≤m≤1.5, n≤30으로 한 경우에 반사 감쇠량이 10dB 이상이 된다. 이 자성층은 예를 들면, 입자 직경이 1 내지 100nm으로 제어된 미세 조직 구조를 갖는 자성 재료를 분말형으로서, 고분자 재료 등에 분산시켜 형성된다.

또한, 본 발명에서는 임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서, 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값이 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≤mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥O의 실수)을 만족하는 자성층을 포함하는 다층 구조를 이루고, 두께 1mm 이하인 전파 흡수층과, 상기 전파 흡수층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에 고착된 도체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 전파 흡수체가 제공된다.

이러한 전파 흡수체에서는 자성층을 포함하는 전파 흡수층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에, 도체를 고착한 구조를 이루고, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이, 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≤mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥0의 실수)을 만족하도록 함으로써, 자성층의 두께가 1mm 이하인 경우에도, 고주파의 전자파에 대한 양호한 흡수 특성을 나타낸다. 예를 들면, 주파수가 2.4 내지 2.5GHz의 전자파에 대해서는 자성층의 비유전율이 15 이하일 때, 4≤m≤6, n≤30으로 한 경우에 반사 감쇠량이 20dB 이상이 되고, 1.2≤m≤1.5, n≤10으로 한 경우에 반사 감쇠량이 10dB 이상이 된다. 또한, 자성층의 비유전율이 50 이하일 때, 4≤m≤6, n≤100으로 한 경우에 반사 감쇠량이 20dB 이상이 되고, 1.2≤m≤1.5, n≤30으로 한 경우에 반사 감쇠량이 10dB 이상이 된다. 이 자성층은 예를 들면, 입자 직경이 1 내지 100nm으로 제어된 미세 조직 구조를 갖는 자성 재료를 분말형으로서, 고분자 재료 등으로 분산시켜 형성된다. 또한, 전파 흡수층에는 자성층의 외에 예를 들면, 세라믹스를 고분자 재료에 혼련하여 형성된 유전층이 형성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 도 1에 단층의 자성층에 의해서 구성되는 전파 흡수체의 구조를 도시한다.

본 발명에 있어서 제공되는 전파 흡수체는 자성층 등으로 구성되는 전파 흡수층의 이면을 도체로 뒤붙임한 구조를 한다, 임피던스 정합형의 전파 흡수체이다. 이러한 구조의 전파 흡수체는 전파 흡수층의 두께를 조절하여, 공간 임피던스와 전파 흡수층의 임피던스를 정합시킴으로써, 전파 흡수층과 도체와의 계면에서의 반사파와, 전파 흡수층의 전면(前面)에 있어서의 반사파의 위상을 제어하고, 반사파를 상쇄함으로써 전파를 흡수한다. 이 전파 흡수체는 파원으로부터의 거리가 λ/6 이상이 되는, 비교적 원방의 전자계에서의 평면파를 흡수한다. 도 1에서는 임피던스 정합형의 전파 흡수체의 일 예로서, 단층의 자성층(11)과, 이 자성층(11)에 있어서의 전파의 입사 방향의 반대면에, 도체(12)로서 금속판이 뒤붙임된 구조를 하는 전파 흡수체(10)를 나타내고 있다. 이러한 단층 구조의 전파 흡수체(10)는 후술하는 다층구조의 전파 흡수체와 비교하여 제조 공정수를 적게 할 수 있기 때문에, 제조 비용을 억제할 수 있다는 이점을 갖는다.

일반적으로, 임피던스 정합형의 전파 흡수체에서는 재료 정수를 다음에 나타내는 식 2를 만족하도록 설계하고, 또한 전파 흡수층의 두께를 제어함으로써, 목적의 주파수에 있어서의 무반사를 실현한다.

(2)

단, i: 허수 단위, d: 전파 흡수체의 두께

그래서, 이하, 식 2를 만족하는 바와 같은 재료 정수를 탐색한다. 우선, 도 2는 도 1에 도시한 단층의 전파 흡수체(10)에 있어서, 자성층(11)의 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율을 나타내는 그래프이다.

도 2에서는 예로서, 2.45GHz의 전자파에 대하여, 반사 감쇠량이 20dB가 되는 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값을 나타내고 있다. 이 2.45GHz의 대역으로서는 전자레인지, 휴대 정보 단말, 무선 LAN 등의 여러 가지 전자 기기에 의해서 사용되고 있고, 이들의 전자 기기가 서로 오동작하지 않고 원활하게 통신할 수 있도록 요망되고 있는 전자파 대역이다. 또, 자성층(11)의 비유전율은 ε= 1로 하고 있다. 도 2에 있어서, 반타원형으로 나타내는 경계의 안쪽이, 상기의 조건을 만족하는 정합 영역이고, 위에서 각각 두께 50㎛, 100㎛, 150㎛, 200㎛, 250㎛, 300㎛, 및 그 이상의 경우이다. 이 도 2로부터, 흡수량 120dB를 만족하기 위해서 필요한 자성층(11)의 비유전율은 자성층(11)의 두께를 얇게 함에 따라서 커짐을 알 수 있다.

또, 도면 중에 도시한 점선에 대해서는 후술한다.

다음에, 도 3은 자성층(11)의 두께를 고정하여, 비유전율(ε)을 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 나타내는 그래프이다. 도 3에서는 도 2와 같이 단층의 전파 흡수체(10)를 사용하여, 자성층(11)의 두께를 200㎛로서 비유전율(ε)을 변화시킨 경우에 대하여 나타내고, 부정합 영역(31)의 외측에서 나타난 원의 내부가, 2.45GHz의 전자파에 대하여 반사 감쇠량 20dB가 되는 복소 비유전율의 실부(μ')및 허부(μ")의 값을 나타내고 있다. 또한, 이러한 조건을 만족하는 영역을 나타내는 원은 복소 비유전율의 실부(ε')의 값을 15로부터 1000까지 변화시키고, 또한 각 값에 관해서 허부(ε")의 값을 변화시키고, ε"= 0.5, 50, 100인 경우를 각각 실선, 파선, 점선의 원으로 나타내고 있다.

측정의 결과, 도면 중에 있어 반원형으로 나타낸 부정합 영역(31)의 내부는 비유전율(ε)을 어떤 값으로 제어하였다고 해도, -20dB 이상의 흡수 특성이 얻어지지 않는 영역이 되고, 이 부정합 영역(31)에 포함되는 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값을 취하는 재료를 사용하였다고 해도, 조건을 만족하는 양호한 전파 흡수체를 제작하는 것은 불가능하다. 또한, 상기의 흡수 특성을 얻기 위해서는 비유전율이 높아짐에 따라서 필요한 비유전율의 값은 저하함을 알 수 있다. 예를 들면 도 3으로부터 자성층(11)으로서 비유전율이 300 정도의 자성 재료를 사용하면, 두께 200㎛의 박형 전파 흡수체를 제작하는 데 필요한 복소 비유전율은 μ=60-40j 정도로 충분함을 알 수 있다.

본 발명에 있어서는 상기의 부정합 영역 내의 비유전율을 나타내는 자성 재료를 사용하면 양호한 전파 흡수체가 제작할 수 없으므로, 다음에 이 부정합 영역의 경계에 관해서 검토하기로 한다. 도 4는 자성층(11)의 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 나타내는 그래프이다.

도 4에서는 마찬가지로 단층의 전파 흡수체(10)를 사용하여, 타깃의 전자파의 주파수를 2.45GHz로 하고, 자성층(11)의 두께를 100 내지 300㎛의 범위로 변화시킨 경우에, -20dB 이상의 흡수가 얻어지지 않는 부정합 영역의 경계가 어떻게 변화하는지를 나타내고 있다. 이 결과, 자성층(11)의 각 두께에 있어서, 도 3에서 얻어진 것과 동일한 형상인 반타원형의 부정합 영역이 얻어졌다. 이 도 4로부터, 자성층(11)의 두께가 얇을수록 부정합 영역은 커지고, 큰 비유전율이 요구된다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5는 자성층(11)의 두께를 고정하여, 타깃의 전자파의 주파수를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 나타내는 그래프이다. 도 5에서는 마찬가지로 단층의 전파 흡수체(10)를 사용하여, 자성층(11)의 두께를 200㎛로 고정하고, 타깃의 전자파의 주파수를 2 내지 3GHz의 범위로 변화시킨 경우에, -20dB 이상의 흡수 특성이 얻어지지 않는 부정합 영역의 경계가 어떻게 변화하는지를 나타내고 있다. 이 결과, 각 주파수의 전자파에 대하여, 도 3에서 얻어진 것과 같은 형상인 반타원형의 부정합 영역이 얻어졌다. 이 도 5에서 타깃의 전자파에 대하여 양호한 흡수 특성을 얻기 위해서는 주파수가 낮을수록 높은 비유전율이 요구되는 것을 알 수 있다.

이상의 결과, 자성층(11)의 두께가 1mm 이하가 되는 박형의 단층 구조의 전파 흡수체(10)를 구성하기 위해서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 부정합 영역을 계산하여, 비유전율의 값이 부정합 영역 내지의 외측의 값을 취하는 재료를 사용하여 설계할 필요가 있다는 지침이 얻어진다.

다음에, 상기의 흡수 성능을 갖는 박형의 전파 흡수체로서, 전파 흡수층이 자성층을 포함하는 다층 구조로 되어 있는 것에 대해서 검토한다. 우선, 이 일 예로서, 도 6에, 다층 구조의 전자 흡수층에 의해서 구성되는 전파 흡수체의 구조를도시한다.

도 6에 도시하는 전파 흡수체(20)는 전파 흡수층으로서 전자파의 입사면측에서, 유전재료를 사용한 유전층(21) 및 자성층(22)이 적층되고, 이것에 도체(23)가 뒤붙임된 구조로 되어 있다. 이 전파 흡수체(20)로서는 뒤붙임된 도체(23)측에 비유전율이 높은 자성층(22)을 설치하고, 전자파의 입사면측에 유전층(21)을 설치하는 것에 의해서, 입사면의 임피던스를 공간 임피던스에 기초하여 반사량이 억제되고, 반사파의 위상의 정합을 잡기 쉽도록 되어 있다. 또, 다층구조의 전파 흡수체의 구조는 이것에 한정되는 것이 아니라, 자성층 혹은 유전층이 복수 설치되는 등의 구조라도 가능하다.

다음에, 도 7은 도 6에 도시된 다층 구조의 전파 흡수체(20)에 있어서, 유전층(21)의 비유전율 및 두께를 변화시킨 경우에 필요한 비유전율(μ)을 나타내는 그래프이다. 도 7에서는 전파 흡수체(20)에 있어서, 유전층(21)과 자성층(22)을 더한 두께가 200㎛가 되도록 유지하고, 자성층(22)의 복소 비유전율의 실부(ε') 및 허부(ε")의 값이 각각 15, 0.5로, 유전층(21)의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이 각각 1, 0, 복소 비유전율의 허부(ε")= 0으로 하여, 유전층(21)의 복소 비유전율의 실부(ε') 및 두께(d2)를 변화시키었을 때, -20dB 이상의 흡수가 얻어지는 비유전율의 영역이 원에 의해서 나타나고 있다. 도 7에 따르면, 좌측 아래에 도시된 반원형의 범위는 이 범위에서 어떠한 비유전율의 값을 매우 상기의 흡수 특성을 얻을 수 없는 부정합 영역(71)이 되고, 그 외측에서는 유전층(21)의 비유전율의 값이나 두께를 변화시키는 것에 의해, 여러 가지 비유전율의 값의 자성층(22)을 사용하는 것이 가능한 것을 알 수 있다.

이상의 검토 결과에 기초하여 사용하는 재료를 선정함으로써, 본 발명의 전파 흡수체가 실현된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 전파 흡수체로서는 전파 흡수층이 자성층만의 단층 구조를 잡는 것으로, 자성층을 포함하는 다층 구조를 잡지만 2가지의 실현 방법이 생각되지만, 단층 구조의 경우는 복수의 층을 접합하는 다층 구조와 비교하여 제조 공정수를 적게 할 수 있고, 또한 두께의 제어가 용이하므로, 제조 비용을 억제할 수 있는 이점이 있다. 그래서, 전파 흡수체가 최적의 설계를 하기 위해서는 어떠한 조건이 필요할 지에 관해서 검토한다.

도 8은 자성층의 비유전율에 대한 재료의 최적의 선정 조건을 나타내는 그래프이다. 도 8에서는 일 예로서, 타깃의 전자파의 주파수를 2.45GHz로 하고, 전파 흡수층의 두께를 200㎛ 이하로 하였을 때, -20dB 이상의 흡수가 얻어지는 영역을 나타내고 있다. 좌측 아래에 도시된 반타원형의 범위는 부정합 영역(81)이며, 자성층의 비유전율이 이 영역 내의 경우에는 단층구조 및 다층구조 모두 양호한 흡수성능을 얻을 수 없다.

여기서, 도 2를 참조하면, 단층 구조의 경우, -20dB의 흡수 특성이 얻어지는 비유전율의 영역은 자성층의 두께가 두껍게 됨에 따라서 감소하여 가지만, 그 영역은 도면 중에서, 원점을 통과하여 일정 경사가 되는 선보다 복소 비유전율의 허부(μ")의 값이 큰 영역, 즉 μ"≥mμ'-n(m:m＞0의 실수, n≥0의 실수)을 만족하는 영역 내에 존재하고 있고, 도 2의 조건인 경우, m의 값은 약 5, n의 값은 약 0이다. 따라서, 단층구조의 전파 흡수체가, 고주파 대역에 있어서, 어떤 주파수의 전자파에 대하여 양호한 흡수 특성을 갖기 위해서는 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값에 μ"≥mμ'-n이라는 조건을 만족하지 않으면 안된다. 한편, 도 7을 참조하면, 다층 구조의 경우, 유전층의 비유전율이나 두께를 제어함으로써, 자성층의 비유전율은 기본적으로, 부정합 영역(81)을 제외하는 거의 전체 영역의 값을 취하는 것이 가능하다.

이상의 사실로부터, 도 8에 도시되는 바와 같이, 부정합 영역(81)을 제외하는 영역에서, 양호한 흡수 특성을 얻을 수 있는 전파 흡수체가 제작 가능해지기 위해서는 자성층의 복소 비유전율을 사용하여, μ"= mμ'-n(m:＞0의 실수, n:n≥0의 실수)을 나타내는 직선을 설계의 판단 기준으로 할 수 있고, μ"≥mμ'-n의 영역에서는 단층 구조의 전파 흡수체를 제작하도록 하고, 이외의 영역에서는 다층 구조의 전파 흡수체를 제작하는 것이 유리하다고 판단할 수 있다. 그래서 다음에, 상기 식의 m 및 n의 값에 대하여 검증하기로 한다.

우선, 단층 구조의 전파 흡수체에 있어서 -20dB의 흡수 특성을 얻기 위한, 자성층의 재료 선정의 지침에 관해서 검증한다. 도 9는 자성층의 비유전율(ε)이 15인 경우에 있어서의 정합 영역을 도시하는 도면이다. 또한 도 10은 비유전율(ε)이 50인 경우에 있어서의 정합 영역을 도시하는 도면이다. 이하, 도 2, 도 9 및 도 10을 이용하여, -20dB의 흡수 특성을 만족하는 m 및 n의 값을 검증한다.

도 2, 도 9 및 도 10에서는 타깃의 전자파의 주파수를 2.45GHz로 하여, 자성층의 두께(d)를 변화시킨 경우에 -20dB의 흡수 특성이 얻어지는 정합 영역을, 자성층의 비유전율(ε)의 값마다 나타내고 있다. 자성층의 비유전율(ε)의 값은 도 2에서 1, 도 9로 15, 도 10에서 50으로 하고, 각 도면에 있어서, 자성층의 두께(d)가 50㎛, 100㎛, 200㎛, 250㎛, 300㎛, 및 그 이상의 경우의 정합 영역이, 거의 타원형의 선내로서 나타나고 있다.

도 9 및 도 10에서는 상술한 도 2의 경우와 마찬가지로, 흡수량 -20dB를 만족하기 위해서 필요한 자성층의 비유전율(ε)이, 두께(d)를 얇게 함에 따라서 커지고 있고, 그 정합 영역은 각 도면에 있어서, 어떤 경사를 갖는 직선의 좌측에 나타나고 있다. 이러한 직선을, 도 2, 도 9 및 도 10에서는 직선(L1, L2 및 L3)으로서 점선으로 나타나고 있다. 각 직선(L1, L2 및 L3)을 μ"= mμ'-n으로서 나타내면, 비유전율(ε)이 1인 경우는 도 2로부터 m=5, n=0, 비유전율(ε)가 15인 경우는 도 9로부터 m=4.3, n=25, 비유전율(ε)이 50인 경우는 도 10으로부터 m=5.1, n=75로 되어 있다.

이상의 결과로부터, 단층 구조의 임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서, 타깃의 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 전자파에 대하여 20dB 이상의 반사 감쇠량을 얻기 위한 지침은 자성층의 재료의 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 관계가 μ"≥mμ'-n에서, 자성층의 비유전율(ε)이 15 이하인 경우, 4≤m≤6, n≤30으로 하고, 또한, 자성층의 비유전율(ε)이 50 이하인 경우, 4≤m≤6, n≤100이라는 값을 목표로 할 수 있다. 이와 같이, 자성층의 비유전율(ε)의 값이 증가하면, 경사인 m의 값은 크게 변화하지 않지만, 원점으로부터의 거리인 n의 값은 점차로 증가하여 가고, 정합 가능한 영역이 커진다. 또한, 상기의 지침에 의해서, 전자레인지, 휴대 정보 단말, 무선 LAN 등의 많은 전자 기기에 의해서 사용되는 2.45GHz의주파수대에서의 불필요한 전파에 대하여, -20dB 이상의 흡수 특성을 갖고, 두께 1mm 이하의 박형 전파 흡수체의 설계 조건을 얻는 것이 가능해진다.

또, 일반적으로 -10dB 이상이 되면 전파 흡수체로서의 효과가 인정되게 되므로, 다음에, 상기와 동일한 전파 흡수체에 있어서, -10dB 이상의 흡수 특성을 얻기 위한 자성층의 재료 선정의 지침에 관해서 검증한다. 도 11은 자성층의 비유전율(ε)이 1인 경우에 있어서의 정합 영역을 도시하는 도면이다. 또한 도 12는 비유전율(ε)이 15인 경우에 있어서의 정합 영역을 도시하는 도면이다. 더욱이 도 13은 비유전율(ε)이 50인 경우에 있어서의 정합 영역을 도시하는 도면이다. 이하, 도 11, 도 12 및 도 13을 이용하여, -10dB의 흡수 특성을 만족하는 m 및 n의 값을 검증한다.

도 11, 도 12 및 도 13에서는 -20dB의 흡수 특성을 목표로 하는 경우와 같이, 흡수량 -10dB를 만족하기 위해서 필요한 자성층의 비유전율(μ)이, 두께(d)를 얇게 함에 따라서 커지고 있고, 그 정합 영역은 각 도면에서, 어떤 경사를 갖는 직선의 좌측에 나타나고 있다. 이러한 직선을, 도 11, 도 12 및 도 13에서는 직선(L4, L5 및 L6)으로서 점선으로 나타내고 있다. 각 직선(L4, L5 및 L6)을 μ"= mμ'-n으로서 나타내면, 비유전율(ε)이 1인 경우는 도 11로부터 m=1.4, n=0, 비유전율(ε)이 15인 경우는 도 12로부터 m=1.3, n=5, 비유전율(ε)이 50인 경우는 도 13로부터 m=1.4, n=25로 되어 있다.

이상의 결과로부터, 단층 구조의 임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서, 타깃의 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 전자파에 대하여 10dB 이상의 반사 감쇠량을 얻기 위한 지침은 자성층의 재료의 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 관계가 μ"≥mμ'-n이고, 자성층의 비유전율(ε)이 15 이하인 경우, 1.2≤m≤1.5, n≤10으로 하고, 또한, 자성층의 비유전율(ε)이 50 이하인 경우, 1.3≤m≤1.5, n≤30의 값을 목표로 할 수 있다. 이와 같이, 자성층의 비유전율(ε)의 값이 증가하면, m의 값에 큰 변화는 없지만, n의 값은 점차로 증가하여, 정합 가능한 영역이 커져 간다. 또한, -10dB와 같이 목적으로 하는 흡수 특성의 레벨을 낮추어 설계를 하는 경우에는 m의 값이 감소하는 것에 의해, 단층구조의 전파 흡수체에 의한 정합 영역이 확대되어, 설계에 대한 허용치는 커진다.

다음에, 이상의 설계 조건에 기초하여 실현되는 전파 흡수체의 구체예에 관해서 설명한다. 여기서는 2.45GHz 대역의 전자파에 대하여 -20dB의 흡수 특성을 나타내고, 두께가 1mm 이하가 되는 것을 목적으로 한다.

우선, 자성층에 사용하는 재료는 고주파수 대역까지 높은 비유전율을 갖는 것이 필요하다. 고유전율을 나타내기 위해서는 일반적으로 포화 자속 밀도가 큰 것이 필요하게 되지만, 이러한 재료로서 FeCo계 합금이 알려져 있다. 본 발명에서는 이 FeCo계 합금을 사용하고, 더욱이, 입자 직경을 1 내지 100nm으로 제어한 자성 미립자와, 석출 등에 의해서 이 자성 미립자를 둘러싼다, Al₂O₃를 비롯하는 세라믹스등의 고저항 물질에 의한 극히 밝은 입자계에 의하여 미세한 조직 형태를 이루는 나노그래뉼러 구조를 유지함으로써, 높은 유전율과 높은 전기 저항을 얻을 수 있었다.

이러한 FeCo계 금속 연자성체는, 예를 들면, 일반적인 고분자 재료와 복합하여 시트화함으로써, 전파 흡수체로서 사용하는 것이 가능해진다. 이 방법에서는 상술한 자성 재료를, 나노그래뉼러 구조를 갖는 분말 재료로서 준비한다. 입자의 지름은 분말로의 충전을 고려하면 10 내지 50㎛이 적당하고, 또한, 입자계의 두께는 스킨뎁스 이하로 하는 것이 바람직하고, 스킨뎁스가 1㎛ 정도이므로 두께 0.1 내지 3㎛ 정도로 한다. 즉, 종횡비로서는 최대 50/0.1 = 500으로, 최소 3/10 = 0.3 정도가 된다. 이러한 분말 재료를, 부피 충전율 30 내지 60%의 비율로 고분자 재료로 분산시켜, 3개 로울에 의해서 혼련하여 페이스트형의 시료를 생성하고, 이들을 닥터 블레이드(docor blade)법에 의해서 소정의 두께에 조정하여 시트형으로 가공한다. 고분자 재료로서는 염소화폴리에틸렌, 고무계 재료, ABS 수지, 생분해성을 갖는 폴리유산 등을 사용할 수 있고, 또한 열경화성 수지나 광경화성 수지 등을 사용하여 경화시켜도 좋다. 더욱이, 고분자 대신에 콘크리트나 세라믹스 등을 사용하여도 좋다.

이러한 시트형 재료를 사용하여, 제 1 실시예로서, 도 1에 도시한 바와 같은 단층 구조의 전파 흡수체를 제작하였다. 이것에 의하면, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")가 각각 5, 80의 값을 취하는 시료를 얻을 수 있고, 자성층의 두께를 종래와 비교하여 훨씬 밝은 200㎛로서 양호한 흡수 특성을 얻을 수 있었다. 도 14에, 제 1 실시예에서의 전파 흡수 특성을 도시한다.

도 14에 도시한 바와 같이, 제 1 실시예에서는 주파수 2.45GHz의 주변 대역에 있어서, 전면으로부터의 TEM 파(Transverse Elcctric Magnetic wave)에 대하여-20dB 이상의 흡수 특성이 얻어지고 있고, 이것에 의해서 99% 이상의 반사 감쇠율이 되고, 전자 레인지, 휴대 정보 단말, 무선 LAN 등의 많은 전자 기기에 의해서 사용되는 대역으로서는 불필요한 전파를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 일반적으로 전파 흡수체로서의 효과가 얻어지게 되는 -10dB 이상의 흡수 특성에 관해서는 제 1 실시예에서는 약 2 내지 3GHz의 광대역에 있어서, 이러한 흡수 특성이 얻어지고 있다. 또, 자성층의 뒤붙임 도체에는 알루미늄 호일을 사용하였다. 이 도체로서는 이외에 카본막, ITO(산화인듐주석)막, 및 다른 금속막 등을 사용할 수 있고, 이들은 증착막, 스퍼터막으로서 생성되어도, 또한, 이 전파 흡수체가 설치되는 구조물의 금속면이, 이 뒤붙임 도체에 상당하도록 구성하여도 좋다.

다음에, 상기의 재료를 사용하여, 제 2 실시예에서 도 6에 도시된 바와 같은, 유전층 및 자성층의 다층 구조로 이루어지는 전파 흡수층을 갖는 전파 흡수체를 제작하였다. 이 제 2 실시예에서는 고분자 재료를 모재로서 BaO-TiO₂계 세라믹스를 분산시켜 시트형 재료로서 유전층을 생성하고, 이 유전층과, 제 1 실시예와 동일한 재료를 사용한 자성층을 소정의 두께로 제작하여 압착하여, 알루미늄 호일로 뒤붙임하였다. 뒤붙임한 도체로서는 알루미늄 호일 외에, 제 1 실시예와 동일하게 다른 재료 및 제법을 사용하여도 좋다. 이러한 재료를 사용함으로써, 유전층의 비유전율이 300, 자성층의 비유전율이 15, 복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값이 각각 80, 50이 되는 시료를 얻을 수 있고, 유전층 및 자성층의 두께를 각각 30㎛, 120㎛, 합계 150㎛으로 하였을 때, 2.45GHz의 전자파에 대하여 -20dB 이상의 흡수 특성을 얻을 수 있었다.

이상과 같은 전파 흡수체는 고주파의 전자파에 대하여 양호한 흡수 특성을 갖기 때문에, 종래에는 두께 약 1cm 이상이 필요한 곳을, 1mm 이하로서 실현하는 것이 가능해진다. 이러한 전파 흡수체를, 예를 들면 휴대 정보 단말 등의 소형의 전자 기기에 장착한 경우, 박형화 및 경량화가 이루어져, 대단히 유효하다. 또한, 상기의 생성 방법에 의한 전파 흡수체는 시트형에 생성한 전파 흡수 시트 외에, 전파 흡수 패널이나 전파 흡수체에 응용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 자성 재료를 고분자 재료에 혼련시켜 전파 흡수체를 생성하는 방법으로서는 자성 재료의 부피 충전율을 제어하는 것에 의해, 페이스트형이나 액형의 시료를 생성하고, 이것을 패널형의 물체나, 전자 기기의 개체 등의 표면에 스프레이 등을 사용한 도장을 행함으로써, 박형의 전파 흡수체를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.

또, 자성층에 사용되는 자성 재료에는 상기의 재료에 한정되지 않고, Fe, Co, Ni 중 1개 이상을 포함하는 재료, 또는 MmAl, CnzMnAl, MnBi 등의 Mn을 포함하는 합금의 어느 하나를 사용하여도 좋다. 또한, 유전층에 사용되는 유전 재료로서는 상술한 BaO-TiO₂계 세라믹스 외에, PbTiO₃-PbZrO₃계(PZT계), PbO₂-Li₂O₃-ZrO₂-TiO₂계(PLTZ 계), MgTiO₃-CaTiO₃계, BaMg_1-xTa_xO₃계, BZn_1-xTa_xO₃계, Ba₂TiO₂계, Zr_1-xSn_xTiO₄계, BaO-Nd₂O₃-TiO₂계, Pb_1-xCa_xZrO₃계, PbTiO₃-PrZrO₃-PbB_1(1-x)B_2(x)O₃계를 비롯하는 세라믹스 등을 사용하여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 전파 흡수체로서는 단층의 자성층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에, 도체가 고착된 구조를 이루고, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이, 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≥mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥O의 실수)을 만족하도록 함으로써, 자성층의 두께가 1mm 이하인 경우에도, 고주파의 전자파에 대한 양호한 흡수 특성을 갖게 하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 전파 흡수체에서는 자성층을 포함하는 전파 흡수층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에, 도체를 고착한 구조를 이루고, 자성층의 복소 비유전율의 실부(μ')와 허부(μ")의 값이, 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≤mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥0의 실수)을 만족하도록 함으로써, 자성층의 두께가 1mm 이하인 경우에도 고주파의 전자파에 대한 양호한 흡수 특성을 가지게 하는 것이 가능하다.

Claims

임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서,

복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값이 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≥mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥O의 실수)을 만족하는 두께 1mm 이하의 자성층과, 상기 자성층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에 고착된 도체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 15 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 20dB 이상으로 될 때, 4≤m≤6, n≤30인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 50 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 20dB 이상으로 될 때, 4≤m≤6, n≤100인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 15 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 10dB 이상으로 될 때, 1.2≤m≤1.5, n≤10인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 50 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 10dB 이상으로 될 때, 1.3≤m≤1.5, n≤30인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항에 있어서,

상기 자성층은 입자 직경이 1 내지 100nm로 제어된 미세 조직 구조를 갖는 자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 6 항에 있어서,

상기 자성 재료는, Fe, Co, Ni 중 하나 이상을 포함하는 재료, 또는 Mn을 포함하는 합금의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 6 항에 있어서,

상기 자성층은 분말형의 상기 자성 재료를 고분자 재료, 콘크리트, 세라믹스의 어느 하나 중에 분산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
임피던스 정합형의 전파 흡수체에 있어서,

복소 비유전율의 실부(μ') 및 허부(μ")의 값이 임피던스의 부정합 영역 외에서 μ"≤mμ'-n(m:m＞0의 실수, n:n≥O의 실수)을 만족하는 자성층을 포함하는 다층 구조를 이루고, 두께 1mm 이하인 전파 흡수층과, 상기 전파 흡수층에 있어서의 전자파의 입사면에 대한 반대면에 고착된 도체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 15 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 20dB 이상으로 될 때, 4≤m≤6, n≤30인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 50 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5 GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 20dB 이상으로 될 때, 4≤m≤6, n≤100인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 15 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 10dB 이상으로 될 때, 1.2≤m≤1.5, n≤10인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 자성층의 비유전율이 50 이하이고, 주파수 2.4 내지 2.5GHz의 상기 전자파에 대한 반사 감쇠량이 10dB 이상으로 될 때, 1.3≤m≤1.5, n≤30인 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 자성층은 입자 직경이 1 내지 l00nm으로 제어된 미세 조직 구조를 갖는 자성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 14 항에 있어서,

상기 자성 재료는 Fe, Co, Ni 중 1개 이상을 포함하는 재료, 또는 Mn을 포함하는 합금의 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 14 항에 있어서,

상기 자성층은 분말형의 상기 자성 재료를 고분자 재료, 콘크리트, 세라믹스의 어느 하나 중에 분산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 9 항에 있어서,

상기 전파 흡수층에는 유전 재료를 포함하는 유전층이 형성된 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 17 항에 있어서,

상기 유전층은 상기 유전 재료로서 BaO-TiO₂계, PZT계, PLTZ계, MgTiO₃-CaTiO₃계, BaMg_1-xTa_xO₃계, BZn_1-xTa_xO₃계, Ba₂TiO₂계, Zr_1-xSn_xTiO₄계, BaO-Nd₂O₃-TiO₂계, Pb_1-xCa_xZrO₃계 및 PbTiO₃-PrZrO₃-PbB_1(1-x)B_2(x)O₃계의 어느 하나의 세라믹스를 고분자 재료에 혼련하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수체.
제 1 항 또는 제 9 항에 기재된 전파 흡수체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수 시트.
제 1 항 또는 제 9 항에 기재된 전파 흡수체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수 패널.
제 1 항 또는 제 9 항에 기재된 전파 흡수체에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는, 전파 흡수 케이스.