| 【発明の名称】 |
電波吸収体 |
| 【発明者】 |
【氏名】畠山 賢一
【氏名】坂井 康彦
【氏名】岡室 智行
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| 【要約】 |
【課題】本発明の目的は、周波数帯域幅の広い平板状の電波吸収体を提供することにある。
【解決手段】樹脂中にカーボン粉や金属粉などの導電粒子、およびフェライト粉などの磁性粒子のいずれか一方、又は両方を含む複合材を用いて損失層１および損失層３を構成し、該損失層１と該損失層３の間に、長さ１ｍｍ〜１００ｍｍ、アスペクト比１０以上の線状導体６を樹脂シート５の表面、又は内部にランダム、あるいは方向を揃えて配列した共振層２を挟んで積層し、損失層１を金属板４に装着する構造とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂中にカーボン粉や金属粉などの導電粒子、およびフェライト粉などの磁性粒子のいずれか一方、又は両方を含む複合材を用いて損失層１および損失層３を構成し、該損失層１と該損失層３の間に長さ１ｍｍ〜１００ｍｍ、アスペクト比１０以上の線状導体を樹脂シートの表面又は内部にランダムに配列した共振層２を挟んで積層し、損失層１を金属面に装着することを特徴とする電波吸収体。
【請求項２】
共振層２は、長さ１ｍｍ〜１００ｍｍ、アスペクト比１０以上の線状導体を樹脂シートの表面又は内部に方向を揃えて配列したものであることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項３】
共振層２は、樹脂シートの表面又は内部に十字形導体を配列したものであり、該十字形導体の直線部の長さは１ｍｍ〜１００ｍｍであり、該十字形導体の直線部の幅は該直線部の長さの１／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
【請求項４】
共振層２は、樹脂シートの表面又は内部に線状導体よりなる円形、或いは多角形状の導体パターンを配列したものであり、該円形，或いは該多角形状パターンの周辺長が２ｍｍ〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収体。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は平板状の電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波吸収体の構成方法は各種知られており、例えばカーボン粉や金属粉等の導電粒子、あるいはフェライト粉等の磁性粒子のいずれか一方、または両方を含む損失材の層を金属板上に設ける単層形吸収体（例えば特許文献１）、あるいは金属板上に設けた１／４波長厚みの誘電体層の表面に導電材の薄い層を設ける１／４波長形吸収体（例えば特許文献２）、あるいは金属線などの導電短繊維を分散した損失材を用い、これにインピーダンス変成のための層を積層する２層形吸収体（例えば特許文献３）などの構成法がある。
【特許文献１】 特開昭５８−７１６９８号公報（第１図）
【特許文献２】 特開平５−３３５８３２号公報（図１）
【特許文献３】 特公平２−１８５９７号公報（第２図）
【０００３】
上記の単層形吸収体、および１／４波長形吸収体は構成が簡単であり、また厚みが薄い等の利点を有するのでよく用いられるが、一方良好な吸収特性を示す周波数幅が狭いという欠点を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、帯域幅の広い平板状の薄形電波吸収体を提供することにある。
【発明が解決するための手段】
【０００５】
図１に示すように、樹脂中にカーボン粉や金属粉などの導電粒子、およびフェライト粉などの磁性粒子のいずれかを含む複合材を用いて構成した損失層１および損失層３の間に共振層２を挟んで積層し、損失層１を金属板４に装着する構造の電波吸収体とする。共振層２は、図２に示すように長さ１ｍｍ〜１００ｍｍ、アスペクト比１０以上の線状導体６を樹脂シート５の表面、又は内部にランダムに配列したものである。
【０００６】
上記共振層２は電界の強い部分に位置することが必要である。金属板４に近いと電界が弱く、電磁波入射側面に近いほど電界が強い。損失層１、および損失層３の厚みを各々ｄ１、ｄ３とするとき、ｄ１≧ｄ３≧０となる位置に共振層２を挟みこむことが望ましい。
【０００７】
共振層２の厚みは、電波吸収体を薄く構成するためにはできる限り薄い方が望ましく、実用的には共振層２の厚みをｄ２とすると、ｄ２＜（ｄ１＋ｄ３）／５であるのが望ましい。
【０００８】
線状導体６の方向がランダムであることにより、共振層２の特性は入射波の偏波（電界の振動方向）に依存しない。電波吸収体の用途によっては入射波の偏波が定まっていることがあり、この場合には図３に示すように線状導体６を一方向に揃えて配列してもよい。
【０００９】
共振層２に含まれる線状導体６はダイポールアンテナとして作用し、その長さが媒質内波長のおよそ１／２となる周波数ｆ０で共振する。この共振現象を含む線状導体６の効果を等価的な誘電率で表す。等価的な誘電率とは、共振層２を均一な媒質と仮定するときの誘電率である。共振層２の等価的な比誘電率εｒ２（＝εｒ２’−ｊεｒ２”）は図６に示す周波数変化を示す。比誘電率の虚数部εｒ２”はｆ０において最大値を示す。
【００１０】
上記媒質内波長について詳しく述べる。本発明に於いては入射波は平面波を仮定しているが、線状導体６を配列した共振層２は均一媒質ではないために、共振層２、およびその両側に存在する損失層１、損失層３の内部では電磁界分布に乱れが生じて平面波とは異なった電磁界分布になる。この結果、上記媒質内波長は、樹脂シート５とともに損失層１および損失層３も含めて決定されるある平均的な値になる。以下により具体的に述べると、樹脂シート５の比誘電率、比透磁率を各々εｒ５（＝εｒ５’−ｊεｒ５”）、μｒ５（＝μｒ５’−ｊμｒ５”）、損失層１の比誘電率、比透磁率を各々εｒ１（＝εｒ１’−ｊεｒ１”）、μｒ１（＝μｒ１’−ｊμｒ１”）、損失層３の比誘電率、比透磁率を各々εｒ３（＝εｒ３’−ｊεｒ３”）、μｒ３（＝μｒ３’−ｊμｒ３”）とするとき、波長短縮率ｎの近似値はｎ＝１／（εｒ１’εｒ３’εｒ５’μｒ１’μｒ３’μｒ５’）１／３で与えられ、自由空間波長とｎの積により媒質内波長の近似値が見積もられる。
【００１１】
線状導体６の長さとｆ０の関係は、波長短縮率ｎを用いて求めることができる。例えば、εｒ１’＝５、εｒ３’＝５、εｒ５’＝２．２、μｒ１’＝１、μｒ３’＝１、μｒ５’＝１、であるときはｎ＝１／３．８である。ｆ０を４００ＭＨｚ（ｆ０に対応する自由空間波長をλ０とすると、λ０は７５ｃｍ）とするための線状導体６の長さは、媒質内波長ｎλ０は２００ｍｍであるのでその半分の値、すなわち１００ｍｍである。ｆ０を高く設定するほど線状導体６の長さは短くなり、例えばｆ０＝４０ＧＨｚ（λ０は７．５ｍｍ）とする為の線状導体６の長さは１ｍｍとなる。
【００１２】
本発明による電波吸収体はｆ０付近で吸収特性が大きくなるように設計する。電波吸収体の設計周波数によって線状導体６の長さを変えることが必要であり、設計周波数の範囲を１ＧＨｚから４０ＧＨｚ程度とすると線状導体６の長さは１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある。
【００１３】
線状導体６の太さは理論的には細いほど上記共振現象を得るには望ましく、実用的にはアスペクト比が１０以上であることが望ましい。
【００１４】
図６に示される等価的な比誘電率を持つ共振層２を損失層１と損失層３の間に挟んで積層したときの効果を図７の反射係数チャート、および図８を用いて示す。図７に破線で示すａ、および実線で示すｂの特性は各々単層形電波吸収体の反射係数、損失層１と損失層３のみを金属板上に重ねたときの反射係数であり、またｃの特性は損失層１、損失層３及び共振層２を図１に示すように構成したときの反射係数である。周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２）での反射係数を図７の○印、および●印で示す。
【００１５】
先ず比較の為に、従来より用いられている単層形吸収体の特性について述べる。単層形吸収体は図１の構成において共振層２がなく、且つ損失層１と損失層３の組成が同じである場合に相当する。図７のａに示すように、ｆ１からｆ２に至る過程で反射係数は整合（無反射）を表すチャートの中心に近づく。このとき、反射係数はｆ１から周波数が高くなるにつれてチャートの中心に単調に近づき、また、最もチャートの中心に近づいた点からは周波数が高くなるにつれて単調に離れるように変化する。反射係数を「とし、その絶対値を｜「｜とする。単層形吸収体の｜「｜は図８に破線で示すａのように単峰性の特性となり、反射係数がある値以下になる周波数帯域幅は狭い。
【００１６】
本発明は、従来の単層形電波吸収体の層を損失層１と損失層３の２つに分離し、この２枚の損失層の間に共振層２を挟んで積層した構成であると考えられる。ただし、損失層１と損失層３のみを積層した状態では整合はさせず、図７のｂに示すように、チャート実軸の値ｒは、０＜ｒ＜１であるように設定する。
【００１７】
損失層１と損失層３の間に共振層２を挟み込んで積層したときの反射係数を図７のｃに示す。図６に示す共振層２の等価的な比誘電率の影響は図７のｂからｃへの変化として現れる。図７のｃに示す特性はｆ０付近の周波数でチャート中心を取り巻くように変化しており、広い帯域で整合点に近づいている。この場合の｜「｜は図８のｃに示すように双峰性の特性を示し、広帯域吸収体が可能であることを示している。
【００１８】
ｒの値は損失層１と損失層３の比誘電率、および比透磁率により調整できる。良好な吸収特性を得るには、共振層２の等価的な誘電率をｒの値によって変える必要があり、ｒを大きい値に設定するほど共振層２のｆ０での等価的な誘電率の虚数部εｒ２”は大きい値が必要である。εｒ２”の値は共振層２に含まれる線状導体６の密度が高くなるほど大きい値になる。共振層２に含まれる線状導体６の密度を一辺がλ０の正方形の面積あたりの本数で表し、これをＭとする。実験的な検討より、図３に示すように線状導体６を一方向に揃えて配列するときは、０．２＜ｒ＜０．８、かつ２．０＜Ｍ＜６．５に設定し、図２のように線状導体６の方向をランダムに配列するときは、０．２＜ｒ＜０．８、および３．０＜Ｍ＜９．０に設定すれば良好な吸収特性が得られるという結果を得た。
【００１９】
図４は樹脂シート５の表面に十字形導体７を配列した共振層２を示す。十字形導体７は、線状導体６と同様な作用をする２本の直線状導体を直角に組み合わせたものであるので偏波が９０°異なる入射波に対して等価的な誘電率が同じ値になり、共振層２の特性は入射波偏波の方向に依存しない。すなわち、図２に示すように線状導体６をランダムな方向を向くように配列することと同じ効果が得られる。十字形導体７の直線部の作用は線状導体６と同様であるので、該直線部の長さは１ｍｍ〜１００ｍｍ、その幅は長さの１／１０以下に設定すればよい。また、十字形導体を配列した共振層２でのｒ、および一辺がλ０の正方形の面積あたりの十字形導体７の個数をＭとしたときのＭは、０．２＜ｒ＜０．８、および２．０＜Ｍ＜６．５に設定すればよい。
【００２０】
線状導体で円形や正方形、あるいは長方形などの多角形導体を構成すれば、該導体の周辺長がおよそ媒質内波長となる周波数で共振する。したがって、線状導体で構成された円形、或いは多角形の導体を配列しても共振層２を構成できる。該円形，あるいは多角形の線状導体の周辺長は２ｍｍ〜２００ｍｍであり、線状導体の幅は長さの１／１０以下であることが望ましい。
【００２１】
図５は円形の線状導体８を配列した共振層２を示す。この場合は、共振層２の効果は入射波偏波には依存しない。一辺がλ０の正方形の面積あたりの円形線状導体８の個数をＭとするとき、ｒ、Ｍの設定は０．２＜ｒ＜０．８、および３．０＜Ｍ＜９．０と設定すればよい。円形線状導体８を配列するとき、Ｍ＜π２であれば該円形線状導体を重ね合わせずに配列できる。したがって、Ｍの最大値が９．０であればこのような配列が可能である。
【００２２】
共振層２の構成要素である線状導体６、十字形導体７、円形線状導体８、あるいは上記の多角形線状導体の材質は良電導体であればよく、例えば金属、金属をメッキした線状樹脂、或いはカーボン繊維などが使用できる。
【発明の効果】
本発明により、良好な吸収特性を示す周波数帯域幅が広い平板状電波吸収体を構成することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１に示すように樹脂中にカーボン粉や金属粉などの導電粒子、およびフェライト粉などの磁性粒子のいずれか一方、又は両方を含む複合材を用いた損失層１と損失層３の間に、長さ１ｍｍ〜１００ｍｍ、アスペクト比１０以上の線状導体を樹脂シート５の表面、又は内部にランダム、あるいは方向を揃えて配列した共振層２を挟んで積層し、損失層１を金属板４に装着する構造とする。
【実施例】
【００２４】
実施例１
共振層２はｄ１≧ｄ３≧０なる条件で損失層１と損失層３の間に挟み込めば良い。実施例１ではｄ３＝０とし、共振層２を損失層１に重ねた構成とした。損失層１はフェライト粉とクロロプレンゴムとの複合材であり、フェライト粉混合量は重量比で４０％、厚さは３．６ｍｍである。この損失層１の反射係数を６ＧＨｚから１２ＧＨｚまで２６０ＭＨｚ毎に測定した結果を図１０のｂに示す。図１０のｂに示すように、このときのｒは約０．５である。
【００２５】
金属メッキを施した太さ約１００μｍの樹脂繊維を線状導体６として用いた。線状導体６の長さは８．５ｍｍとし、厚み２３５μｍのポリエチレンシート上に方向を揃えて配列した。線状導体６の密度はＭ＝３．５とした。この共振層２を損失層１に重ねたときの、共振層２の等価的な誘電率を図９に示す。εｒ２”の最大値より、ｆ０は約８．６ＧＨｚであった。
【００２６】
損失層１に共振層２を積層したときの反射係数を６ＧＨｚから１２ＧＨｚまで２５０ＭＨｚ毎に測定した結果を図１０のｃに示す。図９に示す共振層２の等価的な比誘電率の影響は図１０のｂからｃへの変化として現れ、図１０のｃに示す特性においてｆ０（８．６ＧＨｚ）付近の周波数でチャートの中心を取り巻くような変化は、広い周波数帯域で整合点に近づいていることを示している。図１１は図１０のｃに示す反射係数の絶対値｜「｜をｄＢの単位で示したものであり、双峰性の吸収特性であることが示されている。図１１より７ＧＨｚ〜１０．９ＧＨｚで−１０ｄＢ以下、７．５ＧＨｚ〜１０．２ＧＨｚで−１５ｄＢ以下、８ＧＨｚ〜９．７ＧＨｚで−２０ｄＢ以下の反射係数となっており、広い帯域で良好な吸収特性が得られることが確認できた。
【００２７】
実施例２
次に、実施例１の損失層１を２つの層に分け、厚みがそれぞれ２．２ｍｍ、１．４ｍｍの損失層１および損失層３とし、これらの損失層１と損失層３の間に実施例１で用いた共振層２を挟んで積層し、損失層１を金属板４に装着した。この構成での反射係数｜「｜を、６ＧＨｚから１２ＧＨｚまで２５０ＭＨｚ毎に測定した。測定結果を、｜「｜をｄＢの単位で表し、図１２に示す。図１２に示すように、実施例２においては６ＧＨｚ〜１０ＧＨｚで−１０ｄＢ以下の反射係数となっており、実施例１よりも低い周波数帯において広帯域で良好な吸収特性を示すことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電波吸収体の断面図。
【図２】本発明に使用される共振層２の一例を示す図。
【図３】本発明に使用される共振層２の一例を示す図。
【図４】本発明に使用される共振層２の一例を示す図。
【図５】本発明に使用される共振層２の一例を示す図。
【図６】共振層２の等価的な比誘電率εｒ２を示す図。
【図７】単層形吸収体の反射係数、損失層１と損失層３を積層したときの反射係数、および損失層１と損失層３の間に共振層２を挟んで積層したときの反射係数を示す図。
【図８】単層形吸収体の反射係数の絶対値、および共振層２を損失層１と３の間に挟んで積層したときの反射係数の絶対値を示す図。
【図９】実施例１の共振層２が示す等価的な比誘電率εｒ２の図。
【図１０】実施例１の構成の電波吸収体の反射係数を示す図。
【図１１】実施例１の構成の電波吸収体の反射係数の絶対値を示す図。
【図１２】実施例２の構成の電波吸収体の反射係数の絶対値を示す図。
【符号の説明】
１： 損失層
２： 共振層
３： 損失層
４： 金属板
５： 樹脂シート
６： 線状導体
７： 十字形導体
８： 円形線状導体
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０３００５１８０
【氏名又は名称】畠山 賢一
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| 【出願日】 |
平成１６年１月１４日（２００４．１．１４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００５−２０３７１７（Ｐ２００５−２０３７１７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年７月２８日（２００５．７．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００４−３７４８７（Ｐ２００４−３７４８７） |
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