JP5374706B2 - 電波吸収体の実効厚み制御法 - Google Patents
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Description
本発明は、電波吸収体の実効厚み制御法に関する。
電波吸収体は、電波暗室内での電波散乱抑制、橋脚によるレーダ偽像防止、ＥＴＣの誤作動防止、ＳＡＲ（Specific Absorption Rate）計測用人体ファントムの部材への使用等を目的として近年広く産業界でその需要が増大している。
図８は一般的な単層電波吸収体であって、電波のエネルギーを熱エネルギーに変換する機能を有する電波損失材をフィラーとしてバインダーに混入した電波吸収層２（厚みｄ）を金属板や導電フィルム等の電波反射層１上に積層した構造を有している。電波吸収層２の形態としては、バインダーとしてゴムや樹脂を、電波損失材としてカーボン粉末やフェライト粉末を用いる技術が例えば下記特許文献１及び２に記載されている。また、エポキシ系塗料にフェライト粉末等を混ぜた電波吸収塗料技術が非特許文献１に報告されている。
電子情報通信学会論文誌B-H Vol.J73 No.4 pp.214-223 1990年4月
このような電波吸収体において、電波吸収量を大きくするためには、電波吸収層を厚くするとともに電波損失材の量を多くして電波の熱への変換効率を高めることが通常考えられる。
しかし、単純に電波吸収層を厚くし電波損失材の量を多くするだけでは、電波吸収体と空気のインピーダンスの不一致により電波吸収体表面での電波の反射量が増大し、電波吸収性能は良くならない。電波吸収量を最大にするには、電波吸収層の電気定数と呼ばれる誘電率εｒ及び透磁率μｒを考慮しながらその厚みを最適化することが必要である。
電波吸収体の電波吸収量Ｓ［ｄＢ］は、入射面での電波の反射率Γを用いて（１）式及び（２）式で求められる。
Ｓ［ｄＢ］＝−２０log１０｜Γ｜ （１）
Γ＝（Ｚｉｎ−１）／（Ｚｉｎ＋１） （２）
Ｓ［ｄＢ］＝−２０log１０｜Γ｜ （１）
Γ＝（Ｚｉｎ−１）／（Ｚｉｎ＋１） （２）
ここで、Ｚｉｎは入射面から電波吸収体内部を見たときの規格化入力インピーダンスであり、光速度、入射電波の周波数、電波吸収層の比誘電率、比透磁率及び厚みをそれぞれｃ、ｆ、εｒ、μｒ、ｄとすると、（３）式で表される。
一般的に電波吸収体の性能としては、所望の運用周波数帯域で電波吸収量として２０ｄＢ以上が必要とされているため、以下の式（４）が設計条件となる。
｜Γ｜≦０.１ （４）
一般に（４）式を満足する電気定数及び厚みの組み合わせは複数あるが、前記εｒ、μｒを有する現実の物質が必ずしも存在するとは限らない。したがって、一般には電波吸収体を使用する環境等の運用条件により使用する材料がまず選定され、これにより材料の電気定数が決まり、（４）式より厚みが決定されることになる。
電波吸収体の吸収性能は電波吸収層の電気定数及び厚みに依存するため、厚みを設計値どおりに実現することは極めて重要である。しかし、シート型や塗料型の電波吸収体の場合、厚みを計測しながら製作するものの、製造後、バインダーである樹脂や塗料が固化する過程で厚みが変化し、実質的には厚みにばらつきが生じるという問題があった。
一方、運用上の要求から同一材料で様々な吸収周波数を有する電波吸収体が必要になる場合も多々ある。この場合、所望の周波数に応じた厚みの電波吸収体を新たに製作することになり、設計コストや製造コスト上無駄が多いという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑み、厚みの異なる複数の電波吸収部材（電波吸収体を分割したものに相当）を複数組み合わせ配置することにより、実質的に厚みを制御し所望の電波吸収体を簡易に実現することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のある態様の電波吸収体の実効厚み制御法は、同一材料で一様な厚みｄ ｎ 、面積Ｓ ｎ を有するＮ個の電波吸収部材を、下記条件式（５）,（６）
（但し、前記Ｎ個の電波吸収部材のうち、少なくとも一つは、厚みｄ ｎ が異なるものとする）
に従って面状に配置することにより、面積Ｓで厚みｄの電波吸収体と実質的に等価な電波吸収特性とすることを特徴としている。
（但し、前記Ｎ個の電波吸収部材のうち、少なくとも一つは、厚みｄ ｎ が異なるものとする）
に従って面状に配置することにより、面積Ｓで厚みｄの電波吸収体と実質的に等価な電波吸収特性とすることを特徴としている。
前記態様において、前記Ｎ個の電波吸収部材のうち、少なくとも一つは面積Ｓ ｎ を異ならせてもよい。
前記態様において、前記Ｎ個の電波吸収部材は電波反射層上に一様な厚みの電波吸収層を積層したものであればよい。
なお、以上の構成要素の任意の組合せもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、厚みの異なる複数の電波吸収部材（電波吸収体を分割したものに相当）を複数組み合わせ配置することにより、実質的に厚みを制御することが可能であり、所望特性の電波吸収体を簡易に実現することができる。例えば、既存の電波吸収部材を組み合わせ配置することにより、新規に電波吸収体を設計・製作することなく所望特性の電波吸収体を実現できる効果がある。この組み合わせる電波吸収部材には、製造過程で発生した厚みがばらついた電波吸収体を用いることも可能であり、従来不良品として廃棄される電波吸収体を再利用できるという利点もある。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態及び実施例を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本発明者は、同一材料で厚みｄｎ、面積Ｓｎを有するＮ個の電波吸収部材（電波吸収体を分割したものに相当し、例えば図８の一般的な単層電波吸収体である）を、下記条件式に従って平面的に組み合わせ配置することにより、厚みｄの電波吸収体と等価な電波吸収体を実現できることを見いだした。
この場合、各電波吸収部材の面積は同一でも異なっていてもよいが、電波器材の放射ビーム径内に上記電波吸収体（面状配置の電波吸収部材群）が収まるように、個々の電波吸収部材の面積を小さくすることが必要である。
上記（５）式を満足するように電波吸収部材を組み合わせ配置した電波吸収体に電磁波が入射したときの反射率Γｔは個々の電波吸収部材の反射率Γ(ｄｎ)を用いて下記（７）式で表される。
なお、Γは電気定数及び厚みの関数であるが、個々の電波吸収部材は同一材料なのでここでは電気定数の表示を省略し、厚みｄｎのみの関数として表示した。（５）式で定義される厚みをdeffとしてΔｄｎ＝ｄｎ−deffとおくと、ΓｔはΔｄｎがｄｎよりも十分小さいとして以下のように近似される。
ここで、（８）式中、Γ′はΓのｄｎに関する微分係数である。実際の電波吸収体に使用される電気定数及び厚みを用いて（８）式を計算すると、その第２項は第１項に対して殆ど無視できることが確認できる。従って、Γｔは実質的にΓ(deff)に等しく、すなわち前記Ｎ個の電波吸収部材を配置した電波吸収体は厚みdeffの電波吸収体と同じ吸収性能を有することがわかる。従って前記Ｎ個の電波吸収部材からなる電波吸収体の実効厚みはdeffであると言える。
図１は本発明の第１の実施の形態であって、同一材料（電気定数が同一）ではあるが、厚み及び面積が異なる４個の電波吸収部材３，４，５，６を平面的に隙間無く配置して電波吸収体を構成したものであり、個々の電波吸収部材３，４，５，６は例えば図８の単層電波吸収体の構造を有する。この場合、４個の電波吸収部材３，４，５，６からなる電波吸収体の実効厚みはdeffは（５）式から求められる。
従って、既存の複数種の厚みの電波吸収部材から４個の電波吸収部材３，４，５，６を適宜選択することで、実質的に厚みを制御することが可能であり、新規に電波吸収体を設計・製作することなく所望特性の電波吸収体を簡易に実現することができる。この組み合わせる電波吸収部材には、製造過程で発生した厚みがばらついた電波吸収体を用いることも可能であり、従来不良品として廃棄される電波吸収体を再利用できるという利点もある。
図２は本発明の第２の実施の形態であって、同一材料ではあるが、厚みの異なる第１の電波吸収部材７と第２の電波吸収部材８を２個ずつ平面的に隙間無く配置して電波吸収体を構成したものであり、個々の電波吸収部材７，８は図８の一般的な単層電波吸収体の構造を有する。
電波吸収部材７の厚みがｄ１、電波吸収部材８は電波吸収部材７と同一材料で厚みがｄ２である場合、ｄ３＝（ｄ１＋ｄ２）／２の電波吸収体を実現するにあたって、従来は新たに厚みｄ３の電波吸収体を製作する必要があった。しかし、本発明では図２に示すように同一面積の電波吸収部材７及び電波吸収部材８を単に平面的に隙間無く配置接合すればよい。
図３は本発明の第３の実施の形態であって、第１の電波吸収部材７と第２の電波吸収部材８の配置を第２の実施の形態とは異ならせた場合を示す。この場合にも第２の実施の形態と同様の効果が得られる。
図４は本発明の第４の実施の形態であって、第１の電波吸収部材７を１個、これと厚みの異なる第２の電波吸収部材８を３個組み合わせて平面的に隙間無く配置接合して電波吸収体を構成したものである。
この場合、電波吸収部材７と電波吸収部材８を図４のように配置接合することで、厚みｄ４＝（ｄｌ＋３ｄ２）／４の電波吸収体を実現可能である。つまり、電波吸収体の実効厚みを、個々の電波吸収部材の面積で重み付け平均することにより得ることができる。
以下に、本発明の手法により作製した実施例に係る電波吸収体の吸収特性の測定結果を示す。
カーボニル鉄を混入したウレタン樹脂を電波吸収層とした一辺長が１５０ｍｍ、厚み０.８ｍｍの矩形状の電波吸収部材（反射層有り）ＲＡＭ０８及び同一材料で厚みが１.２ｍｍの電波吸収部材（反射層有り）ＲＡＭ１２をそれぞれ２個ずつ、ＲＡＭ０８を第１の電波吸収部材７として、ＲＡＭ１２を第２の電波吸収部材８として図２のように配置して電波吸収体を構成した場合の電波吸収特性の実測値を図５に示す。また、比較のために図５にはこの電波吸収体と同じ電気定数を有し厚み１.０ｍｍの電波吸収体（反射層有り）ＲＡＭ１０の吸収特性の実測値を示した。本発明に係る実施例１とＲＡＭ１０の吸収特性は一致しており、本手法の有効性が確認された。
実施例１にて用いた電波吸収部材ＲＡＭ０８と電波吸収部材ＲＡＭ１２の空間的配置を図３のように変化させて電波吸収体を構成した。この場合の電波吸収特性の実測値を図６に示す。また、比較のために図６にはこの電波吸収体と同じ電気定数を有し厚み１.０ｍｍの電波吸収体ＲＡＭ１０の吸収特性の測定値を示した。計測結果は実施例１とほぼ同様であり、本発明の電波吸収体の吸収特性は個々の電波吸収部材の配置順序には関係なく、（５）式で示すような個々の電波吸収部材の厚みと面積比だけで決まることが確認された。
実施例１で用いた電波吸収部材ＲＡＭ０８を１個、電波吸収部材ＲＡＭ１２を３個組み合わせて図４のように配置した場合の電波吸収特性の実測値、及び比較のための厚み１.１ｍｍの電波吸収体ＲＡＭ１１の電波吸収特性の測定値を図７に示す。この場合も本発明に係る実施例３とＲＡＭｌｌの吸収特性は一致しており、本手法の有効性が確認された。
以上、実施の形態及び実施例を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
本発明の各実施の形態及び各実施例においては、矩形状の電波吸収部材を組み合わせたが、面積及び形状は任意でよい。各実施例において、個々の電波吸収部材の長さは対象とする電波の波長よりも長い場合を例示したが、電波の波長よりも短い場合にも有効であると考えられる。
また、複数の電波吸収部材を平面配置する場合を例示したが、緩やかな湾曲面を成すように配置する場合にも本発明は適用可能である。なお、電波吸収部材を配置する場合、一般に電波吸収部材間に隙間があると吸収性能は劣化するが、実用上３ｄＢ以下の性能劣化を生じる程度の隙間は許容される。
各電波吸収部材は図８の単層電波吸収体の構造を有する場合で説明したが、単層電波吸収体の構造に限定されない。また、電波吸収層はゴム、樹脂等のバインダーに、フェライト、カーボニル鉄等の磁性損失材料を混入したもののほか、前記バインダーにカーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等の誘電損失材料を混入したものであってもよい。
既存の電波吸収体を活用することで、新規に電波吸収体を製造することなく所望特性の電波吸収体の実現が可能であり、設計コストや製造コストを下げることができる。
１ 電波反射層
２ 電波吸収層
３〜６ 電気定数が同一の電波吸収部材
７ 第１の電波吸収部材
８ 第２の電波吸収部材
２ 電波吸収層
３〜６ 電気定数が同一の電波吸収部材
７ 第１の電波吸収部材
８ 第２の電波吸収部材
Claims (3)
- 同一材料で一様な厚みｄ ｎ 、面積Ｓ ｎ を有するＮ個の電波吸収部材を、下記条件式（５）,（６）
（但し、前記Ｎ個の電波吸収部材のうち、少なくとも一つは、厚みｄ ｎ が異なるものとする）
に従って面状に配置することにより、面積Ｓで厚みｄの電波吸収体と実質的に等価な電波吸収特性とすることを特徴とする電波吸収体の実効厚み制御法。 - 前記Ｎ個の電波吸収部材のうち、少なくとも一つは面積Ｓ ｎ を異ならせた、請求項１記載の電波吸収体の実効厚み制御法。
- 前記Ｎ個の電波吸収部材は電波反射層上に一様な厚みの電波吸収層を積層したものである、請求項１又は２記載の電波吸収体の実効厚み制御法。
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