JPH02184098A - 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電波吸収装置
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１９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りがある。そしてＴＶｔｌｉ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８〜１０ｍ
ｍである。

また同図（ｂ）のものは導体板１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否を図った
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４ｍｍ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Ｈ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
波数幅がより広い電波吸収装置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、　広がりを持った導体からなり電波を電流に変換す
る複数の電流変換要素と、 これら電流変換要素相互間に複数の方向に沿って配され
る熱変換要素とをそなえ、 前記熱変換要素は、前記電流変換要素相互間の距離およ
び前記熱変換要素の長手方向に沿う前記電流変換要素の
長さに括づいて定まる抵抗値を存するように構成された
広帯域電波吸収体、および２、　上記１項記載の電波吸
収体において、前記電流変換要素は矩形状に構成されて
桝目状に配置され、その空白部が熱変換要素で占められ
るように構成された広帯域電波吸収体、および３、　上
記１項記載の電波吸収体において、所定の矩形領域内に
対して一対の前記熱変換要素を斜め方向にしかも相互に
直交するように配しかつ前記矩形領域における他の部分
に前記７ヒ流変換要素を配してなる広帯域電波吸収体、
を提供するものである。

〔作　用〕

電流変換要素は、その面と直角方向に入射した電波を電
波入射方向によって定まる方向に流れる電流に変換する
。この電流の流れる方向と直角方向に延びるように熱変
換要素が配されており、電流変換要素から供給される電
流は熱変換要素に流入して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電流変換要素の
寸法と熱変換要素の抵抗値との間には、所定の関係を持
たせる。この場合、周波数は無制限である。

電流変換要素と熱変換要素とは水平偏波および垂直偏波
両方を吸収するように、配される。すなわち、熱変換要
素は複数方向に沿って延び、電流変換要素から供給され
る種々の方向に流れる電流を熱に変換する。従って円偏
波も熱変換する。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、電流変換要素と熱変換要素とを
組合わせて複数方向からの電波を熱に変換するように構
成したため、水平偏波、垂直偏波をはじめとする各種電
波を周波数に制限なく吸収することができる。しかも本
発明の電波吸収体は平板状とかシート状に構成すること
ができるから種々の対象たとえば建造物外壁のような大
形のものから電子機器のケーシングなどの小形のものま
で各種用途に利用できる。

〔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甲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で長さ無限大の平板
（ｄ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掌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／ａＥらフ−，−３７
７ｂ／ａ　ＣΩ］　　　−（１）β−ωｒ７５コ石「　
　　　　　　［ラジアン／ｒｎｌ　　　　・・・（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１９図に示した従来装置を描き直したもので、同図
（ａ）は第１９図（ａ）に対応し、同図（ｂ）は第１９
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ｌａ、ｌａ
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線に沿う面か
ら右側を見たときの入力インピーダンスＺｌｎが上記Ｚ
ｃに一致することが必要である。すなわち、 Ｚ　ｌｎ　−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、この距離ｇ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３Ｘ１０８ｍ／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、 ｌ　　＜＜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Ｒ５Ｒ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ｌａｑ熱変熱変換要語よび遮断
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１ｇ、熱変換要素２のなす平
面に平行な方向に沿う長さｐ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 １　　＜＜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、 Ｚｓｍｊωμ・−＋Ｒ’　　　　　　・・・（６）Ｙｐ
＝ｊωεφ　−・・・（７） 二二でμ　は充填物の透磁率、 ε　は充填物のＸ電率、 Ｒ′は熱変換要素２の長さ１ｍについての抵抗値、 ａ　はｆｔｒｉｊｌｉｆ−変長要素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Ｚ１ｎは、となる。

ここにおいて、 １　＜＜λでＷＺｓＹｐ−４７ｌ＜＜ｌとすると、ｔａ
ｎｈＪＺｓＹｐや　ｊ）”＝ＪＺｓＹｐφ　、７７であ
るから、上記式（８）は、 と書き直せる。

ところで Ｚｓ■ｊωμや　□　＋Ｒ’ ・・・（１３） 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、 ＺＩｎ＝Ｚｓｌ’＝、Ｒ’　　Ω　　　　　　　　　　
−（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′閣Ｒ’
　＋Ｒ’讃２Ｒ’ である。したがって Ｚ　ｉｎ　−２Ｒ’　Ｉｌｌ　　　　　　　　　　　−
（１１）ここでＲ’ｌ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　Ｉｎ　−２Ｒ−（１２） となる。

よって、充填物５が入っていても、Ω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
。

第１１図はこの抵抗Ｒを持つべき熱変換要素２自体の形
状を示したもので、各寸法を幅ａ１長さｇ。

厚さｔとすると、 Ｒ−ｐ・Ｉｌｌａｘｔ−ρ／ｌ　−（１／ａ　−Ｒａ　
Ｊ／ａ・・・（１３） なる抵抗Ｒが得られる。ここでρは抵抗体材料の固有抵
抗であり、Ｒ，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−２Ｒｏ　　・ｆｌ　／ａ　　　　　　−
４１４）すなわち、 ＲｏＪ／ｂ−１８８，５［Ω］　　−（１５）が得られ
る。

この関係式を満たずようにＲ口、ｇｌｂを定めれば抵抗
体すなわち熱変換要素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１８％、１ｂ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＝、　１０ｃ＋ｎ、　０−１１１１１とす
れば、Ｒロー１８８．　５Ｘ１００−１８８５０　　［
：Ω〕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（抵抗膜）２自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、第１Ａ図ならびに第１２図ないし第１８図は本
発明の詳細な説明するための図である。この実施例の説
明を行うに当り、本発明の実施例の理解を容易にするた
め、上記基本理論の項で説明した内容から本発明に至る
経緯を説明する。

第１２図（ａ）ないしくｆ）は、同図（ａ）に示される
第７図の具体的構成に対応する電波吸収装置を出発点と
して同図（ｒ）に示した本発明の一実施例に至る経緯を
順次示したものである。

同図（ａ）の構成は本発明の基礎をなす構成を示したも
の（特願昭６３−２７１４８５参照）であり、説明の都
合上第１０図を再掲したものである。

この場合は熱変換要素２を一対設けると共に各熱変換要
素２に電流変換要素１ａを組合わせている。

そして同図（ｂ）は、本発明の構成が電流変換要素と熱
変換要素とを有すればよい点に基づき、同図（ａ）にお
ける一対の熱変換要素の一方を省略して１個だけ設けて
いる。ただし熱変換要素２の抵抗値は２倍の２Ｒとする
。

同図（ｃ）は同図（ａ）の構成における熱変換要素２に
電流変換要素１ａとしての機能を合せ持たせると共にそ
の長さｌを短縮したものである。そして同図（ｄ）は同
図（ｂ）と同様に熱変換要素の数を１としたものである
。

同図（ｃ）は同図（Ｃ）、同図（ｄ）の思想をさらに発
展させたもので、熱変換要素２を中央に設けてその両側
に電流変換要素１を設けたものである。

これは電流変換要素１が電波入射方向の長さを要しない
ものであることによる。したがって具体的にはシート状
構成ができることを意味する（特願昭６３−２８７１７
５号参照）。

同図（ｒ）はこの思想をさらに発展させた本発明の一実
施例を示したものである。本発明が上記６例と異なる点
は、あらゆる偏波の電波を吸収できる点である。すなわ
ちこの実施例では、熱変換要素２が電流変換要素１にお
ける縦および横の両方向に設けられており、電流変換要
素と熱変換要素とは水平偏波、垂直偏波のいづれに対し
ても作用する。

第１図はこの第１２図（「）に示した実施例を拡張した
もので、桝目状に電流変換要素１が配され桝目相互間に
熱変換要素２が配されてなる。そして破線で囲まれた部
分が第１２図（ｒ）に示されたものに相当する。

そして、第１Ａ図は第１図における電流変換要素１を各
ブロック毎に絶縁した状態を示したものである。すなわ
ち、第１図では電流変換要素１の中心位置間の距離をａ
およびｂとしているが、第１Ａ図では第１図の電流変換
要素−つを縦、横各方向にそれぞれ均等２分割して４つ
の要素に分離している。これら４つの要素は、直流的に
は勿論のこと、高周波的にも互いに絶縁されている。

第１３図は第１図に示した実施例における破線内の部分
を解析的に示したもので、同図における左方に示した横
方向の熱変換要素２とその上下に配された一対の電流変
換要素１．１との組合わせにより一方の７ｕ波吸収体が
形成され、また同図における右方に示した縦方向の熱変
換要素とその左右に配された一対の電流変換要素１．１
との組合わせにより他方の電波吸収体が形成されること
を示している。

この場合電流変換要素１はいわゆる導体と考えると熱変
換要素が有すべき抵抗値は、図示左方の電波吸収体につ
いては、 Ｒ１−３７７ｂ／ａ により、また図示右方の電波吸収体については、Ｒ２＝
３７７ａ／ｂ により近似的に求められることは上述の通りである。こ
こで、寸法ａ、ｂは電流変換要素１における中心位置間
の距離を表す。

第１４図および第１５図は、本発明の基礎をなす構成に
よる伝送特性を本発明の上記実施例による伝送特性と対
比するためのスミスチャートである。これら特性を１ｌ
１１定するために用いた電波吸収体の構成は、各スミス
チャートの欄外に示すように、第１４図では熱変換要素
が横方向のもの１木であるのに対して第１５図では縦方
向および横方向に各１本づつとなっている。

このスミスチャートで示しているのは、本発明の構成で
は熱変換要素が２本になったにも拘らず、本発明の基礎
をなす構成とほとんど同様の伝送特性を示しているから
熱変換要素を２本にしても何ら不具合は生じないという
ことである。

第１６図ないし第１８図は本発明の各変形例を示してい
る。このうち、第１６図は縦方向の熱変換要素と横方向
の熱変換要素との交点を絶縁体で構成したものである。

また第１７図は縦方向、横方向の各熱変換要素に代えて
斜め方向に配され相互に直交する一対の熱変換要素を用
いたものである。第１６図および第１８図の電波吸収体
はたとえばタイル状に形成して多数枚を縦横に貼り付け
ることにより大きな平面状の電波吸収面を形成できる。

一方、第１８図のものは、全体を一つのパターンとして
組上げなければならないからタイルで考えると各タイル
が異なる構成にしなければならず実際的ではない。

上記実施例の表面には波長に比べて厚さの十分に薄い誘
電体たとえば化粧タイル、フェライト、テフロン、表面
保護ビニールなどを設けてもその動作が変わらないこと
は分布定数理論から当然に導かれる結論である。

また、上記実施例では電流変換要素と熱変換要素とを規
則的に配置しているが、不規則配置としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第１Ａ図は第１図
における電流変換要素を各ブロック毎に絶縁した状態を
示す図、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）
はこの伝送線路モデルを用いて第１９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図は熱変換要素の形状を示す
図、第１２図（ａ）　、　（ｂ）、（ｃ）　、（ｄ）　
、（ｃ）および（ｒ）は本発明の基礎をなす構成から本
発明の一実施例に至る経緯を示す説明図、第１３図は第
１図の実施例の解析的説明図、第１４図および第１５図
は本発明の基礎をなす構成と本発明の構成との特性を対
比するためのスミスチャート、第１６図ないし第１８図
は本発明の各実施例を示す図、第１９図は従来の電波吸
収装置の構成を示す図である。 １・・・導体、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、ａ、ｂ、ｌ・・・寸法。 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．広がりを持った導体からなり電波を電流に変換する
   複数の電流変換要素と、これら電流変換要素相互間に複
   数の方向に沿って配される熱変換要素とをそなえ、前記
   熱変換要素は、前記電流変換要素相互間の距離および前
   記熱変換要素の長手方向に沿う前記電流変換要素の長さ
   に基づいて定まる抵抗値を有するように構成された広帯
   域電波吸収体。
2. ２．請求項１記載の電波吸収体において、前記電流変換
   要素は矩形状に構成されて桝目状に配置され、その空白
   部が熱変換要素で占められるように構成された広帯域電
   波吸収体。
3. ３．請求項１記載の電波吸収体において、所定の矩形領
   域内に対して一対の前記熱変換要素を斜め方向にしかも
   相互に直交するように配しかつ前記矩形領域における他
   の部分に前記電流変換要素を配してなる広帯域電波吸収
   体。