JPH0384997A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電波無響室の内面に取り付けられる電液吸収体
に関する。

（従来の技術） 最近、各方面で普及の著しいコンピュータ関連機器をは
じめとする各種の電子機器から発生する電磁波ノイズが
周囲にある他の電子機器等に悪影響を与える電磁干渉問
題（ＥＭＩ）が大きな課題となっている。このような電
磁干渉問題を検討するため、各種電子機器等から発生す
る電磁波ノイズを、電波的な無限空間、つまり電波の反
射がなくかつ外部からの電波も遮断された空間において
測定すべく、電波暗室、電波半無響室、あるいは電波無
反射室とも言われる電波無響室が使用されている。

このような観点から、一般の電波無響室には、部屋の内
壁面に室内の電波を吸収して反射波を生じさせない電波
吸収体が取り付けられていると共に、外部を電波的に遮
断するシールド設備が施されている。

そして、電波無響室に用いる電波吸収体としては、従来
、電波吸収を起こす電波吸収材料（損失材料とも言われ
る。）を板状に成形したものを多層に重ね、その最前部
を特にピラミッド形状に成形したものが用いられている
。

このような従来の電波吸収体における電波吸収の原理は
、主に、電波吸収材料の導電損失、誘電損失あるいは磁
性損失を利用して、電波エネルギーを熱エネルギーに変
換させるというものである。

即ち、電波吸収材料に入射してきた電波は、材料内部に
おいて伝搬するにつれて導電損失、誘電損失あるいは磁
性損失に起因して次第に減衰し、この電波減衰機構を通
じて電波エネルギーが熱エネルギーに変換されることに
より電波が吸収されるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記従来技術のように、主に電波エネル
ギーを熱エネルギーに変換させるといった原理に基づく
電波吸収体にあっては、損失材料の特性及び電波吸収体
の厚さなどの点で制約があるため、電波を完全には吸収
しきれず、現在でもなお許容量以上の反射成分がまだま
だ多い。それゆえ、この反射波の処理をどうするかが実
用的な使用上の問題事項になっている。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たものであり、はぼ完全に反射波をなくすことができる
電波吸収体を提供することを目的をする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、所定の電波反射率
と所定の電波透過率を持つように設定した媒質を薄い板
状または膜状に成形してなる第１反射層及び第２反射層
が、所定の厚みを持つ中間層を挟む形に配置され、前記
第１反射層により反射した電波と前記第２反射層により
反射した電波とが相互に干渉し、打ち消し合うことによ
り、前記第１反射層の電波発信源側に反射波を生じさせ
ないようにした電波吸収体である。

また、本発明は、所定の電波反射率と所定の電波透過率
を持つように設定した媒質を薄い板状または膜状に成形
してなる複数の反射層が、所定の厚みを持つ複数の中間
層と交互に配置され、最前方部の反射層により反射した
電波と、前記最前方部の反射層の後方部の反射層により
反射した電波とが相互に干渉し、打ち消し合うことによ
り、前記最前方部の反射層の電波発信源側に反射波を生
じさせないようにした電波吸収体である。

さらに、本発明は、前記各反射層の電波反射率及び電波
透過率を各反射層ごとに変化させるように設定すると共
に、前記各中間層の厚みを各中間層ごとに変化させるよ
うに設定し、更に、前記中間層に電波波長を短縮させる
特性を持つ材料を使用してなる電波吸収体である。

また、本発明は、前記各反射層の形状を錐体面又は半球
面として該各反財層を同誌的に配置し、あるいは、前記
各反射層の表面に微小な錐体面又は半球面を形成してな
る電波吸収体である。

（作用） １つの電波波長を設定し、その電波波長について、第１
反射層及び第２反射層の電波反射率及び電波透過率、−
並びに中間層の厚さを夫々適当に設定して、第１反射層
により反射した電波と第２反射層により反射した電波と
が、大きさが等しく、かつ、ベクトルの位相が逆相（１
８０°ずらす）となるようにしたので、前記電波波長を
含むある一定種類の電波波長を中心波長として、前記２
つの反射層により反射した電波が相互に干渉し、打ち消
し合うことにより、電波吸収体表面の反射波をなくすこ
とができる。

また、複数の電波波長を設定し、これに対応するため複
数の反射層と複数の中間層とを交互に配置した多段構造
とし、各反射層の電波反射率及び電波透過率、並びに各
中間層の厚さを夫々適当に設定して、前記電波波長を含
む複数の一定種類の電波波長を中心波長として、最前方
部の反射層により反射した電波と後方部の反射層により
反射した電波とが相互に干渉し、打ち消し合うようにし
たので、広範囲の電波波長についてほぼ完全に電波吸収
体表面の反射波をなくすことができる。

しかも、前記多段構造において、各反射層の電波反射率
及び電波透過率、並びに各中間層の厚さを夫々各反射層
ごと、並びに各中間層ごとに変化させるように設定した
ので、電波吸収体の周波数特性を極めて広帯域にするこ
とができる。更に、中間層に電波波長を短縮させる特性
を持つ材料を使用したので、電波吸収体の厚さを薄くす
ることも可能である。

また、前記多段構造の電波吸収体において、各反射層の
形状を錐体面又は半球面としこの形状の各反射層を同芯
的に配置したり、あるいは、各反射層の表′面に微小な
錐体面又は半球面を形成するようにしたので、壁面に対
し斜めに電波が入射した場合にも、はぼ完全に電波吸収
体表面の反射波をなくすことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図及び第２図は本発明に係る電波吸収体の電波吸収
の原理を示す説明図である。

一般に、電波が空気中から他の媒質に入射するように、
異なる媒質との境界面では反射が起こり、一部は透過す
る。例えば２つの異なる媒質の境界面に丞直に電波が入
射する垂直入射の場合を考えると、第１反射層１０に電
波が垂直に入射した時、この入射電波■は第１反射層１
０を構成する媒質の電波反射率で示される量だけ反射さ
れ、残り、つまり第１反射層１０を構成する媒質の電波
透過率で示される量は中間層２０に透過する。そして、
中間層２０を進行した電波は第２反射層１２に達したと
き、第２反射層１２を構成する媒質の電波反射率で示さ
れる量だけ反射され、残りは透過する。更に、第２反射
層１２で反射された電波は、再び中間層２０を逆行し、
第１反射層１０に達する。ここでもまた一部反射されて
中間層２０に戻り、残りは透過して第１反射層１０の前
面に出て、電波吸収体にとってみれば反射となる。２回
目に中間層２０に戻った電波は、前述の過程を何回も経
て、反射波を前面に出すことになる。

このようにして第１反射層１０の前面に出てきた無数の
反射波のうち、中間層２０における往復回数が偶数回の
もの（第１反射層１０により反射され、中間層２０に透
過しなかったものを含む。）を第１反射層１０により反
射した電波として分類する一方、中間層２０における往
復回数が奇数回のものを第２反射層１２により反射した
電波として分類し、それぞれを第１反射波Ｒ１及び第２
反射波Ｒ２と呼ぶことにする。

かくして第１反射層１０に到来した電波、つまり入射波
■は、第１図に示すように、その一部が第１反射波Ｒ１
及び第２反射波Ｒ２として第１反射層１０の前面に出て
くる。

このとき、中間層２０の厚さｄを、使用周波数ｆｏの波
長λ。（これは中間層２０の内部波長である。）の４分
の１となるように設定すれば、当該使用周波数ｆ。にお
いて第１反射波Ｒ１を構成する各反射波の位相、及び第
２反射波Ｒ２を構成する各反射波の位相はそれぞれ一致
する。しかし、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２との間
には、１回の往復性２ｄに相当する位相差λ。／２、つ
まり１８０°の位相差が生じる。従って、理論的には、
このように第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とが逆相で
あることに加えて、両反射波Ｒ，、Ｒ２の大きさが等し
くなれば、第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２とは当該使
用周波数ｆ。において完全に打ち消し合い、第１反射層
１０の前面に反射波は生じない。第２図は第１図に示す
Ａ点における第１反射波Ｒ１及び第２反射波Ｒ２の波形
を示したものであり、特に第２図（１）は上記の場合を
示している。よって、中心周波数ｆｏでは電波を完全吸
収させることができ、その付近の周波数では反射す電波
の量が減少することになる。

そして、中間層２０の厚さｄ＝λ。／４の場合、反射波
の完全な打消し合いが生じる電波波長は使用周波数ｆ。

の波長λ。（本実施例ではλ。−４ｄ）においてばかり
でなく、第２図（２）及び（３）に示すように、λ。の
３分の１の波長λ１、λ。の５分の１の波長λ２、・・
・（以下は図示せず。

）においても第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２は逆相に
なるため、両反射波Ｒ，、Ｒ２の大きさが等しくなれば
完全に打ち消し合い、等しくなくても大幅に打ち消し合
う。

従って、第１反射層１０と第２反射層１２の電波反射率
及び電波透過率を適当に設定して使用周波数ｆ。におい
て第１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２の大きさが等しくな
るようにすれば、λ。、Ｒ１、Ｒ２・・・を中心波長と
して全体的に反射する電波の量は減少する。

第３図は本発明の一実施例に係る電波吸収体の一部断面
図であり、電波無響室の内壁３０に取り付けられたとこ
ろを示している。

第３図に示すように、この電波吸収体１は第１反射層１
０及び第２反射層１２、並びに中間層２０から構成され
ている。そして、第１反射層１０及び第２反射層１２は
誘電体（絶縁体）たるポリプロピレン（合成樹脂）に抵
抗体たるカーボンを混入し、それを薄い板状に成形した
ものを使用する。このようなポリプロピレンにカーボン
を混入した材料はカーボンの混入率を適当な値にするこ
とによって任意の電波反射率及び電波透過率を得ること
ができる。よって、第１反射層１０及び第２反射層１２
が前述のように使用周波数ｆＯにおいて第１反射波Ｒ４
と第２反射波Ｒ２の大きさが等しくなるような電波反射
率及び電波透過率を持つように、カーボンの混入率を決
定する。また、中間層２０としては空間を取り、その厚
さｄは前述のように使用周波数ｆ。の波長λ。の４分の
１であるように設定する。

本実施例のようにポリプロピレンにカーボンを混入した
材料は抵抗損失を持つ、つまり電波を吸収して熱エネル
ギーに変換する特性を有する。従って、電波吸収体１に
おいて各反射層１０．１２は電波吸収特性を持つが、中
間層２０は空気なので電波吸収特性を持たない。この点
、本発明に係る電波吸収の原理は前述のように各反射波
の位相差を利用して反射波を打ち消すというものである
から、各反射層１０．１２が電波吸収特性を持つか持た
ないかということは原理的にみて本質的なことではない
。もっとも、電波吸収特性を持つ方が材料の選択や電波
吸収体の厚さなどの点で有利なばかりでなく、電波吸収
体の電波吸収特性としても理想に近いものが作り易いた
め、実用的には電波吸収特性を持つ材料、つまり本実施
例のような電波吸収材料を各反射層１０．１２に使用す
ることが望ましい。また同様に、中間層に電波吸収材料
、特に強誘電体を使用することも可能であり、むしろ、
実用的にはその方が電波吸収体の厚さを薄くできるため
望ましいのであるが、この点については後述する。

第３図に示すような電波吸収体１では、打消しが起こる
電波波長が前述のようにλ。、Ｒ１（＝λ。／３）、Ｒ
２（＝λｏ１５）、・・・を中心波長とするものに限ら
れるため、許容量以上の反射波が生じる周波数帯域が広
く残ってしまう。そこで、複数の反射層と複数の中間層
を交互に配置して多段構造とすることにより、打ち消し
が起こる電波波長の範囲を広範囲にする。

第４図は本発明の別の一実施例に係る電波吸収体の一部
断面図であり、電波無響室の内壁３０に取り付けられた
ところを示している。

第４図に示される電波吸収体２は５つの反射層、つまり
第１反射層１０乃至第５反射層１８と、５つの中間層、
つまり第１中間層２０乃至第５中間層２８とを交互に配
置することにより構成されている。第１反射層ｌＯ乃至
第５反射層１８はポリプロピレンにカーボンを混入し板
状に成形したものを使用する（第４図では各反射層の厚
さは省略しである）。また、第１中間層２０乃至第５中
間層２８には比誘電率の大きい誘電体（強誘電体）、例
えばシリコーンゴムなどを使用する。誘電体の内部波長
は白い空間における波長の誘電体の比誘電率の平方根分
の１となるため、本実施例のように中間層として強誘電
体を使用することにより電波の波長短縮が起こり、同一
の周波数特性であれば電波吸収体２全体の厚さを薄くで
きるからである。

前述のようにポリプロピレンに混入するカーボンの混入
率を変えることにより反射層の電波反射率及び電波透過
率を変化させることができるが、それはカーボンの混入
率を変えることにより材料の体積抵抗率が変化するため
である。即ち、カーボン混入率が高くなるほど体積抵抗
率は小さくなり、その結果、電波反射率は大きく、電波
透過率は小さくなる。

本実施例の場合、各反射層ｌＯ〜１８を構成する合成樹
脂（ポリプロピレン）のカーボン混入率が、電波到来側
たる第１反射層１０では低く、壁面３０側たる第５反射
層１８では高く、その間の反射層１２．１４及び１６で
は第１反射層１０から第５反射層１８に進むに従って次
第に高くなるようにする。即ち、第１反射層１０から第
５反射層１８に進むに従って次第に体積抵抗率を小さく
して電波反射率を大きくする。本実施例では第１反射層
１０から次第に体積抵抗率が２分の１ずつ小さくなるよ
うに各反射層１０〜１８にカーボンを混入した。

このように各反射層１０〜１８のカーボン混入率を各層
ごとに変えると同時に、各中間層２０〜２８の厚さｄ１
〜ｄ、も変化させる。本実施例では第１中間層２０から
第５中間層２８に進むに従って順次前層の３分の２の厚
さになるように設定しである。つまり、各中間層２０〜
２８の厚さは第１中間層２０から順にｄｌ、ｄ２−２ｄ
１／３、ｄ３−２ｄ２／３、ｄ４＝２ｄ３／３、ｄ５＝
２ｄ４／３になるように設定した。このように各中間層
２０〜２８の厚さｄ１〜ｄ、を各層ごとに変えることに
より、前述のような本発明の電波吸収原理によれば、第
１反射波Ｒ１と第２反射波Ｒ２との間の位相差が１８０
″、っまり逆相になる電波波長が数において増加するこ
とになる。それゆえ、広範囲の電波波長について打ち消
しを生じさせることが可能となる。

コンピュータを使用して３０ＭＨｚ〜ＩＧＨｚの周波数
領域において第４図に示すような電波吸収体２の電波吸
収効果のシミュレーション計算を行った結果、上記のよ
うに各反射層１０〜１８の体積抵抗率を第１反射層１０
から順次２分の１ずつ小さくし、かつ、各中間層２０〜
２８の厚さｄ１〜ｄ５を第１中間層２０から順次前層の
３分の２の厚さに設定した場合に、２００ＭＨｚ〜ＩＧ
Ｈｚという広範囲にわたりほぼ完全に反射波がなくなっ
た。

第４図に示すような各反射層１０〜１８を平板形状にし
た電波吸収体２の場合、この電波吸収体２表面に垂直に
電波が到来した時には上記のように広帯域において優れ
た電波吸収特性が得られるが、斜めに電波が入射する斜
入射の時には、各反射層１０〜１８で反射される反射波
の経路が一致しないので打ち消しが起こりに＜＜、斜入
射特性はそれほどよくない。そこで、斜入射の場合にも
各反射波の経路が一致するようにするため、各反射層を
傾斜させたり、あるいは球面状に成形したりする。

第５図乃至第８図は本発明の別の一実施例に係る電波吸
収体の一部断面図であり、電波無響室の内壁３０に取り
付けられたところを示している。

第５図及び第６図に示される電波吸収体３及び４は３つ
の反射層、つまり第１反射層１０乃至第３反射層１４と
、３つの中間層、つまり第１中間層２０乃至第３中間層
２４とを交互に配置することにより構成されている。そ
して、第１反射層１０乃至第３反射層１４にはポリプロ
ピレンにカーボンを混入した合成樹脂を使用する一方、
第１中間層２０乃至第３中間層２４には比誘電率の大き
い誘電体、例えばシリコーンゴムなどを使用する点は第
４図に示される電波吸収体２の場合と同様である。

しかし、本実施例に係る電波吸収体３及び４は第４図に
示される電波吸収体２と違って、各反射層１０〜１４の
形状が、電波吸収体３では円錐形または正四角錐形など
の錐形状に成形したものを使用し、電波吸収体４では半
球面に成形したものを使用する。そして、これら錐体面
あるいは半球面の形状の各反射層を同芯的に、つまり錐
体の底面あるいは半球の中心が同一点に来るように配置
する。従って、電波吸収体３及び４は壁面３０に対する
垂直軸に関して対称な構造となる。それゆえ、斜めに電
波が入射する場合にも確率的にみて各反射波の経路が一
致するようになるため、優れた斜入射特性が得られる。

第７図及び第８図に示される電波吸収体５及び６は第４
図に示される電波吸収体２において、板状の各反射層１
０〜１８の表面自体に微小な凹凸を成形してなるもので
ある。即ち、電波吸収体５では各反射層１０〜１８の表
面に円錐形または正四角錐形などの微小な錐体面を成形
し、電波吸収体６では各反射層１０〜１８の表面に微小
な半球面を成形しである。これ以外の点、例えば各反射
層１０〜１８の材質や特性、並びに各中間層２０〜２８
の材質や厚さなどについては電波吸収体２の場合と全く
同じである。これら電波吸収体５及び６においても、斜
入射の場合確率的に各反射波の経路を一致させることが
できるため、斜入射特性のよい電波吸収体が得られる。

従って、一実施例によれば、１つの使用周波数ｆ、の波
長λ。の４分の１の間隔を置いて板状の第１反射層１０
及び第２反射層１２を配置すると共に、第１反射波Ｒ１
と第２反射波Ｒ２の大きさが等しくなるように第１反射
層１０及び第２反射層１２の各電波反射率及び電波透過
率を設定したので、垂直入射の場合、使用周波数ｆ。に
おいて反射波Ｒ工とＲ２は完全に打ち消し合い、λ０等
を中心波長をして離散的に電波吸収体１表面の反射波を
なくすことが可能となった。

また、別の一実施例によれば、カーボン混入の合成樹脂
を板状に成形してなる各反射層１０〜１８と、強誘電体
からなる各中間層２０〜２８とを交互に配置し、その際
、カーボン混入率を変化させて各反射層１０〜１８の体
積抵抗率ひいては電波反射率及び電波透過率を谷反射層
ごとに適当に変化させると共に、各中間層２０〜２８の
厚さも適当に変化させたので、垂直入射の場合、多くの
電波波長を中心波長として各反射波の打ち消し合いが生
じ、その結果、広範囲にわたり連続的に電波吸収体２表
面の反射波をなくすことが可能となった。

さらに、別の一実施例によれば、各反射層１０〜１８を
錐体面又は半球面の形状に成形し同芯的に配置したり、
あるいは、各反射層１０〜１８の表面に微小な錐体面又
は半球面を形成したので、斜入射の場合にも広帯域にお
いて各反射波の打ち消し合いが生じ、その結果、はぼ完
全に電波吸収体３〜６表面の反射波をなくすことが可能
となった。

しかも、各中間層２０〜２８に電波波長の短縮をもたら
す強誘電体を使用したので、同一の周波数特性であれば
電波吸収体２〜６の厚さを薄くすることができるばかり
でなく、同一の電波吸収体の厚さであれば周波数特性が
全体的に低周波の方へ移行させることもできる。

なお、本実施例では全て、各反射層１０〜１８に損失材
料たるカーボン含有ポリプロピレンを使用したが、位相
差を利用して反射波を打ち消すという本発明の電波吸収
原理からすれば、実用的にはやや劣るけれども無損失材
料を使用してもよいことは前述の通りである。また、軽
量であればカーボン含有ポリプロピレン以外の損失材料
であってもよいのは言うまでもない。

また、本実施例にあっては、各中間層２０〜２８に電波
波長を短縮させると共に誘電損失を起こす効果を持つ強
誘電体を使用して電波吸収体全体の厚さを薄くしたが、
性能的及びスペース的に許容されれば中間層として空間
を取ってもよい。

さらに、一般にいって層数を増やすと周波数帯域が広く
なるところ、本実施例では多段構造の電波吸収体２〜６
の反射層の層数及び中間層の層数を５層あるいは３層と
したが、これに限らず、ある周波数以上の全周波数にお
いて反射波が許容量以下となる層数であれば足りる。し
かし、その場合にも層数はなるべく少ないのが好ましい
のは勿論である。

また、本実施例では多段構造の電波吸収体２〜６におい
て中間層の厚さを第１中間層２０から順次小さくしたが
、これに限らず、製造上の手間及びコストの点で許容さ
れれば、各中間層に誘電体を使用してその厚さを等しく
すると共に、第１「１１間層２０から順次誘電体の比誘
電率を大きくしていったものであってもよい。

［発明の効果］ 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、各
反射層により反射した電波を相互に干渉させ、打ち消し
合わせるようにしたので、従来処理しきれなかった電波
吸収体表面の反射波をほぼ完全になくすことができる。

その際、多段構造にすることにより広帯域の電波吸収特
性が得られる。

また、各反射層又はその表面の形状を錐体面又は半球面
にすることにより、斜入射の場合にも優れた電波吸収特
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電波吸収体の電波吸収の原理を示
す説明図、第２図は第１図中のＡ点における各反射波の
波形を示す波形図、第３図乃至第８図は本発明の一実施
例に係る電波吸収体の一部断面図である。 １〜６・・・電波吸収体、１０．１２゛、１４．１６．
１８・・・反射層、２０．２２．２４．２６．２８・・
・中間層、３０・・・壁面、Ｉ・・・入射波、Ｒ１・・
・第１反射波、Ｒ２・・・第２反射波、ｄ１〜ｄ、・・
・中間層の厚さ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）　所定の電波反射率と所定の電波透過率を持つよ
   うに設定した媒質を薄い板状または膜状に成形してなる
   第１反射層及び第２反射層が、所定の厚みを持つ中間層
   を挟む形に配置され、前記第１反射層により反射した電
   波と前記第２反射層により反射した電波とが相互に干渉
   し、打ち消し合うことにより、前記第１反射層の電波到
   来側に反射波を生じさせないようにした電波吸収体。
2. （２）　所定の電波反射率と所定の電波透過率を持つよ
   うに設定した媒質を薄い板状または膜状に成形してなる
   複数の反射層が、所定の厚みを持つ複数の中間層と交互
   に配置され、最前方部の反射層により反射した電波と、
   前記最前方部の反射層の後方部の反射層により反射した
   電波とが相互に干渉し、打ち消し合うことにより、前記
   最前方部の反射層の電波到来側に反射波を生じさせない
   ようにした電波吸収体。
3. （３）　前記各反射層の電波反射率及び電波透過率を各
   反射層ごとに変化させるように設定してなる請求項２に
   記載の電波吸収体。
4. （４）　前記各中間層の厚みを各中間層ごとに変化させ
   るように設定してなる請求項２及び３に記載の電波吸収
   体。
5. （５）　前記中間層に電波波長を短縮させる特性を持つ
   材料を使用してなる請求項２、３及び４に記載の電波吸
   収体。
6. （６）　前記各反射層の形状を錐体面又は半球面とし、
   該各反射層を同芯的に配置してなる請求項２、３、４及
   び５に記載の電波吸収体。
7. （７）　前記各反射層の表面に微小な錐体面又は半球面
   を形成してなる請求項２、３、４及び５に記載の電波吸
   収体。