JPH08340191A - 電磁波吸収体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚに代表される準
ミリ波帯域およびミリ波帯域において、幅広い斜め入射
角に対応できる軽量かつ薄型の共振型電磁波吸収体の提
供。 【構成】 ミリ波帯あるいは準ミリ波帯において共鳴す
る共振器を結合剤中に有する電磁波吸収層を含む電磁波
吸収体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁波吸収体に関し、
特にミリ波および準ミリ波帯域において電磁波を効率的
に吸収し、かつ、斜めからの入射電磁波に対しても良好
な吸収を示す共振型電磁波吸収体に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化が進むに従い、有線による情
報の伝達から無線による情報の伝達へと着実に情報通信
技術は移行してきている。大量の情報を高速に伝えるこ
とのできるマルチメディアが発達しつつあり、通信シス
テムに利用される周波数帯域は高周波数側へと拡大して
きた。

【０００３】現在、通信システムに利用されつつある周
波数帯域として、１.９ＧＨz帯および２.４５ＧＨz帯の
準マイクロ波帯域、および１９ＧＨz帯の準ミリ波帯域
がある。準マイクロ波帯域は、パーソナル・ハンディ・
ホン・システム（ＰＨＳ）と中速無線ＬＡＮの構内無線
機器に、そして準ミリ波帯域は高速無線ＬＡＮの構内無
線機器にあてられている。

【０００４】また近い将来、６０ＧＨz帯のミリ波帯域
が超高速無線ＬＡＮとして用いられることにより、情報
通信技術の大きな飛躍が期待されている。

【０００５】これらの周波数帯域での需要が拡大するに
従い、電磁波の相互干渉、遅延分散にともなう混信、誤
動作や盗聴などの問題発生が懸念される。

【０００６】電磁波吸収体としては、一般にフェライト
焼結体タイルがよく知られているが、単位面積当たりの
重量が膨大なものであり、また１ＧＨz以上の周波数で
は反射量が大きくなり、吸収能はほとんど示さなかっ
た。

【０００７】導体板上に一定の距離を隔てて抵抗膜を置
いたものや、フェライトと樹脂との複合体を積層したも
のも知られているが、この電磁波吸収体は基本概念とし
て層の厚さを電磁波の波長の４分の１に整合させる方法
をとっており、斜めからの入射波に対して良好な吸収特
性が得られない欠点、吸収する帯域が狭い欠点および単
位面積当たりの重量が大きい欠点を持っていた。

【０００８】カーボンブラックなどの粉体を発泡ポリウ
レタン中に分散したピラミッド形状のものを多数敷き詰
めた電磁波吸収体も知られているが、吸収体の厚みが非
常に大きくなり、その形状から取り扱いが不便であり電
波暗室などの特殊な環境以外では、用いることは困難で
あった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１９ＧＨz
帯および６０ＧＨz帯に代表される準ミリ波帯域および
ミリ波帯域において、幅広い斜め入射角に対応できる軽
量かつ薄型の共振型電磁波吸収体を提供する。

【００１０】

【技術の概要】ミリ波および準ミリ波帯域において共鳴
する共振器を、金属磁性体や金属酸化物磁性体で、ある
いは金属磁性体や金属酸化物磁性体の粒子を誘電損失を
有する結合剤中に分散した材料で作製し、その共振器を
吸収体として用いることにより、高効率な電磁波吸収体
を得ることができた。特に金属酸化物磁性体を結合剤中
に分散した共振器は広い周波数帯域において高吸収特性
を示した。また、この吸収体は粒状（球形や矩形）の共
振器の散乱効果を利用していること、および、共振器の
共振作用を利用していることから、斜めからの入射電磁
波に対しても良好な吸収能を示す特徴を持つ。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

１．ミリ波帯あるいは準ミリ波帯において共鳴する共振
器を結合剤中に含有した電磁波吸収層を有する電磁波吸
収体である。上記の電磁波吸収層の厚さは特に限定しな
い。通常、電磁波吸収層の厚さは含有する共振器の大き
さ以上である。電磁波吸収層を積層あるいは電磁波吸収
層に凹凸を持たせることによって吸収帯域の広帯域化あ
るいは吸収能力の向上が期待できる。電磁波吸収層を含
む吸収体全体の厚さは、取り扱い易さ、施工時の収まり
具合などの観点から、５０mm以下が好ましい。また、所
望の電磁波吸収能を発現し、かつ膜強度を保つため０.
５mm以上が好ましい。

【００１２】２．電磁波吸収層内において、結合剤中に
含まれる共振器（１に記載）の体積割合は、２体積％〜
７４体積％である。１０体積％〜６０体積％が特に好ま
しい。２体積％未満では十分な吸収特性を得られない欠
点を有し、７４体積％を越えると吸収層の剛性、重量お
よび耐久性などが劣る欠点を有する。

【００１３】３．１に記載した共振器の形状は回転楕円
体形（球体型を含む）、回転楕円体形の一部、円板形あ
るいは矩形を基本とする形状が望ましい。好ましくは、
球体が良い。

【００１４】４．１に記載した共振器の寸法は、その共
振器の共鳴する振動モードが、対象とする周波数に合致
するように設計されていることが望ましい。

【００１５】１に記載した共振器の形状が回転楕円体形
（球体形を含む）の場合 その短軸直径、長軸直径は０.３mm〜２０mmである。準
ミリ波帯域およびミリ波帯域の電磁波吸収層には、１mm
から１０mmが好ましい。０.３mm未満では準ミリ波帯域
において共振器として働かない欠点を持つ。また、２０
mmを越えるとミリ波帯域において共振器として働かず、
また、吸収体が厚くなる欠点を持つ。

【００１６】１に記載した共振器の形状が矩形の場合 その矩形を構成する一辺の長さが０.３mm〜２０mmであ
る。準ミリ波帯域およびミリ波帯域の電磁波吸収層に
は、１mmから１０mmが好ましい。０.３mm未満では準ミ
リ波帯域において共振器として働かない欠点を持つ。ま
た、２０mmを越えるとミリ波帯域において共振器として
働かず、また、吸収体が厚くなる欠点を持つ。

【００１７】１に記載した共振器の形状が円板形あるい
は円柱形の場合 その円板形の直径が０.３mm〜２０mmである。準ミリ波
帯域およびミリ波帯域の電磁波吸収層には、１mmから１
０mmが好ましい。０.３mm未満では準ミリ波帯域におい
て共振器として働かない欠点を持つ。２０mmを越えると
ミリ波帯域において共振器として働かない欠点を持つ。
また、円板形の厚さは０.１mm〜１０mmであり、好まし
くは０.３mm〜１０mmが良い。０.１mm未満では準ミリ波
帯域において共振器として働かない欠点を持ち、１０mm
を越えるとミリ波帯域において共振器として働かず、吸
収体が厚くなる欠点を持つ。

【００１８】５．１に記載した共振器の材質は アルカリ土類元素を含む酸化物誘電体あるいはカーボ
ンを含む誘電体。 純金属、合金あるいは金属酸化物などから成る磁性
体。 純金属、合金あるいは金属酸化物などの粉体を結合剤
中に分散したものから成る複合磁性体。

【００１９】６．５のに記載したアルカリ土類元素を
含む酸化物誘電体とは、たとえば、Ｂe、Ｍg、Ｃa、Ｓ
r、あるいはＢaなどを含むペロブスカイト型酸化物など
をさす。

【００２０】７．５のおよびに記載した純金属とは
アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、お
よび、その他のほぼ純粋な金属などをさす。

【００２１】８．５のおよびに記載した合金とはケ
イ素鋼、センダスト、パーマロイ、アルニコなどに代表
される２種以上の元素を含む金属などをさす。

【００２２】９．５のおよびに記載した金属酸化物
とは１種あるいは２種以上の金属元素を含む酸化物であ
る。たとえば、Ｍn、Ｚn、Ｎi、Ｍg、Ｃuなどの元素を
含む鉄酸化物、Ａl、Ｍg、Ｓi、Ｙなどの元素を含むガ
ーネット型金属酸化物などをさす。

【００２３】10．５のに記載した純金属、合金および
金属酸化物などの粉体は、平均粒径が０.２〜１００μ
m、好ましくは０.５〜４０μmである。０.２μm未満で
は準ミリ波帯域における吸収効率の低下および超微粉体
の作成が困難である欠点を有し、１００μmを越えると
ミリ波帯域における吸収効率の低下および結合剤中への
分散が困難になる欠点を有する。

【００２４】11．１および５のに記載した結合剤と
は、熱可塑性および熱硬化性の有機高分子材料、セメン
ト系、ケイ酸カルシウム系およびセッコウ系のような無
機窯業材料を用いうる。

【００２５】本発明に好適に用いうる結合剤はエポキシ
樹脂、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、
ポリアクリル樹脂、フッ素含有重合体、ポリアミド、ポ
リエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、合成
ゴム、フォスファジェン樹脂、発泡ポリスチロールのよ
うな有機高分子材料である。無機窯業材料の具体例には
硫酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、水ガラス、ポルト
ランドセメント、アルミナセメント、アルキルシリケー
ト、酸化カルシウム、粘土などが挙げられる。

【００２６】12．５のに記載した複合磁性体におい
て、結合剤中への純金属、合金および金属酸化物などの
粉体の配合量は、５０〜９４重量％、好ましくは７６〜
９２重量％である。５０重量％未満では吸収能が不足す
る欠点を有し、９４重量％を越えると電磁波吸収能は良
好になるが、剛性、重量および耐久性などが劣る欠点を
有する。

【００２７】13．共振器を含有する電磁波吸収層を導電
性材料の上に配置した電磁波吸収体。本発明において、
導電性材料は電磁波吸収体裏面への電磁波の漏洩を防止
すると共に、電磁波の吸収能力を高める働きをする。た
だし、本発明に導電性材料が必ず必要なわけではない。

【００２８】導電性材料は支持体としての役割を兼ね得
る。具体的には銅、アルミニウム、鋼、鉄、ニッケル、
ステンレス、シンチュウのような金属の板、金網、金属
布などが挙げられる。このような金属材料はプレコート
鋼板のような、層間密着性を向上させるための表面処理
またはプライマー処理を施したものでも良い。

【００２９】また、上記に例示した金属と結合剤とを含
む導電性塗膜および上記金属の液相または気相メッキ層
なども導電性材料として用い得る。たとえば、プラスチ
ック材料のような非導電性材料上に上記金属の導電性塗
膜を設けるか、銅やＮiの無電解メッキ層、またはアル
ミニウムなどの蒸着層を形成した金属化材料も本発明に
用い得る。

【００３０】

【作用】電磁波吸収体中に球形、矩形あるいはその他の
形状の共振器を形成することにより、対象とする周波数
帯域において、共振させ、共振器の結合剤として用いた
材料の複素比誘電率の損失項、及び共振器自身の損失を
助長すると共に、共振器からの散乱効果を用いて、電磁
波エネルギーを効率よく吸収する。

【００３１】共振器を導電材料上に配置するとイメージ
効果により共振をさらに高めるとともに、導電材料はシ
ールドの役目も果たす。

【００３２】共振器は導電材料上に完全な密状態で並べ
る必要は無い。吸収層は共振器を点在させるだけで大き
な吸収能を広帯域で発現し得る。そのため従来の電磁波
吸収体に比べ、軽量化が図れる。

【００３３】共振器の共振モードは多数存在することか
ら、ある大きさを持つ共振器は複数の周波数において共
振し、特に磁性粒子を誘電損失の有する結合剤中に分散
したもので形成した共振器は広帯域の電磁波吸収体とな
り得る。

【００３４】共振器の形状が、高い対称性を持つ場合
（球対称性など）は、共振点が少なくなり、逆に、比較
的に低い対称性を持つ場合（各辺の長さが異なる矩形や
軸比が異なる回転楕円体など）は、共振点が多く現れ
る。一例として球形共振器の球の半径と各モードにおけ
る共振周波数との関係を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】従来の電磁波吸収は、整合厚さを制御する
ことにより、吸収能を発現させているため、斜めからの
入射電磁波に対しては、見かけ上、整合厚さが変化して
しまい、十分な吸収能を発揮しなかった。

【００３７】本発明では、共振器固有の共振モードを利
用しているため、吸収能は入射角に依存しない。

【００３８】特に共振器の形状が球形である場合、その
幾何学的な理由から、斜めからの入射電磁波に対して、
良好な吸収能を示す。

【００３９】球形共振器の共振周波数が異なるもの（大
きさが異なるもの、材質が異なるもの）を混在させた場
合、それらを含む電磁波吸収体の吸収能の発現は非常に
広範囲な周波数帯域に設定することが可能となり得る。

【００４０】共振器が磁性材料の粉体を結合剤中に分散
したものから成る場合、特に電磁波吸収能が大きく、か
つ、吸収帯域が非常に広い電磁波吸収体を構成すること
ができる。共振器中の磁性材料粉体の平均粒子径を変化
させることによって、吸収帯域の制御が可能である。ま
た、共振器中の磁性材料粉体の含有量を変化させること
によっても、吸収帯域の制御が可能である。

【００４１】

【実施例】

測定法 電磁波の正面入射時の特性はネットワークアナライザ
（ヒューレット・パッカード(株)社製、ＨＰ８５１０
Ｂ）を用いて、同波管内にてＳ₁₁パラメータを測定し
た。測定周波数範囲１〜４０ＧＨzにおいてホーンアン
テナを用いて測定を行った。

【００４２】６０ＧＨzにおいては、送信部にクライス
トロン（１００mＷ出力）を用い、アイソレータおよび
アッテネータを通過させた後、ホーンアンテナを用いて
被測定物にあてた。被測定物からの反射波を方向性結合
器により進行波と分離し、その反射波を上述のネットワ
ークアナライザに導波管ミキサ（ソニー・テクトロニク
ス(株)社製、ＷＭ７８０Ｕ）を通じて、入力し信号強度
を測定した。

【００４３】測定法 電磁波の４５度斜入射時の特性は近傍電磁界アンテナ測
定装置（アイコム(株)社製、「ＮＦＡＭＳ」）を用いて
１９ＧＨzにて測定した。測定試料の形状は縦２００m
m、横２００mmの正方形板とした。吸収能はＴＥ入射時
およびＴＭ入射時の値の平均値で表した。

【００４４】６０ＧＨzの４５度斜入射特性は、測定法
のシステムを利用し、被測定物への入射角を４５度に
設定して行った。

【００４５】Ａ．結合剤であるエチレン酢酸ビニル共重
合体（三井・デュポンケミカル(株)社製、Ｐ−１９０
７）に、モル比３２：１４：５４でＭnＯとＺnＯとＦe₂
Ｏ₃とを含む平均粒径１５μmのフェライト粒子を９０重
量％となる配合で混練した。

【００４６】この混練体を直径１mm，１.５mm，２mm，
３mm，５mmの球体、長軸直径５mmで短軸直径３mmの回転
楕円体、一辺４mmの立方体、直径１.５mmで高さ１.５mm
円柱体の形状の共振器に、成型用型枠を用いて、８０℃
で熱圧プレス加工した。

【００４７】さらに、作成した上述の共振器を、厚さ約
５０μm、大きさ２００mm×２００mmのアルミ箔上に表
面積の６％を覆うようにほぼ均一に点在させておき、そ
の上にエポキシ樹脂を流し込み、各共振器がエポキシ樹
脂（struers社製、EPOFIX）で覆われるようにして、電
磁波吸収体を得た。

【００４８】各種形状および各種寸法の共振器を含む電
磁波吸収体を測定法により１９、４０、６０ＧＨzに
おける正面入射電磁波の吸収量を測定した。結果を表２
に示す。

【００４９】また、比較のため、先述のモル比３２：１
４：５４でＭnＯとＺnＯとＦe₂Ｏ₃とを含む平均粒径１
５μmのフェライト粒子と、エチレン酢酸ビニル共重合
体（三井・デュポンケミカル(株)社製、Ｐ−１９０７）
との混練体（９０体積％のフェライトを含有）を熱圧プ
レスにより、厚さ３mm、大きさ２００mm×２００mmのシ
ートに加工し、その片面にアルミ箔を貼り付けた整合型
吸収体を作成し、測定法により１９、４０、６０ＧＨ
zにおける正面入射電磁波の吸収量を測定した。結果を
比較例１として表２に示した。

【００５０】

【表２】

【００５１】Ｂ．結合剤であるエチレン酢酸ビニル共重
合体（住友化学(株)社製、SUMITATERB-11）に、モル比
３２：１４：５４でＭnＯとＺnＯとＦe₂Ｏ₃とを含む平
均粒径１５μmのフェライト粉体を９０重量％となる量
で混練した。この混練体を約９０度に温めておき、直径
１.５mmの繊維状に押し出し成形し、その繊維を長さ１.
５mmに切断し、円柱状の共振器を多数作成した。

【００５２】さらに、作成した上述の共振器を、厚さ約
５０μm、大きさ２００mm×２００mmのアルミ箔上に両
面接着テープ（日東電工(株)社製）を用いて、表面の５
％、１０％、３０％をそれぞれ覆うようにほぼ均一に点
在させ、３種類の共振器量の異なる電磁波吸収体を得
た。

【００５３】電磁波吸収体の斜入射電磁波に対する吸収
量を測定法によって測定した。測定周波数は１９ＧＨ
zおよび６０ＧＨzであり、入射角度は４５度、電磁波吸
収層に含まれている共振器の形状は球形（直径５mm）と
した。結果を表３に示す。

【００５４】また、比較のため、先述のモル比３２：１
４：５４でＭnＯとＺnＯとＦe₂Ｏ₃とを含む平均粒径１
５μmのフェライト粒子と、エチレン酢酸ビニル共重合
体（三井・デュポンケミカル(株)社製、Ｐ−１９０７）
との混練体（９０体積％のフェライトを含有）を熱圧プ
レスにより、厚さ３mm、大きさ２００mm×２００mmのシ
ートに加工し、その片面にアルミ箔を貼り付けた整合型
吸収体を作成し、１９ＧＨzおよび６０ＧＨzにおいて入
射角４５度の時の電磁波吸収量を比較例２として表３に
示した。

【００５５】

【表３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 眞人 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (72)発明者 飯田 正一 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミリ波帯あるいは準ミリ波帯において共
   鳴する共振器を結合剤中に有する電磁波吸収層を含む電
   磁波吸収体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電磁波吸収層を導電性材
   料上に配した電磁波吸収体。
3. 【請求項３】 共振器の形状が球形を含む回転楕円体形
   であって、その短軸直径および長軸直径が０.３mmから
   ２０mmである請求項１あるいは２記載の電磁波吸収体。
4. 【請求項４】 共振器の形状が矩形であり、その形を構
   成する辺の長さが０.３mmから２０mmである請求項１あ
   るいは２記載の電磁波吸収体。
5. 【請求項５】 共振器の形状が円板形あるいは円柱形で
   あり、その直径が０.３mmから２０mmであり、厚さが０.
   １mmから２０mmである請求項１あるいは２記載の電磁波
   吸収体。
6. 【請求項６】 共振器が磁性材料あるいは誘電材料から
   成る請求項１記載の電磁波吸収体。
7. 【請求項７】 共振器が金属磁性体あるいは金属酸化物
   磁性体である請求項１記載の電磁波吸収体。
8. 【請求項８】 共振器が金属磁性体粒子あるいは金属酸
   化物磁性体粒子を結合剤中に分散したものである請求項
   １記載の電磁波吸収体。
9. 【請求項９】 共振器がフェライト焼結体である請求項
   １記載の電磁波吸収体。
10. 【請求項１０】 共振器がフェライト粒子を結合剤中に
    含む請求項１記載の電磁波吸収体。
11. 【請求項１１】 共振器が鉄粒子を結合剤中に含む請求
    項１記載の電磁波吸収体。
12. 【請求項１２】 積層構造を有する請求項１記載の電磁
    波吸収体。
13. 【請求項１３】 電磁波吸収体の表面が凹凸形状を有
    し、凹凸の高さが５０mm以下である請求項１記載の電磁
    波吸収体。