(57)【要約】【課題】垂直入射時、ＴＥ偏波斜入射時、ＴＭ偏波斜入射時において高い電波吸収性能を得る。【解決手段】基材層１と表面層２とが不可分一体となった２層の積層から構成されている。基材層１は、電波吸収体の下層を形成する繊維の層であり、基材層１を構成するほとんどの繊維は、２次元方向の平面方向に配列されているものであり、表面層２は、電波の入射面を形成し、基材層１を構成する繊維に絡まって、その一部が三次元の高さ方向に立ち上がった繊維を含む繊維の層によって構成されている。【選択図】図１
2010205956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面層を有する繊維集合体を用いた繊維集合平板型電波吸収体であって、
表面層は、繊維集合体の表面を形成する繊維集合体の層であり、三次元の高さ方向に少なくとも５〜６ｍｍの高さに立ち上がった繊維を含む繊維の層によって構成されていることを特徴とする繊維集合平板型電波吸収体。
【請求項２】
基材層と表面層とが不可分一体となった２層の積層から構成された繊維集合平板型電波吸収体であって、
前記基材層は、電波吸収体の下層を形成する繊維の層であり、基材層を構成するほとんどの繊維は、２次元方向の平面方向に配列されているものであり、
前記表面層は、電波の入射面を形成し、基材層を構成する繊維に絡まって、その一部が三次元の高さ方向に立ち上がった繊維を含む繊維の層によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維集合平板型電波吸収体。
【請求項３】
前記表面層の繊維密度は、前記基材層の密度の約半分の密度に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の繊維集合平板型電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波吸収体、特にアンテナ指向性改善・レーダー偽像対策用等に適した広角度入射用の繊維集合平板型電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波吸収体には、従来よりピラミッド型電波吸収体、波形電波吸収体、平板積層型電波吸収体、繊維集合平板型電波吸収体などが用いられている。これらの電波吸収体においては、通常、電波の垂直入射の場合に高い吸収性能が得られるよう、電波吸収体への入力インピーダンスの値を空間のインピーダンスである３７７Ωに近くなるように設計される。
【０００３】
ピラミッド型電波吸収体及び波型電波吸収体においては、いずれも電波吸収体の厚さを吸収させたい電波の波長の約１／２以上とすることで広い角度での斜入射において高い電波吸収性能が得られ、波長が短い電波を吸収させたいときには、ピラミッドの形状や波型の凹凸の高さを低くすることによって対応できるが、単位面積当たりの凹凸の数を非常に多くする必要が生じ、電波吸収体の製造が困難となる。
【０００４】
平板積層型電波吸収体においては、積層数を多くしていくことで広い角度での斜入射において高い吸収性能を発揮することが可能となる。しかし、積層数を多くしていくためには、誘電率の異なる複数のシートを製作し、さらにそれらのシートを順に張り合わせてゆく工程が必要となって、製品がコスト高となってしまうという問題がある。
【０００５】
繊維集合平板型電波吸収体は繊維集合体を平板のマット状に加工した電波吸収体である。繊維集合平板型電波吸収体によれば、入射面に垂直方向から電波が入射（垂直入射）した場合において、優れた減衰性能が得られても、斜め方向から入射（斜め入射）した場合と同様の電波特定が得られるわけではない。入射波の電界（Ｅ）が入射面に直交している入射波をＴＥ波といい、磁界（Ｈ）が入射面に直交している入射波をＴＭ波という。
【０００６】
図６において、垂直入射の入射波の垂直方向波動インピーダンスは、√（Ｅ／Ｈ）である。斜め入射の場合に、電波の入射面に対する入射角をθとすると、ＴＥ偏波の垂直方向波動インピーダンスは、√（Ｅ／Ｈ・cos(θ)、ＴＭ偏波のＴＥ偏波の垂直方向波動インピーダンスは、√（Ｅ・cos(θ)／Ｈ）となる。このように、斜め入射の場合には、垂直入射に比べて入射波の波動インピーダンスの垂直成分が変化し、電波吸収体への入力インピーダンスと開きが生じる分だけ吸収性能が低下する。
【０００７】
図７は、繊維集合平板型電波体の平面の入射面に電波が入射したときの電波吸収特性を示すグラフである。この例では、電波が入射面に垂直に入射したときに、図７（ａ）に示すように、１８ＧＨｚ〜２０ＧＨｚの周波数帯において反射減衰量が２０ｄＢを大きく下回る特性が得られている。
【０００８】
しかし、電波の入射面に対する入射角が６０°の斜め入射の場合に、ＴＭ偏波（６０°の斜入射）では図７（ｃ）に示す様に、反射減衰量に−２０ｄＢを下回る高い電波吸収特性が得られてはいるものの、ＴＥ偏波（６０°の斜入射）では図７（ｂ）のように反射減衰量が−２０ｄＢを上回ることになって、ＴＭ偏波（６０°の斜入射）のような電波吸収特性が得られない。
【０００９】
その原因は、電波吸収体を構成する繊維集合体のほとんどの繊維が三次元空間におけるＸ−Ｙ軸の平面方向に配列されていることに起因する。繊維が平面方向にだけ配列されていると、ＴＭ偏波の斜入射で入射角が大きくなってきたときに、図８のように入射波の電界ベクトル方向と繊維方向とが一致しなくなり、電波吸収体への入力インピーダンスが見かけ上、入射波の波動インピーダンスの垂直成分に近づくためである。また、ＴＥ偏波の場合は、繊維方向と電界ベクトル方向が入射角の変化によらず一定であるため、入射波の波動インピーダンスの垂直成分が変化する分、吸収性能が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−５３３７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、繊維集合平板型電波吸収体においては、図７に示す様にＴＭ偏波の斜入射では高い電波吸収特性が得られるが、ＴＥ偏波の斜入射では同様の吸収特性が得られないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、繊維集合平板型電波吸収体におけるＴＭ偏波斜入射時の良好な特性に着目し、垂直入射時はもとより、ＴＥ偏波斜入射時にも繊維方向と電界ベクトル方向が揃わなくすることで、垂直入射時、ＴＭ偏波斜入射時だけでなく、ＴＥ偏波斜入射時においても高い電波吸収性能を得ることを最大の特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による繊維集合平板型電波吸収体は、入射面の繊維を縦、横、高さの三次元方向にランダムに配列することにより広い範囲の周波数域で垂直入射・ＴＥ偏波斜入射・ＴＭ偏波斜入射のいづれにおいても高い電波吸収性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による電波吸収体の１実施例を示す繊維集合体の側面図である。
【図２】本発明による電波吸収体の電波吸収特性を測定する装置の構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、表面層を構成する繊維の立ち上がり高さを平均５〜６ｍｍとした繊維集合平板型電波吸収体の電波吸収特性を示すグラフである。
【図４】繊維集合平板型電波吸収体の１実施例を示す繊維集合体について表面層の立ち上がり高さを平均１０〜１２ｍｍとした表面層を含む繊維集合体の側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、表面層を構成する繊維の立ち上がり高さを平均１０〜１２ｍｍとした繊維集合型電波吸収体の電波吸収特性を示すグラフである。
【図６】入力波の入力方向に対する入力波の垂直方向インピーダンスの変化を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、表面層のない電波吸収特性を示すグラフである。
【図８】表面層のない繊維集合平板型電波吸収体に電波が斜め入射したときの問題点を示す図である。
【００１５】
垂直入射・ＴＥ偏波斜入射・ＴＭ偏波斜入射のいずれにおいても高い電波吸収性能を得るという目的を、繊維集合平板型電波吸収体ではＴＭ偏波斜入射特性が良好であることに着目し、垂直入射・ＴＥ偏波斜入射においても繊維方向と電界ベクトル方向が揃わないよう、繊維集合体の繊維方向を、縦、横、高さの三次元方向にランダムに配列することで実現した。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明による繊維集合体平板型電波吸収体の１実施例を示す図である。本発明において、電波吸収体は、基材層１と表面層２とが不可分一体となった２層の積層から構成された繊維集合体である。基材層１は、電波吸収体の下層を形成するマット状（平板状）の繊維の層であり、基材層１を構成するほとんどの繊維は、縦、横の２次元方向、すなわち直角座標のＸ−Ｙ軸の平面方向に配列されているものである。
【００１７】
表面層２は、電波の入射面を形成し、基材層１を構成する繊維に絡まって、縦、横の２次元方向からその一部が三次元の高さ方向すなわち立体座標のＺ軸方向にランダムに立ち上がった繊維を含む繊維の層によって構成されている。本発明において、繊維集合体平板型電波吸収体を構成する繊維の種類、太さは特に限定されるものではないが、この実施例においては、太さ０．５ｍｍ〜１ｍｍの塩化ビリニデンのフィラメントに、カーボンを付着させた繊維を用いた。
【００１８】
表面層２は、基材層１の表面部分の繊維の立ち上げによって形成されている。繊維の立ち上げは、いわゆる起毛処理によって繊維を毛羽立たせるほか、ループ状、鉤状など任意の形状に立ち上がらせることによって行うことができる。図１は、表面層２が二次元方向に配列された繊維のほか、三次元方向に任意の形状でランダムに立ち上がらせた繊維を一部に含む繊維層によって構成されている例を示している。
【００１９】
基材層１と表面層２の厚さは問わない。表面層２の繊維密度についても特別に限定はないが、基材層の密度の約半分の密度が一応の目安である。実験によれば、表面層２の繊維密度が低すぎてもあるいは逆に高すぎても減衰特性は低下することがわかっている。
【００２０】
表面層２に形成する繊維の立ち上がり高さは数ミリから数１０ミリの範囲である。マット状に加工された従来の繊維集合平板型電波吸収体においても、マットを構成する繊維は、その大部分が二次元の平面方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）に配列されているが、三次元方向にもある程度ランダムに配列された繊維も含まれている。しかし、Ｚ軸方向での繊維の立ち上がり高さは、せいぜい２〜３ｍｍ程度にとどまっているものがほとんどである。その理由は、繊維集合平板型電波吸収体は、繊維を堆積させた後、プレスをかけるという基材の製法上、繊維方向のほとんどがＸ−Ｙ方向の平面上の配列となってしまうためである。
【００２１】
本発明によれば、繊維が平面方向にだけでなく、三次元の高さ方向にも配列されるため、ＴＭ偏波の斜入射で入射角が大きくなってきたときでも、見かけ上入射角θが小さいときと等価の状況が実現され、入射波の電界ベクトル方向と繊維方向との角度が垂直入射の場合と実質的に違わず、ＴＭ偏波、ＴＥ偏波のいずれの場合においても、入射波の波動インピーダンスの垂直成分の変動が最小限にとどめられ、広角度の範囲にわたって吸収性能を安定に保つことができる。
【００２２】
次に本発明による繊維集合平板型電波吸収体の実施例１，２の電波吸収特性を測定した。その測定結果を以下に説明する。
（実施例１）
実施例１として、表面層２を構成する繊維の立ち上がり高さを平均５〜６ｍｍ程度に調整し、得られた繊維集合平板型電波吸収体の電波吸収特性を測定した。測定には図２のネットワークアナライザ３を用い、アーチ法により測定した。測定に際し、受信側ホーンアンテナ４及び送信側ホーンアンテナ５の下方１０００ｍｍ位置に、得られた繊維集合平板型電波吸収体を被測定物Ｍとして設置した。被測定物Ｍの周囲には不要反射波除去用の電波吸収体６，６，・・・を設置した。試料Ｍの面積は１５０ｍｍ×１５０ｍｍとし、周波数帯は１８ＧＨｚ〜２０ＧＨｚで測定を実施した。
【００２３】
実施例１による電波吸収体の電波吸収特性を、図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図３（ａ）は、被測定物に対する電波の垂直入射の場合、図３（ｂ）は斜め入射（ＴＥ偏波６０°）の場合、図３（ｃ）は、斜め入射（ＴＭ偏波６０°入射）の場合である。図３（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、垂直入射の場合に電波吸収特性は、先の図７（ａ）の特性に比べて若干悪化するものの、反射減衰量は、周波数帯は１８ＧＨｚ〜２０ＧＨｚにおいて、−２０ｄＢ以下を確保し、ＴＥ偏波・ＴＭ偏波の斜入射においても図３（ｂ）、図３（ｃ）のように−２０ｄＢ以下を確保していた。
【００２４】
（実施例２）
次に実施例２として、図４に示すように、表面層２として繊維集合体のＺ軸方向の立ち上がり高さを１０〜１２ｍｍ程度に調整し、得られた繊維集合平板型電波吸収体について、実施例１と同じ要領でその電波吸収特性を測定した。図５に、実施例２による電波吸収体の電波吸収特性測定結果を示す。図５（ａ）は、被測定物に対する電波の垂直入射の場合、図５（ｂ）は斜め入射（ＴＥ偏波６０°）の場合、図５（ｃ）は、斜め入射（ＴＭ偏波６０°入射）の場合である。
図から明らかなように、繊維の立ち上がり高さが増加したことによって、実施例１の結果よりも全ての特性において高い電波吸収性能が得られた。
【００２５】
（実施例３）
さらに、実施例１と同じ処理を施した電波吸収体（対策１）と、実施例２と同じ処理を施した電波吸収体（対策２）とについて、周波数３０ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、７０ＧＨｚにおける被測定物に対する電波の垂直入射の場合、斜め入射（ＴＥ偏波６０°）の場合、斜め入射（ＴＭ偏波６０°入射）の場合の周波数特性を実施例１と同じ要領で測定した。なお比較のため、何らの対策を施さない繊維集合平板型電波体の電波吸収体（未対策）についても同様に周波数３０ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、７０ＧＨｚにおける電波吸収特性を測定した。測定結果を表１〜３に示す。
【００２６】
【表１】
2010205956.tif 000003
【００２７】
【表２】
2010205956.tif 000004
【００２８】
【表３】
2010205956.tif 000005
【００２９】
各表に明らかなとおり、対策１、２による電波吸収体によれば、周波数３０ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、７０ＧＨｚでは、ＴＥ偏波・ＴＭ偏波の斜入射の場合の減衰特性は、−２０ｄＢ以下の範囲に収まっており、未対策の電波吸収体の電波吸収特性に比べて著しい改善が見られた。
【００３０】
また、また垂直入射の場合においても、１８ＧＨｚ以下の周波数域で−２０ｄＢを上回ることなく、２０ＧＨｚ以上の周波数域では−３０ｄＢ以下の減衰特性を維持することがわかった。このような状況を踏まえて本発明による電波吸収体は、少なくとも周波数１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数域で垂直入射、ＴＥ偏波斜め入射、ＴＭ偏波斜め入射において、高い電波吸収性能を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、アンテナ指向性改善・レーダー虚像対策用の電波吸収体として利用するほか、一般の電子機器の放射電磁波測定、外来電磁波に対する体力測定などを行うために電波暗室に設置する電波吸収体として広く各種の分野に広く活用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  基材層、２  表面層、３  ネットワークアナライザ、４  受信側ホーンアンテナ、５  送信側ホーンアンテナ、６  電波吸収体
【図１】
2010205956.tif 000006
【図２】
2010205956.tif 000007
【図３】
2010205956.tif 000008
【図４】
2010205956.tif 000009
【図５】
2010205956.tif 000010
【図６】
2010205956.tif 000011
【図７】
2010205956.tif 000012
【図８】
2010205956.tif 000013