(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数帯域幅の広い電波吸収素材およびこれを用いた１／４波長形電波吸収体を提供する。【解決手段】直線状導体１、あるいは十字形導体等の導体を誘電体シート２に配列した導体配列シートと導電シート３とを積層して電波吸収素材とする。また、誘電体よりなる１／４波長厚みの層の片側に該電波吸収素材を設け、もう一方の面に金属板Ｃを装着して１／４波長形電波吸収体とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状導体あるいは十字形導体を誘電体シートの表面、または内部に規則的に配列してなる導体配列シートと面抵抗が４００［Ω］〜４０００［Ω］の導電シートとを積層したことを特徴とする電波吸収素材。
【請求項２】
面抵抗が各々ＲＳ１、ＲＳ２である２枚の導電シートの間に直線状導体あるいは十字形導体を誘電体シートの内部に規則的に配列してなる導体配列シートを挟み込んだ構成であり、かつ該２枚の導電シートの面抵抗が４００［Ω］＜１／（１／ＲＳ１＋１／ＲＳ２）＜４０００［Ω］であることを特徴とする電波吸収素材。
【請求項３】
導体配列シートは直線状導体を誘電体シートの表面、または内部にランダムに分散してなることを特徴とする請求項１，２に記載の電波吸収素材。
【請求項４】
誘電体シートの表面、あるいは内部に４角形、あるいは円形の箔状導体を配列した導体配列シートであることを特徴とする請求項１に記載の電波吸収素材。
【請求項５】
一定の厚みの誘電体層の片面に請求項１，２，３に記載の電波吸収素材を装着し、かつ該誘電体層のもう一方の面に金属板を装着したことを特徴とする電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電波を吸収する素材および電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】  電波吸収体の構成法は各種知られており、たとえば厚みｄの電波的な損失のない誘電体よりなる誘電体層の片面に金属板を装着し、該誘電体層のもう一方の側面に面抵抗が３７７［Ω］の導電シートを電波吸収素材として装着する構成法は１／４波長形吸収体としてよく知られている（例えば非特許文献１）。
【非特許文献１】  電磁波の吸収と遮蔽、清水康敬、杉浦行、石野健編集、ページ１３５、日経技術図書。
上記導電シートとはシート状の導電材を指し、また上記面抵抗とは１ｍ正方の導電シートの相対する辺間の抵抗を指す。導電シート面に電波を入射するとｄが波長の１／４になる周波数で反射が０になり、入射した電波は全て導電シートに吸収されるので、この構成の電波吸収体は１／４波長形吸収体と呼ばれる。上記波長とは、厚みｄの誘電体層の内部の波長を指す。上記誘電体層を以下１／４波長層という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上記の１／４波長形吸収体は構成が簡単であるという利点がある一方、反射係数が小さくなる周波数帯域が狭いという欠点を有している。本発明の目的は、広い周波数帯域で反射係数が小さくなる１／４波長形電波吸収体を構成するための電波吸収素材、およびこれを用いた電波吸収体を提供することにある。
【発明が解決するための手段】
【０００４】  電波吸収素材Ａは、図１に示すように直線状導体１を誘電体シート２の片側面に規則的に配列した導体配列シートと該誘電体シート２のもう一方の面に面抵抗が４００［Ω］〜４０００［Ω］の導電シート３を図２に示すように積層した構成、または直線状導体１を誘電体シート２の内部に規則的に配列してなる導体配列シートと面抵抗が４００［Ω］〜４０００［Ω］の導電シート３とを図３に示すように積層した構成、または該導電体配列シートを合成面抵抗が４００［Ω］〜４０００［Ω］である２枚の導電シート３−１と３−２との間に挟み込んだ図４の構成のいずれかであり、図５に示すように該電波吸収素材Ａを１／４波長層Ｂに積層し、該１／４波長層Ｂのもう一方の面に金属板Ｃを装着した構成の電波吸収体とする。上記直線状導体とはアスペクト比（長さ／太さ）が１０以上の実質的に直線と見なせる形状の導体を指す。
【０００５】  直線状導体１は誘電体シートの表面、あるいは内部にランダムに分散してもよい。あるいは誘電体シート２の表面、または内部に配列する直線状導体１は十字形導体、または４角形や円形の導体で置き換えてもよい。
【発明の効果】
【０００６】  本発明の効果を以下に図を用いて説明する。
【０００７】  図２の構成の電波吸収素材Ａを伝送線路として見たときの等価回路は以下のようになる。入射波電波の電界は図１に示すように直線状導体１に平行であるとする。導体配列シートはその厚みが自由空間波長に比べて十分薄いので伝送線路的には集中定数のアドミッタンスＹＡで表せる。同様の理由で導電シート３も集中定数の抵抗ＲＳで表せる。電波吸収素材Ａは導体配列シートと導電シート３を積層したものであるから、該電波吸収素材Ａの特性を集中定数ＹＴで表すと、ＹＴはＹＡとＲＳの並列回路であり、
【数１】
2006203147.tif 000003
となる。
【０００８】  ＹＡの周波数特性は以下のようになる。導体配列シートに電波を入射すると、直線状導体１の長さＬが波長のおよそ１／２になる周波数ｆ０で共鳴現象が生じ、直線状導体１を配列した導体配列シートを均質媒質として見たときの比誘電率εＡ（＝εＡ’−ｊεＡ”）は図６に示すように共鳴的な分散特性を示すことが知られている（たとえば特許文献２）。
【特許文献２】  特願２００４−３７４８７。
ＹＡをεＡを用いて表すと、
【数２】
2006203147.tif 000004
となる。
【数２】
においてλ０は自由空間波長、ｄＡは導体配列シートの厚みである。Ｙ０は自由空間の特性アドミッタンスであり、Ｙ０＝１／３７７［Ｓ］である。
【０００９】  なお、導電シート３の比誘電率εＳ（＝εＳ’−ｊεＳ”）はεＳ’＜＜εＳ”である。導電シートの導電率σＳは、導電シートの厚みをｄＳとするとσＳ＝１／（ＲＳｄＳ）であり、またεＳ”とσＳとは角周波数（２π×周波数）をωとすると、εＳ“＝σＳ／（ωε０）の関係式があるので、
【数３】
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となる。ε０は空気の誘電率である。εＳ”は図６に点線で示すように周波数に反比例する特性を持つ。
【００１０】  すなわち、本発明による電波吸収素材はその特性を誘電率としてみるとき、図６に示されるように周波数に対して単調に減少する特性のεＳ”と周波数ｆ０で共鳴する特性のεＡとを兼ね備えた特性を持つ特徴がある。
【００１１】  本発明による電波吸収素材が電波吸収特性に与える効果を規格化アドミッタンスチャートを用いて説明する。図５に示す電波吸収体の構成における等価回路を図７に示す。電波吸収素材Ａを表すアドミッタンスＹＴは１／４波長層Ｂの入力アドミッタンスＹＢに並列に接続され、電波吸収素材Ａの表面から見た入力インピーダンスＹｉｎはＹｉｎ＝ＹＴ＋ＹＢである。
【００１２】  図８の規格化アドミッタンスチャートにおいて、イは周波数がｆ１からｆ２における規格化したＹＢの特性である。１／４波長層Ｂは電波的損失がない誘電体よりなる層であるから、規格化したＹＢは該チャートの外周にあり、周波数ｆ０にて１／４波長層Ｂの厚みが丁度１／４波長になるとするとｆ０におけるＹＢは０である。
【００１３】  まず、従来の電波吸収体の構成である導電シートのみを１／４波長層Ｂに装着した場合について説明する。ロは面抵抗ＲＳがＲＳ＝３７７［Ω］である導電シートを１／４波長層Ｂに装着したときの規格化したＹｉｎの特性である。ＹｉｎはＹＢ＋１／ＲＳで与えられ、ｆ０においてはＹＢ＝０であるからＹｉｎ＝１／３７７［Ｓ］、すなわちＹｉｎ＝Ｙ０となる。Ｙｉｎと反射係数Γの関係は、
【数４】
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で与えられる。規格化アドミッタンスチャートの中心の値は１、すなわちＹｉｎ＝Ｙ０であり、Γ＝０となる。ロに示される特性はｆ０でΓ＝０となり、入射電波は反射されず全て導電シートに吸収される。図８にロで示される特性の反射係数「は図９に点線で示すようになり、周波数がｆ０から離れるにつれてΓは増加する。
【００１４】  本発明による電波吸収素材Ａはその等価回路が
【数１】
のＹＴで表される。
【数１】
、
【数２】
式からわかるように、ＹＴの実数部はＲｅ（ＹＡ）＋１／ＲＳで与えられる。Ｒｅ（ＹＡ）＞０であるからＹｉｎ＝Ｙ０とするには（１／ＲＳ）＜Ｙ０、すなわちＲＳ＞（１／Ｙ０）＝３７７［Ω］としなければならない。
【００１５】  上記範囲にあるＲＳの導電シート３のみを１／４波長層Ｂに積層した場合の入力アドミッタンスＹｉｎを規格化アドミッタンスチャートに示すと、たとえば図８のハのようになる。ハで示される特性に導体配列シートの効果であるＹＡを付加した場合、すなわち本発明による電波吸収素材Ａを１／４波長層Ｂに積層した場合は図８のニに示すようになる。
【００１６】  本発明による電波吸収素材を用いると入力アドミッタンスはｆ０付近で規格化アドミッタンスチャートの中心、すなわちΓ＝０の点を取り巻くように変化し、Γが小さい値になる周波数範囲が広くなる。この特性は、図６に示されるεＡの周波数変化によってＹＡが持つ周波数特性により生じたものである。図８のニに示す特性を反射係数Γに変換した値を図９のニに示す。ΓがΓ０以下となる周波数範囲であるロの特性のＷＲとニの特性のＷＡでは明らかにＷＲ＜ＷＡである。
【００１７】  導体配列シートの等価的誘電率の虚数部εＡ”は実験によれば直線状導体１の配列密度を変えることで１０〜１０００程度の範囲に設定することが可能である。仮にεＡ”＝１００とし、かつｄＡ＝０．１ｍｍとすると
【数２】
式より５ＧＨＺではＹＡの実数部はおよそＹ０となる。したがってｆ０においてΓ＝０を得るためだけであればＲＳ＝∞［Ω］でも設計可能であるが実験的な検討を重ねた結果、ＲＳは４００［Ω］＜ＲＳ＜４０００［Ω］であるとΓが小さい周波数範囲を広くできるという望ましい結果が得られるということがわかった。
【００１８】  以上、図２の構成の電波吸収素材を例にとって広帯域な電波吸収特性を持つ１／４波長形電波吸収体が構成できることを説明したが、図３に示すように直線状導体１を誘電体シート２の内部に配列した構造の導体配列シートにおいても直線状導体の共鳴現象による等価的比誘電率は図６に示されるεＡと同等であるので、図３の構成の電波吸収素材を用いても同様の効果が得られる。
【００１９】  図４に示すように導体配列シートを２枚の導電シート３−１と３−２との間に挟みこんだ構成では、伝送線路的には該導電シート３−１と３−２が並列に接続される等価回路になるので、該導電シート３−１と３−２の各々の面抵抗をＲＳ１、ＲＳ２とするときの合成面抵抗は１／（１／ＲＳ１＋１／ＲＳ２）である。したがって合成面抵抗が４００［Ω］＜１／（１／ＲＳ１＋１／ＲＳ２）＜４０００［Ω］の範囲にあれば図４に示す２枚の導電シートは図２の構成の導電シート３と同様の効果が得られる。
【００２０】  直線状導体１を誘電体シート２の表面に配列してなる導体配列シートは直線状導体１の共鳴周波数をｆ０に合わせなければならない。直線状導体１の共鳴周波数はその長さＬが自由空間波長のほぼ１／２になる周波数として見積もることができるが、厳密には直線状導体の長さＬだけでなく、直線状導体の周囲の媒質である誘電体シート２の厚みと比誘電率、および導電シートの面抵抗と厚みによって変化する。直線状導体１の共鳴周波数をｆ０に合わせるためには、Ｌは実験的に定める。
【００２１】  これまでの説明で述べた導体配列シートはいずれも直線状導体１を配列したものであり、入射波電波の電界は図２に示すように直線状導体１に平行であるとした。実際の応用を考えた場合、入射波電波の電界は直線状導体１に平行であるとは限らない。入射波電波の電界の方向によらずに本発明の効果を得るには、たとえば図１０に示すように２本の直線状導体が直交するようにした十字形形状の導体を配列して導体配列シートを構成する手法、あるいは図１１に示すように直線状導体がランダムな方向を向くように配列して導体配列シートを構成する手法があり、いずれも図１に示した導体配列シートと同様の共鳴現象が生じるので本発明の電波吸収素材を構成することができる。
【００２２】  さらに、共鳴現象を生じる導体の形状は線状に限られず、たとえば４角形、円形の導体を配列しても、辺の長さや直径などで定まる或る特定の周波数で共鳴現象が生じることが知られている。したがって、本発明の電波吸収素材に用いる導体の形状は線状、十字形に限られず、たとえば４角形、円形の箔状導体などを配列してもよい。
【００２３】  誘電体シート２に配列する導体の材質は実質的に電気的良導体であればよく、各種の金属、あるいは各種金属をメッキした繊維状材料、あるいはカーボン繊維、あるいは金属粉やカーボン粉を主成分とする導電塗料などを用いることができる。
【００２４】  以上の説明では、１／４波長層Ｂは電波的損失の無い誘電体を用いて構成したが、多少の損失がある誘電体であっても本発明の１／４波長層Ｂとして用いることは可能である。電波的な損失のある誘電体を１／４波長層Ｂとして用いたとき、その入力インピーダンスＹＢは、図６に示すアドミッタンスチャートの外周にあるイとは異なりアドミッタンスチャートの内部にある。電波的な損失が大きいほどＹＢの実数部の値であるＲｅ（ＹＢ）が大きくなる。本発明による電波吸収素材の導電シート３の面抵抗の最大値は４０００［Ω］であり、規格化アドミッタンスの実数部に換算するとおよそ０．１である。さらに、導体配列シートのεＡ”によるアドミッタンスＹＡの実数部はεＡ”＝１０、ｆ０＝５ＧＨｚとするとおよそ０．１であり、Γ＝０の条件であるＹｉｎ／Ｙ０＝１とするには、Ｒｅ（ＹＢ）＝１−０．１−０．１＝０．８である。したがって、Ｒｅ（ＹＢ／Ｙ０）＜０．８である１／４波長層であれば用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】  電気的導電性のよい金属よりなる十字形導体をポリエチレン等の誘電体シートに配列して導体配列シートとし、カーボン粉を主成分とする導電塗料を誘電体シートに塗装して面抵抗が４００［Ω］から４０００［Ω］の導電シート３とし、該導体配列シートと該導電シート３を積層して電波吸収素材Ａを構成する。【００２６】  発泡樹脂等の電波的な損失の小さい誘電体の層を１／４波長層Ｂとして用い、該１／４波長層Ｂの片側の面に金属板を設け、もう一方の面に上記の電波吸収素材を設けて１／４波長形吸収体を構成する。
【実施例】
【００２７】  銀をメッキした太さ１１０μｍの繊維状導体を長さ１２ｍｍに切断した直線状導体を厚み１２０μｍのポリエチレンフィルムに規則的に配列して導体配列シートとした。繊維状導体の横方向の配列間隔は２０ｍｍ、繊維状導体軸方向の配列間隔は３５ｍｍとした。さらに厚み０．２ｍｍのポリエチレンフィルムにカーボンを主成分とする導電塗料を塗装し、面抵抗が６９８［Ω］の導電シートを制作した。上記導体配列シートと上記導電シートを積層し、電波吸収素材とした。【００２８】  厚み７ｍｍの発泡樹脂を１／４波長層として用い、その片面に上記電波吸収素材を装着し、もう一方の面に金属板を装着して、１／４波長形吸収体を構成した。【００２９】  図１２に電波吸収素材表面から見た入力アドミッタンスＹｉｎの測定値を規格化した値であるＹｉｎ／Ｙ０を▲黒四角▼の記号で示す。測定周波数は４ＧＨｚから１２ＧＨｚとした。Ｙｉｎ／Ｙ０は図８のニと同様にチャート中心で取り巻くように変化することがわかる。図１３は図１２に示した特性を反射係数Γに換算して示したものである。ただし、ｄＢの単位で表してある。ｆ０は８ＧＨｚであり、図９に示したニの特性と同様に２つの周波数で反射係数が小さくなる特性を有し、たとえば−１０ｄＢ以下の反射係数になる周波数帯を見ると５ＧＨｚから１２ＧＨｚ以上の周波数帯に渡って実現されており、広帯域で良好な電波吸収性能が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電波吸収素材を構成する導体配列シートの図。
【図２】本発明の電波吸収素材の構成を示す図。
【図３】本発明の電波吸収素材の構成を示す図。
【図４】本発明の電波吸収素材の構成を示す図。
【図５】本発明の電波吸収体の構成を示す図。
【図６】導体配列シートの等価的比誘電率を示す図。
【図７】本発明の電波吸収体の伝送線路的等価回路を示す図。
【図８】本発明の電波吸収体の規格化入力アドミッタンスを示す図。
【図９】本発明の電波吸収体の反射係数を示す図。
【図１０】十字形導体を配列した導体配列シートを示す図。
【図１１】直線状導体をランダムな方向に並べた導体配列シートを示す図。
【図１２】実施例の電波吸収体の規格化入力アドミッタンスを示す図。
【図１３】実施例の電波吸収体の反射係数を示す図。
【符号の説明】
１：  直線状導体
２：  誘電体シート
３：  導電シート
Ａ：  電波吸収素材
Ｂ：  １／４波長層
Ｃ：  金属板
イ：  １／４波長層の規格化入力アドミッタンス
ロ：  １／４波長層に導電シートを装着したときの規格化入力アドミッタンス
ロ‘  １／４波長層に導電シートを装着したときの反射係数
ハ：  １／４波長層に導電シートを装着したときの規格化入力アドミッタンス
ニ：  １／４波長層に本発明の電波吸収素材を装着したときの規格化入力アドミッタンス
ニ‘：１／４波長層に本発明の電波吸収素材を装着したときの反射係数
【図１】
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【図２】
2006203147.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006203147.tif 000015
【図１０】
2006203147.tif 000016
【図１１】
2006203147.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
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