(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＭ波を分散させる導電性双極子を含む吸収性材料に基づいた自由空間吸収器であって、ＥＭ波を反射する導電性基板と、前記吸収器の表面上に配置された導電性グリッドとを含む点において特徴付けられる、吸収器。
【請求項２】
前記吸収性材料は、誘電材料および／または磁気材料および／または磁気誘電材料によって構成される点において特徴付けられる、請求項１に記載の吸収器。
【請求項３】
ＥＭ波を反射する前記基板は、平面状または規則的な空間構造形状である点において特徴付けられる、請求項１または２に記載の吸収器。
【請求項４】
前記導電性双極子は、ＥＭ波を分散する金属および／または非金属アンテナを構成する点において特徴付けられる、請求項１に記載の吸収器。
【請求項５】
前記導電性グリッドは金属または非金属である点において特徴付けられる、請求項１に記載の吸収器。
【請求項６】
前記導電性グリッドは、２次元または３次元構造を有する点において特徴付けられる、請求項１または５に記載の吸収器。
【請求項７】
前記導電性グリッドは、前記吸収性材料の表面上に配置される点において特徴付けられる、請求項１または５または６に記載の吸収器。
【請求項８】
前記導電性双極子は、前記吸収性材料中に確率的にまたは非確率的に分配される点において特徴付けられる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の吸収器。
【請求項９】
前記導電性双極子は、均一または不均一な寸法および形状を有する点において特徴付けられる、請求項１〜８のいずれか１つに記載の吸収器。
【請求項１０】
前記吸収器は、前記吸収性材料の下側に配置された誘電材料層を含む点において特徴付けられる、請求項１に記載の吸収器。
【請求項１１】
前記誘電材料層は、ＥＭ波を分散させる導電性双極子を含む点において特徴付けられる、請求項１０に記載の吸収器。
【請求項１２】
前記誘電材料層中に含まれるＥＭ波を分散させる前記導電性双極子は、確率的にまたは非確率的に分配された、ＥＭ波を分散する金属および／または非金属アンテナを構成し、均一または不均一な寸法および形状を有する点において特徴付けられる、請求項１１に記載の吸収器。
【請求項１３】
減衰材料によって構成されたさらなる空間要素をさらに含む点において特徴付けられる、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の吸収器。
【請求項１４】
前記減衰材料として、前記吸収性材料と異なる磁気および誘電パラメータを有する誘電または磁気減衰材料が用いられる点において特徴付けられる、請求項１３に記載の吸収器。
【請求項１５】
前記減衰材料によって構成された空間要素は、前記吸収性材料内に配置される点において特徴付けられる、請求項１３又は１４に記載の吸収器。
【請求項１６】
前記空間要素は誘電層上に配置される、点において特徴付けられる、請求項１３〜１５のいずれか１つに記載の吸収器。
【請求項１７】
前記空間要素は過剰な吸収性質量によって被覆される点において特徴付けられる、請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の吸収器。
【請求項１８】
前記吸収器は、前記導電性基板を前記吸収性材料から分離させる誘電材料層を含む点において特徴付けられる、請求項１〜１７のいずれか１つに記載の吸収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の目的は、ＥＭ波を反射する金属ミラーの形態をした導電性基板上に配置された、電磁（ＥＭ）波のエネルギー吸収器の効率を向上させる広帯域自由空間吸収器である。
吸収器の表面上に、電磁（ＥＭ）波エネルギーを吸収する材料の効率を顕著に向上させる導電性グリッドが配置される。
この吸収器は、例えば、外部から設備／施設を貫通する電磁波（例えば、ＨＰＭ（高出力マイクロ波）などの種類のパルスなど）から設備／施設を保護し、これらの設備から退出または「漏洩」するＥＭ波（データキャリア）から保護する。
【０００２】
本発明による自由空間吸収器は、特殊な要素、金属ファイバー（双極子）の電磁（ＥＭ）波を吸収する質量（例えば、内部のこれらの波を分散させるワイヤの形態のもの）への導入と、吸収器の構造そのものとに関する。
このような吸収器上に入射するＥＭ波の分散は、導電性ファイバー（双極子）上で発生する、（ファイバーの長さに起因する）多様な周波数の第２のＥＭ波によるため、吸収器を通過するのではなく吸収器に沿って伝播する可能性が極めて高くなり、その結果、さらなる吸収が促進される。
本発明による吸収器は、ＥＭ波吸収の効率および有効性を向上させる。
文書ＵＳ５６６１４８４から、「導電性充填材」、「双極子」として記述される所定のサイズ、厚さおよび形状の導電体、グラファイト、ニッケルまたはステンレススチールのランダム分配されたファイバーを含む誘電材料が公知である。この材料は、広範囲の周波数のレーダー波の吸収のみに用いられる。
文書ＵＳ４６０６８４８Ａから、電磁放射を分散させる沈下導電体ファイバーを含む「双極子」と呼ばれる塗料が公知である。
文書２００４００２０６７４から、例えば、吸収器のファイバーまたは顆粒の充填を用いた吸収器／導電体；吸収器／導電体／誘電フィラー、吸収器／導電体／誘電フィラーの複合材料の構成が記載されている。
明細書ＵＳ３５２６８９６Ａから、２つの層から構成された吸収性材料が公知である。これら２つの層のうち、結合剤および吸収性顆粒によって構成された吸収性層は、高導電性金属または導電性ポリマーを使用して生成された沈下双極子も含み得る。
文書ＵＳ６８６９６８３から、（粒子直径が０．１μｍ〜約１００μｍの粉末の形態の）シリコーン樹脂中に分散された導電性フィラーを有する電磁波を反射する層が公知である。この記載（実施形態）からのフィラー：金属ベースフィラーは、粉末、フレークまたはファイバーの形態のアルミニウム、亜鉛、鉄、銅、ニッケル、銀、金、パラジウムおよびステンレススチールを含む。
文書ＷＯ／２００４／０７９８６２において、電流の流量を制限することが可能な材料としてのカーボンファイバー、チョップトカーボンファイバーまたはガラスファイバーの吸収器の使用についての記載がある。これらのファイバーは、ランダム分配されている。
出願ＵＳ２００７００５２５７５において、粉末、微粉末、塊、ナップ、面状構造またはファイバーの形態であり得る導電性材料についての記載がある。この導電性材料はカーボンベース材料であってよく、これらの例としては、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、カーボングラファイトおよびフラーレンを含む。
本発明の本質は、ＥＭ波を分散させる導電性双極子を含む吸収性材料に基づいた自由空間吸収器であり、ＥＭ波を反射する導電性基板と、吸収器の表面上に配置された導電性グリッドとを含む点において特徴付けられる。
好適には、吸収性材料は、誘電材料および／または磁気材料および／または磁気誘電材料によって構成される。
好適には、ＥＭ波を反射する基板は、面状または規則的な空間構造形状にされる。
好適には、導電性双極子は、ＥＭ波を分散する金属および／または非金属アンテナを構成する。
好適には、導電性グリッドは、金属または非金属である。
好適には、導電性グリッドは、２次元または３次元の構造を有する。
好適には、導電性グリッドは、吸収性材料の表面上に配置される。
好適には、導電性双極子は、吸収性材料中に確率的にまたは非確率的に分配される。
好適には、導電性双極子は、均一なまたは不均一な寸法および形状を有する。
好適には、吸収器は、吸収性材料の下側に配置された誘電材料の層を含む。
【０００３】
好適には、誘電材料層は、ＥＭ波を分散させる導電性双極子を含む。
好適には、誘電材料層中に含まれるＥＭ波を分散させる導電性双極子は、確率的にまたは非確率的に分配された、ＥＭ波を分散する金属および／または非金属アンテナを構成する。これらは、均一なまたは不均一な寸法および形状を有する。
好適には、吸収器は、減衰材料によって構成されたさらなる空間要素をさらに含む。
好適には、減衰材料として、吸収性材料と異なる磁気および誘電パラメータを有する誘電または磁気減衰材料が用いられる。
好適には、減衰材料によって構成された空間要素は、吸収性材料内に配置される。
好適には、空間要素は、誘電層上に配置される。
好適には、空間要素は、過剰な吸収性質量で被覆される。
好適には、吸収器は、導電性基板を吸収性材料から分離させる誘電材料層を含む。
【０００４】
本発明による自由空間吸収器は、特定の磁気および誘電性質を有する（好適には広範囲の周波数において最大限の損失を有する）物質によって構成された吸収器上に入射する所定長さの波が、部分的反射後、内部に進入すると、およそ導電性のミニアンテナを構成する確率的に分配された金属ファイバーに遭遇し、その結果、この波を吸収する質量内において複数の方向に既に新規波の形態で分散する点において特徴付けられる。
吸収器の質量全体における吸収を向上させるさらなる要素は、従来の金属平坦ミラーの形態をしたＥＭ波を反射する導電性基板の使用である。この従来の金属平坦ミラーから、分散波が反射され、吸収性質量によってさらに吸収される。
分散金属ファイバーを含む吸収器の外面上において、金属空間２Ｄ（例えば、グリッド）または３Ｄ（例えば、クレート）要素（すなわち、吸収器上に入射する波を反射および分散する規則的な分配構造を有する要素）が配置される。
この層は、吸収器中の奥深くに貫通する波またはパルス（例えば、ＨＰＭ）に対する第１のバリアとして取り扱われ得る。
【０００５】
好適な実施形態において、懸濁している金属導電性ファイバーによる吸収器の質量全体における分散波吸収を向上させるために、従来の平面状金属ミラーではなく、適切に形成されたミラー（例えば、ピラミッドの形態のもの）が用いられ、これにより、今回は位相特性を有するが吸収器内にある分散波のさらなる減衰が得られる。
【０００６】
別の実施形態においては、波吸収器中に分散された波の減衰のさらなる効果が提供されるものであり、平坦な金属ミラー上に配置され、吸収器の吸収性材料と異なる減衰パラメータ（異なるμ’、μ”、ε’およびε”値）を有する吸収性質量によって構成され、この質量中に埋設された３次元空間要素が用いられる。
記載の場合において、以下が得られる；
―適切に形成された要素の表面からの吸収器の一次吸収性質量中のファイバーによって分散された波を反射するさらなる表面であって、これにより、吸収器質量中における減衰効果だけでなく、これらの反射波の減衰効果もさらに得られる。
さらに、
―内部と異なる減衰パラメータを有する空間要素の表面を貫通した波が、それらを構成する材料によって吸収され、金属ファイバーによる他の別の分散後（ただし、これらの要素中に金属ファイバーが存在する場合）、
―さらに、平坦金属ミラーにより空間減衰要素中に分散された波の反射により、さらなる吸収が促進される。
【０００７】
吸収器質量全体に分配された波の吸収を向上させる本発明による別の解決法は、吸収性質量ではなく金属ミラーの形態の導電性基板内に配置された誘電層へＥＭ波を分散させる導電性ファイバーを導入し、これにより、このミラーが質量から分離される。
吸収性質量を金属ミラーから吸収器構造へ分離させる誘電層の導入は、自由空間吸収器内を通過する波を反射するさらなる表面の生成を目的とする。
その結果、導電性ファイバーの誘電層への導入は、吸収性材料について述べたのと同様な意味を有する。すなわち、金属ミラーおよび特定の吸収器質量の表面からの反復的反射の同時可能性と、吸収性質量中への波の減衰および再進入の可能な効果とによる波の伝播方向の変化を可能にする。
【０００８】
吸収性質量として、高損失を有する（ここでは、電気成分のみを吸収する）誘電物質と、磁気側および誘電側双方上において損失を示す（ここで、ＥＭ場の双方の成分の吸収）磁気材料とが用いられ得る。
もちろん、損失の多い磁気性質を示す材料および物質を用いることが推奨される。
一般的に用いられる自由空間吸収器（減衰材料（例えば、フェライト粉末またはグラファイト）が任意選択的に含浸されたポリマ形状ブロック）の先行技術の解決法において、主にその形状そして少ない程度ではあれ材料の吸収性がその有効性に貢献する。
固体フェライトによって構成形成されたブロックは、減衰における役割はそれほど大きくないものの、高コスト、脆弱性および比重に起因してあまり用いられない。
提案の解決法は、保護された設備および施設内を貫通するＥＭ波およびパルス（例えば、ＨＰＭ）の減衰時において、その特定の形状および特定の吸収性材料の使用により自由空間吸収器の有効性を顕著に向上させ、ＥＭ波がこれらの設備から出ていくことを回避する。
本明細書中に開示される自由空間吸収器を生成するための文書ＧＢ２３７９３３１Ａ中に記載の広帯域磁気材料の使用は、技術的観点および経済的観点双方から最も合理的かつ好適であるように見える。
これは、遠隔ｋＨｚ〜数十ＧＨｚの広周波数帯において減衰性を示す新世代の複合磁気材料である。これらは、固体フェライトよりもずっと低密度であり、液体、発泡体、接着剤、封止剤、塗料、プラスチック、可撓性から固形の硬質質量などの物理的形態をとり得る。
これらは、押し出し可能であってもよいし、あるいは押し出し不可能であってもよい。
【０００９】
吸収性材料は、
―適切なε’およびε”値によって特徴付けられるＥＭ波の電気成分の高損失を有する誘電材料と、
―ＥＭ波の磁気および電気成分双方の高損失を有する磁気材料であって、適切なμ’、μ”およびε’、ε”値によって特徴付けられる、磁気材料と、
の双方であり得る。ここで、磁気誘電材料が好適に用いられる。
【００１０】
導電性材料によって構成された空間的に形成された材料は、μ’、μ”、ε’およびε”パラメータのみが異なる類似の材料によって構成される。
【００１１】
金属アンテナの形態の導電性双極子は、吸収性材料中に確率的に分配されるべきであり、多様な長さおよび形状（針、リングなど）を持つべきである。
自由空間吸収器は、以下の双方によって構成され得る。
―プレート、ストリップ、テープなどの形状であり、有効性および動作範囲の観点から選択されたＥＭ波のエネルギーを吸収する厚さおよび材料組成を有する物質、硬質または可撓性の平坦構造、
―有効性および動作範囲の観点から選択されたＥＭ波エネルギーを吸収する物質の形状、サイズおよび材料組成の硬質または可撓性の空間構造（ピラミッド、クレート、トーラス）。
【００１２】
自由空間吸収器の表面は、規則的な形状のメッシュおよび２次元または３次元の幾何学的構造の金属グリッドにより被覆される。
さらに、主に平坦な吸収器の場合において、吸収器の減衰効果を顕著に増加させるために、金属ミラーは、例えば適切に選択された寸法のピラミッドなどの例えば規則的に分配された空間構造の形態をとり得る。
さらに、吸収器は、吸収性材料の一次層と異なる減衰性質を有する吸収性材料によって構成され得る空間構造を含み得る。
好適な実施形態において、これらの要素は、誘電層に固定され、一次吸収性（減衰）質量に埋設される。
好適な実施形態において、適切に選択された厚さを有する誘電体によって構成された平坦層を用いることができ、これが金属ミラーの形態の平坦な導電性基板上に配置される。これにより、平坦構造または空間構造の形態で形成された誘電または磁気誘電減衰質量からこのミラーを分離させる。
これらは、構造内に確率的に分配された金属ファイバー（双極子）も含み得る。
好適な実施形態において、適切に選択された厚さを有する誘電体によって構成された平坦層が用いられ得る。
誘電層は、構造内に確率的に分配された金属微細双極子を含んでもよいし、含まなくてもよいため、極めて有利である。
【００１３】
本発明は、以下および図面中の実施形態中により詳細に記載される。図１は、金属グリッドが表面上に載置され、平坦な金属ミラーの形態の導電性基板上に、金属双極子が内部において懸濁した吸収性質量が配置されて構成された自由空間吸収器を示す。図２は、金属グリッドが表面上に載置され、ピラミッド形状の金属ミラーの形態の導電性基板上に、金属双極子が内部において懸濁している吸収性質量が配置されて構成された自由空間吸収器を示す。図３は、金属グリッドが表面上に載置され、ピラミッド形状の空間要素を含む平坦な金属ミラーの形態の導電性基板上に、金属双極子が内部において懸濁している吸収性質量が配置されて構成された自由空間吸収器を示す。図４は、金属グリッドが表面上に載置され、金属ミラーの形態の導電性基板から質量を分離させる誘電層上において、金属双極子が内部において懸濁している吸収性質量が分配されて構成された自由空間吸収器を示す。図５は、金属グリッドが表面上に載置され、金属ミラーの形態の平坦な導電性基板上に配置されたピラミッド状空間要素を含む誘電層上に、金属双極子が内部において懸濁している吸収性質量が分配されて構成された自由空間吸収器を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
図１〜５の説明：
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【００１５】
例１
金属ミラーの形態の導電性基板上に配置された、金属双極子が確率的に懸濁している吸収性材料によって構成された平坦な吸収器。吸収器の表面上に、規則的な形状のメッシュおよび２次元または空間（２Ｄまたは３Ｄ）幾何学的構造の金属グリッドが配置される。
【００１６】
例２
例１と同様に、規則的に分配された空間構造（例えば、適切に選択されたサイズのピラミッド）の形状の金属ミラーの形態の導電性基板上に平坦な吸収器を配置する。吸収器の表面上に、メッシュおよび２次元または空間（２Ｄまたは３Ｄ）の幾何学的構造の規則的な形状の金属グリッドが配置される。
【００１７】
例３
今まで用いられるもの以外のＥＭ波を減衰させる質量によって構成されたピラミッド形状の空間要素が接着された金属ミラーの形態の導電性基板を含む平坦な吸収器であり、これにより、これらの要素から、金属双極子が確率的に懸濁した前に用いられた吸収性材料内に沈下した規則的な空間構造を形成する。吸収器の表面上に、メッシュおよび２次元または空間（２Ｄまたは３Ｄ）幾何学的構造の規則的な形状の金属グリッドを配置する。
【００１８】
例４
例１と同様に、金属双極子が内部において懸濁している吸収性材料によって構成される平坦な吸収器を、金属ミラーの形態の導電性基板から分離させる誘電層上に配置する。吸収器の表面上に、規則的な形状のメッシュおよび２次元または空間（２Ｄまたは３Ｄ）幾何学的構造の金属グリッドを配置する。
【００１９】
例５
例１と同様に、誘電層から構築された平坦な吸収器を、これまで用いられたもの以外のＥＭ波を減衰させる質量によって構成されるピラミッド形状の要素が接着された金属ミラーの形態の平坦な導電性基板上に配置し、これにより、これらの要素から、内部に金属双極子が確率的に懸濁している前に用いられた吸収性材料中において沈下した規則的な空間構造を形成する。吸収器の表面上において、メッシュおよび２次元または空間（２Ｄまたは３Ｄ）幾何学的構造の規則的な形状の金属グリッドが配置される。
【００２０】
本発明による吸収器において用いられる減衰材料は、適切な物理的な性質によって特徴付けられるべきである。すなわち、その基本的な物理的状態または／およびその作製方法により、十分な数の金属双極子の導入と、適切な形状のブロック／平坦構造（例えば、プレートまたは空間構造（例えば、ピラミッド、クレート、キューブなど））のより容易な形成とが可能になるべきである。
その結果、今まで従来の吸収性材料、として用いられてきた公知の物質、例えば、フェロ磁性およびフェリ磁性金属またはそれらの合金や固体フェライトの量が、それらの高温形成プロセスに起因して、大幅に制限される。
そのため、導電性双極子を含む吸収性質量は、
―双極子の導入段階および最終製品段階において非干渉性の構造（例えば、押し出し可能、混和性）を持つこと、または、
―双極子との混合段階において非干渉性の構造を持ちつつ、化学プロセスまたは物理的処理により、これらの双極子を減衰質量に導入してから特定時間後に密着を達成すること、
が必要である。
【００２１】
このような特性は、通常、金属粉末、フェライト粉末およびフェリ磁性およびフェロ磁性を有する他の化合物またはポリマー結合剤と均一的に結合したそれらの混合物を用いた複合磁気材料によって示される。
その結果、吸収性の形状ブロック（例えば、ピラミッド、クレート）は、ほぼ可干渉性および可干渉性の一致の双方を持ち得、例えば以下により形成され得る。
―固体フェライト
―固体磁気金属および金属合金
―化学的かつ熱的に硬化可能なポリマーを用いて得られる固体複合材料
―圧縮によって得られる固体複合材料。
【００２２】
しかし、最も重要なことは、これらが、自由空間吸収器を形成する一次減衰材料と異なる誘電および磁気性質を持つ必要があることである。
既に強調したように、これらの形状のブロックは、導入された双極子を分散させる金属も含み得る。
【００２３】
空間要素の形状、サイズおよび材料組成は、通常は所与のＥＭ波周波数範囲における反射性（−ｄＢ）の単位で表される最も有効な吸収効果が得られるように、シミュレーション分析に基づいて選択され得る。
さらなる減衰材料から形成された空間要素の目的は、第２の「内部」（この場合は「幾何学的」吸収器）の特定の形状の表面上において吸収性材料中に吸収されていない波をさらに「減衰させる」ことである。
吸収器の一次質量と異なる減衰材料から形成された形状ブロックの場合、その表面は、空気中の幾何学的自由空間吸収器の表面と同様に機能し、その違いは、空気の代わりに減衰質量が存在することである。
さらに、金属ミラーの形態の導電性基板の表面を選択された厚さおよび誘電パラメータ（ε’およびε”）の誘電層で被覆することにより、ＥＭ波が上側吸収性層（吸収性質量または吸収性質量＋空間減衰要素）を通過して吸収器上に入射すると、誘電層を通って金属ミラーの形態の導電性基板に到達し、このミラーから反射され、減衰層（吸収性材料または空間減衰要素）に戻り、表面からの偏向および反射の第２のプロセスを受け、部分的にそれらに進入した後、金属双極子上において減衰質量中における別の第２の吸収と共に別の分散プロセスを受ける。
【００２４】
金属双極子を誘電層へ確率的に導入することは、極めて有利である。
上記の吸収器によるこのような解決法により、特定の長さ範囲内における波の減衰効果が倍増する。
自由空間吸収器において用いられる金属グリッドは、規則的なまたは不規則な形状のメッシュを持ち得、ほぼ平坦の構造を持ち得るか、または、極めて有利にはハニカムなどの空間構造を持ち得る。
上記において詳述した解決法は、減衰質量中における金属双極子の使用と、吸収器そのものの構造との双方に関連し、厚さから独立した平坦構造を有する自由空間吸収器の例に基づく。
【００２５】
本発明による吸収器が十分な様態で動作する電磁波の周波数範囲は、以下の要素に左右される：
―元々の吸収器の形状―平坦、空間、
―寸法（主に厚さ）、
―吸収性材料と、および空間要素の作製のための材料（すなわち、吸収性材料中に沈下した分散および減衰、磁気および誘電形状のブロック）との双方として用いられる物質の減衰性質（有効性）（すなわち、磁気および誘電通過性パラメータの値）（μ’、μ”およびε’、ε”）、
―減衰質量または間隔空け誘電体層中の、ＥＭ波を分散させる金属双極子の濃度、長さおよび形状
―空間要素の形状および寸法、
―誘電層の厚さ。
【００２６】
本発明による吸収器の動作を確認する試験を行った。測定は、マイクロ波反射計測法により行った。「マイクロ波反射計ＰＲ−１７」（Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ  Ｗａｖｗ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｉｎｃ．）を測定に用いた。Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｎｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙにおいてデバイスを較正した。試験表面から反射された放射強度を基準と比較して測定することにより、減衰を決定した。
【００２７】
プレート厚さ：
基準プレート：アルミニウム０．３ｍｍ＋磁気層０．８ｍｍハニカムプレート：０．５ｍｍワイヤグリッドプレート：０．３〜０．５ｍｍ
【００２８】
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【００２９】
0006560576.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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