(57)【要約】【課題】製造および使用がより簡単であり、かつ、特性を損なうことなく、適合した面上で使用可能な電磁吸収体を提供する。【解決手段】本発明は、電磁吸収体（１）に関する。電磁吸収体（１）は、金属接地板（２）と、前記金属接地板上に配置されている絶縁誘電基板（３）と、前記絶縁誘電基板上に配置されている１組の金属共振要素（４）であって、共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の寸法を適合させることによって調整され、前記１組の共振要素は、寸法が異なる共振要素を含み、異なる電磁共振周波数を近接させることによって、所定の電磁吸収バンドを生成することができるようになっている１組の金属共振要素とを備えている。複数の金属共振要素によって形成される基本パターンは、周期的に置き換えることができる。【選択図】図１
2015534760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁吸収体（１）であって、
−金属接地板（２）と、
−前記金属接地板上に配置されている絶縁誘電基板（３）と、
−前記絶縁誘電基板上に配置されている１組の金属共振要素（４）であって、共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の寸法を適合させることによって調整され、前記１組の共振要素は、寸法が異なる共振要素を含み、異なる電磁共振周波数を近接させることによって、所定の電磁吸収バンドを生成することができるようになっている１組の金属共振要素とを備えていることを特徴とする電磁吸収体。
【請求項２】
寸法が異なるいくつかの共振要素を含んでいる基本パターンは、前記絶縁誘電基板上において、周期的に繰り返されていることを特徴とする、請求項１に記載の電磁吸収体。
【請求項３】
共振要素は、正方形、長方形、多角形または円形であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁吸収体。
【請求項４】
前記絶縁誘電基板は、前記所定の電磁吸収バンドの電磁共振周波数および／または所望の吸収レベルによって決まる厚さを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁吸収体。
【請求項５】
正方形の共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の１辺の長さを、下式のように、適合させることによって、調整される：
【数１】
2015534760.tif 000011
ここで、
ｆｒは、前記共振要素の０次電磁共振周波数を示し、
ｃ０は、真空中の光の速度を示し、
μｒは、前記誘電基板の比透磁率を示し、
εｒは、前記誘電基板の誘電率を示し、
Ｌ’は、前記共振要素の１辺の長さを示す、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁吸収体。
【請求項６】
円形の共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の半径を、下式のように、適合させることによって、調整することができる：
【数２】
2015534760.tif 000012
ここで、
ｆ（０）は、前記共振要素の０次電磁共振周波数を示し、
ａは、前記共振要素の半径を示し、
ｃ０は、真空中の光の速度を示し、
ｚ０＝１．８４１は、第１種ベッセル関数Ｊ１（ｚ）の第１の最大値を示し、
μｒは、前記誘電基板の比透磁率を示し、
εｒは、前記誘電基板の誘電率を示し、
μ＝μｒμ０
ε＝εｒε０
μ０＝４π．１０−７Ｈ／ｍ
ε０＝８．８５４１８７×１０−１２Ｆ／ｍである、
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁吸収体。
【請求項７】
積層した数層の吸収層を備え、各吸収層は、１組の金属共振要素（４）を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁吸収体。
【請求項８】
電磁吸収体を製造する方法であって、
−金属接地板上に、絶縁誘電基板を配置する工程と、
−前記絶縁誘電基板上に、１組の金属共振要素を配置する工程であって、共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の寸法を適合させることによって調整され、前記１組の共振要素は、寸法が異なる共振要素を含み、異なる電磁共振周波数を近接させることによって、所定の電磁吸収バンドを生成することができるようになっている工程とを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板上に配置されている１組の金属要素を備えている電磁吸収体が記載されている。電気指令を用いて、半導体基板の導電率を調節することによって、吸収体の電磁吸収バンドを調整することができる。
【０００３】
特許文献１に記載の電磁吸収体の１つの欠点は、電気指令を用いる必要があるため、その製造および使用が複雑であることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１７５６７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、製造および使用がより簡単で、かつ、特性を損なうことなく、適合した面上で使用可能な電磁吸収体が必要とされている。本発明は、このような状況に対処することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これを目的として、本発明は、
−金属接地板と、
−前記金属接地板上に配置されている絶縁誘電基板と、
−前記絶縁誘電基板上に配置されている１組の金属共振要素であって、共振要素の電磁共振周波数は、この共振要素の寸法を適合させることによって調整され、前記１組の共振要素は、寸法が異なる共振要素を含み、異なる電磁共振周波数を近接させることによって、所定の電磁吸収バンドを生成することができるようになっている１組の金属共振要素とを備えていることを特徴とする電磁吸収体を提供するものである。
【０００７】
このように、本発明による電磁吸収体によれば、必要な電磁吸収バンドを受動的に得ることができる。従って、この電磁吸収体は、実現が簡単である。
【０００８】
本発明の実施形態においては、寸法が異なるいくつかの共振要素を含んでいる基本パターンは、前記絶縁誘電基板上において、周期的に繰り返されている。
【０００９】
共振要素は、例えば、正方形、長方形、多角形または円形でもよい。
【００１０】
前記絶縁誘電基板の厚さは、前記与えられた電磁吸収バンドの電磁共振周波数および／または所望の吸収レベルによって決めることができる。
【００１１】
正方形の共振要素の電磁共振周波数は、この共振要素の１辺の長さを、下式のように、定めることによって、調整することができる：
【数１】
2015534760.tif 000003
ここで、
ｆｒは、前記共振要素の０次電磁共振周波数、
ｃ０は、真空中の光の速度、
μｒは、前記誘電基板の比透磁率、
εｒは、前記誘電基板の比誘電率、
Ｌ’は、前記共振要素の１辺の長さを示す。
【００１２】
円形の共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の半径を、下式のように、適合させることによって、調整することができる：
【数２】
2015534760.tif 000004
ここで、
ｆ（０）は、前記共振要素の０次電磁共振周波数、
ａは、前記共振要素の半径、
ｃ０は、真空中の光の速度、
ｚ０＝１．８４１は、第１種ベッセル関数Ｊ１（ｚ）の第１の最大値、
μｒは、前記誘電基板の比透磁率、
εｒは、前記誘電基板の比誘電率、
μ＝μｒμ０
ε＝εｒε０
μ０＝４π．１０−７Ｈ／ｍ
ε０＝８．８５４１８７×１０−１２Ｆ／ｍである。
【００１３】
前記電磁吸収体は、さらに、積層した数層の吸収層を備え、各吸収層は、１組の金属共振要素を含んでいてもよい。
【００１４】
本発明は、また、電磁吸収体を製造する方法であって、
−金属接地板上に、絶縁誘電基板を配置する工程と、
−前記絶縁誘電基板上に、１組の金属共振要素を配置する工程であって、共振要素の電磁共振周波数は、該共振要素の寸法を適合させることによって調整され、前記１組の共振要素は、寸法が異なる共振要素を含み、異なる電磁共振周波数を近接させることによって、所定の電磁吸収バンドを生成することができるようになっている工程とを含むことを特徴とする方法を提供するものである。
【００１５】
また、本発明の上記以外の特徴と利点は、以下の説明を読むことにより、明瞭になると思う。なお以下の説明は、単なる例示であって、添付図面を参照して行うものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による電磁吸収体の斜視図である。
【図２】図１の電磁吸収体の一部の斜視図である。
【図３】図２の電磁吸収体の一部の断面図である。
【図４】入射電磁波の周波数に応じて、図２および図３の電磁吸収体の一部に入射する電磁波の反射係数を示すグラフである。
【図５】図１の電磁吸収体の基本パターンの拡大図である。
【図６】入射電磁波の周波数の関数として、図１の電磁吸収体に入射する電磁波の反射係数を示すグラフである。
【図７】電磁吸収体が、積層した数層の吸収層を備える、他の実施形態による電磁吸収体の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による電磁吸収体の製造方法における工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による電磁吸収体１を示す。ここで、電磁吸収体１は、平坦な形状を有する。変形例として、電磁吸収体１は、湾曲形を有し、任意の曲率のシステムに組み込めるようになっていてもよい。
【００１８】
直交基準フレーム（０，Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定めるが、そのＸ軸およびＹ軸は、電磁吸収体１の平面内にあり、Ｚ軸は、吸収体１の平面に対して垂直である。
【００１９】
図２および図３は、それぞれ、電磁吸収体１の一部を示す斜視図および断面図である。
【００２０】
電磁吸収体１は、金属接地板２を備えている。
【００２１】
また電磁吸収体１は、接地板２上に配置されている絶縁誘電基板３を備えている。基板３は、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材（ＦＲ４エポキシ）からなっている。
【００２２】
電磁吸収体１は、また、誘電基板３上に配置されている１組の金属共振要素４を備えている。共振要素４は、例えば、銅からなっている。各共振要素４は、任意の形状、例えば、多角形または円形でもよい。
【００２３】
図１に示す電磁吸収体１は、正方形の共振要素４と、長方形の共振要素４とを備えている。図２および図３に示す電磁吸収体１の一部は、１つの正方形の共振要素４を含んでいる。
【００２４】
共振要素４の共振周波数は、特に、共振要素４の寸法および誘電基板３の厚さに依存している。吸収レベルは、特に、誘電基板３の厚さおよび１組の共振要素４の周期性に依存している。
【００２５】
例えば、正方形の共振要素４の場合、共振要素４の電磁共振周波数は、共振要素４の１辺の長さＬ’を、下式のように、定めることによって、調整することができる：
【数３】
2015534760.tif 000005
ここで、
ｆｒは、共振要素４の０次電磁共振周波数、
ｃ０は、真空中の光の速度、
μｒは、誘電基板の比透磁率、
εｒは、誘電基板３の比誘電率、
Ｌ’は、共振要素４の１辺の長さを示す。
【００２６】
上式によって、電磁共振周波数を数％以内に調整することができる。
【００２７】
共振要素４の電磁共振周波数は、長さＬ’が共振要素４の１辺の長さの近似であることを考慮し、かつ、共振要素４の１辺の長さＬを、下式のように、適合させることによって、より精密に調整することができる：
【数４】
2015534760.tif 000006
上式により、下式が得られる。：
【数５】
2015534760.tif 000007
【数６】
2015534760.tif 000008
ここで、
Ｗは、共振要素４の幅を示し（すなわち、正方形の共振要素の場合、Ｗ＝Ｌ’）、
ｈは、誘電基板３の厚さを示し、
εｒｅｆｆは、下式の通りである。
【数７】
2015534760.tif 000009
【００２８】
図４は、入射電磁波の周波数の関数として、正方形の共振要素４の無限アレイに入射する電磁波の反射係数の計算結果を表す曲線を示す。
【００２９】
ここで、各共振要素４は、１辺が７ｍｍの正方形である。従って、アレイは、周期的であり、Ｘ−Ｙ平面方向の周期が８ｍｍの１組の同じ共振要素４によって形成されている。基板３は、厚さ０．３ｍｍのＦＲ４エポキシ基板である。Ｚ方向に伝播する入射電磁波は、考慮されている。
【００３０】
図４において、電磁吸収体１の一部は、１００％未満の反射であるので、およそ９．４５ＧＨｚの周波数の吸収であり、これは、共振要素４の共振周波数に相当することが認められる。吸収は、共振要素４の共振周波数で、共振要素４のプラズモン共鳴効果によって行われる。
【００３１】
円形の共振要素４の場合、電磁共振周波数は、該共振要素４の半径を、下式のように適合させることによって、調整することができる：
【数８】
2015534760.tif 000010
ここで、
ｆ（０）は、共振要素の０次電磁共振周波数を示し、
ａは、共振要素４の半径、
ｃ０は、真空中の光の速度、
ｚ０＝１．８４１であって、第１種ベッセル関数Ｊ１（ｚ）の第１の最大値を示し、
μｒは、誘電基板の比透磁率を示し、
εｒは、誘電基板の比誘電率を示し、
μ＝μｒμ０
ε＝εｒε０
μ０＝４π．１０−７Ｈ／ｍ
ε０＝８．８５４１８７×１０−１２Ｆ／ｍである。
【００３２】
図１に示すように、吸収体１の１組の共振要素４は、寸法および／または形状が異なる共振要素４を含んでいる。このように、種々の共振要素４の電磁共振周波数を近接させることによって、１つ以上の電磁吸収バンドを得ることができる。
【００３３】
寸法および／または形状が異なるいくつかの共振要素４を、基板３上に配置することによって、１つ以上の所定の電磁吸収バンドを含んでいる基本パターンＭＥを形成することができる。
【００３４】
図５は、図１の基本パターンＭＥを拡大して示す。この基本パターンＭＥは、１辺の長さがＬａの正方形の共振要素４ａを４つ、縦Ｌｂ×横Ｉｂの長方形の共振要素４ｂを４つ、１辺の長さがＬｃの正方形の共振要素４ｃを４つ、縦Ｌｄ×横Ｉｄの長方形の共振要素４ｄを４つ、１辺の長さがＬｅの正方形の共振要素４ｅを４つ、縦Ｌｆ×横Ｉｆの長方形の共振要素４ｆを４つ、１辺の長さがＬｇの正方形の中心共振要素４ｇを１つ含んでいる。
【００３５】
基本パターンＭＥは、絶縁誘電基板３の全面にわたって、または、絶縁誘電基板３の表面の一部において、周期的に繰り返すことができる。周期的な繰り返し回数は、吸収を行いたい面によって決まる。
【００３６】
図６は、入射電磁波の周波数の関数として、図１の電磁吸収体１に入射する電磁波の反射係数を示すグラフである。
【００３７】
曲線Ｃｓは、シミュレーションによって得られ、曲線Ｃｍは、測定によって得られたものである。−１０ｄＢに固定されている最小吸収閾値は、考慮されている。従って、図６において、第１の吸収バンドは、およそ７ＧＨｚの周波数であり、第２の吸収バンドは、１２．５〜１４．３ＧＨｚの周波数範囲であることが認められる。
【００３８】
上記の受動メタマテリアルを有する電磁吸収体１は、軽量、薄型で、適合性があるという利点がある。そのため、大きな周波数帯域、および広範囲な入射角にわたって、偏光に依存しない同じ作用が得られる。
【００３９】
電磁吸収体１は、また、それを較正する波長λと比較して、厚さが非常に薄い。従って、およその厚さがλ／４５の簡単な構造の吸収バンドを実現することができる。例えば、２．２４ｃｍの波長の場合、吸収体１の厚さは、約０．５ｍｍである。
【００４０】
厚さが非常に小さいので、波長よりも小さい厚さの同じ層の積層体を用いて、吸収を大きくすることができる。すなわち、吸収体１は、さらに、積層した数層の吸収層を備え、各吸収層は、１組の金属共振要素４を含んでいる。
【００４１】
図７は、積層した４層の吸収層を備えている吸収体１の実施形態の一例を示す。ここで、電磁吸収体１は、第１の絶縁誘電基板３１が配置されている接地板２を備えている。第１の組の金属共振要素４１は、第１の誘電基板３１上に配置されている。第２の誘電基板３２は、第１の組の共振要素４１上に配置されている。第２の組の金属共振要素４２は、第２の誘電基板３２上に配置されている。第３の誘電基板３３は、第２の組の共振要素４２上に配置されている。第３の組の金属共振要素４３は、第３の誘電基板３３上に配置されている。第４の誘電基板３４は、第３の組の共振要素４３上に配置されている。第４の組の金属共振要素４４は、第４の誘電基板３４上に配置されている。
【００４２】
吸収層の積層数は、必要な吸収によって決まるが、これに限定されない。
【００４３】
さらに、吸収体１の厚さが小さいので、曲率半径が小さい回転面上に、適合する吸収体１を形成することができる。
【００４４】
電磁吸収体１は、主に、電磁適合性の分野で利用することができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による電磁吸収体１の製造方法の工程を説明している。
【００４６】
ステップＳ１で、金属接地板２上に、絶縁誘電基板３を配置する。基板３は、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂複合材（ＦＲ４エポキシ）である。
【００４７】
ステップＳ２で、絶縁誘電基板３上に、１組の金属共振要素４を配置する。上記のように、１つ以上の必要な電磁吸収バンドに応じて、共振要素４の寸法を適合させる。
【００４８】
本発明の方法によると、特に、吸収体の製造が簡単となるので、製造コストが低減される。
【００４９】
本発明は、当然、上記例示の実施形態に限定されるものではなく、他の変形例にも及ぶものである。
【符号の説明】
【００５０】
１  電磁吸収体
２  金属接地板
３  絶縁誘電基板３
３１  第１の誘電基板
３２  第２の誘電基板
３３  第３の誘電基板
３４  第４の誘電基板
４  金属共振要素
４１  第１の組の金属共振要素
４２  第２の組の金属共振要素
４３  第３の組の金属共振要素
４４  第４の組の金属共振要素
４ａ〜４ｇ  共振要素
【図１】
2015534760.tif 000013
【図２】
2015534760.tif 000014
【図３】
2015534760.tif 000015
【図４】
2015534760.tif 000016
【図５】
2015534760.tif 000017
【図６】
2015534760.tif 000018
【図７】
2015534760.tif 000019
【図８】
2015534760.tif 000020
【国際調査報告】
2015534760.tif 000021
2015534760.tif 000022
2015534760.tif 000023
2015534760.tif 000024