(57)【要約】      （修正有）【課題】整合周波数特性を変更し、同時に整合特性をも改善できる簡易な構成の電波吸収体を提供する。【解決手段】電波吸収材１表面に設けた導電性素子２に空孔３をあけて電波吸収体を構成し、これら空孔寸法、つまり空孔３の大きさや隣接空孔間隔Ｃ１ならびに導電性素子２の形状および寸法を最適化する手段で、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を主として高周波域に変更し、同時にこの場合の整合特性をも改善できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波入射側の電波吸収材面上に設けた導電性素子に空孔をあけてその背面に導体板をあてがって、電波吸収体を構成し、これら空孔寸法と導電性素子の形状および導電性素子の寸法を最適化して、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を変更し、同時にこの場合の整合特性も改善することを特徴とする電波吸収体。
【請求項２】
請求項１の電波吸収体において、電波吸収材面上に設けた導電性素子には空孔を空けず、空孔と導電性素子の位置関係が互いに重ならないように、これら空孔と導電性素子を配置して構成することを特徴とする電波吸収体。
【請求項３】
請求項１または２の電波吸収材として、カーボニル鉄材を用い、これに空孔を設け、その空孔を取り巻く周辺に導電性素子を装着して電波吸収体を構成し、主としてこの空孔寸法、隣接空孔間隔、導電性素子の寸法を変更して、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善することを特徴とする電波吸収体。
【請求項４】
請求項１、２または３の電波吸収体の構成における電波入射側の電波吸収材を多層構造にして、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善することを特徴とする電波吸収体。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の電波吸収体の構成において、空孔と導電性素子をそれぞれ非同一面からなる電波吸収材上に配置して、多層構造に構成し、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善する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、整合周波数特性の変更をし、同時に整合特性も改善することを可能とした電波吸収体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘電性や磁性材料などから成る電波吸収体は、通常複素透磁率と複素誘電率を有し、これによって定まる電波吸収体の厚さと、整合周波数を有しており、整合周波数を変更したり、整合特性を改善したりするためには、これら特定の材料定数を持つ電波吸収材を新たに作製しなければならず、一般に所望の特性を有する電波吸収体を得ることは極めて困難であった。
【０００３】
公知の方法において、電波吸収材に空孔を設けて、その電波吸収体が本来持っている整合周波数より高周波域に広帯域にわたり整合特性を変更する電波吸収体（IEEE Trans. 
MTT, Vol.51, No.1, pp. 238-245, Jan. 2003）や、電波吸収体表面に導体素子を配置して、その電波吸収体が本来持っている整合周波数よりも低周波域に整合特性を変更する電波吸収体(日本応用磁気学会誌、Vol. 27, No.4, pp.583-589,2003)はすでに提案されている。これらの方法は、空孔寸法およびその隣接間隔、また、導体素子の寸法や電波吸収材の厚さなどを調節して整合周波数を高周波域もしくは低周波域に変更させるというものである。
【０００４】
しかし、空孔と導体素子を同時に配置し、その構成形状や寸法を調節して、同一材料を用いて広帯域に渡り、すなわち高周波数域にも低周波数域にも任意に整合周波数を変更でき、しかも同時にその整合特性を改善した電波吸収体は、これまで提案されていない。以下、この理由と併せて本発明の独自性について、次の（１）および（２）に整理して述べ、本発明で解決しようとしている課題について述べる。
【０００５】
（１）電波吸収材、特に磁性電波吸収材では、上述のように空孔を設けることによって、この磁性材が本来有していた整合周波数より高周波域で整合が取れるように整合周波数が移行し、また導体素子を磁性材料表面に装着すると、今度は、この磁性材が本来有していた整合周波数より低周波域へ整合周波数が移行するという互いに拮抗する特性を示す。したがって、空孔と導体素子を単に組み合わせるという考え方では、整合周波数特性が高周波域に効果的に変更でき、しかも整合特性が改善できるという考え方には及ばない。本発明は、この拮抗する特性に敢えて着目し、スーパーコンピュターによるFDTD解析の詳細な検討結果において、この整合特性改善法を発見したものである。
【０００６】
（２）通常のゴムフェライトを用いる場合は、空孔を設けることによって、その電波吸収体が本来持っている整合周波数より高周波域に広帯域にわたって比較的容易に整合周波数特性を変更することが可能であった。しかし、同じ磁性材料であってもカーボニル鉄材では、空孔を設けても整合特性は高周波域に若干移行する傾向を見せるが、電波吸収特性が劣化してしまうという問題があった。この問題の解決方法について検討した結果、空孔電波吸収体の表面に、さらに導体素子を設けるという構成の電波吸収体を新たに発明するに至った訳である。以上のように、この（１）、（２）の技術要素と解決課題を知り得て、はじめて本発明が可能となる。
【０００７】
ゴムフェライトは、フェライト自身のスネックの限界則により、マイクロ波帯の電波吸収体としては性能が劣り、厚くかつ重い構成となってしまう。一方、カーボニル鉄系電波吸収体は、マイクロ波帯域にて、最も薄く、しかも高性能な吸収特性を示すものであり、ゴムフェライトの代替として、需要が伸びると予測される材料である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、整合周波数特性の変更をし、同時に整合特性も改善することが可能な電波吸収体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、電波入射側の電波吸収材表面に設けた導電性素子に空孔をあけて、その背面を導体板をあてがって電波吸収体を構成し、これら空孔寸法、つまり空孔の大きさや隣接空孔間隔ならびに導電性素子の形状および寸法を最適化する手段で、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を主として高周波域に変更し、同時にこの場合の整合特性をも改善することを特徴とする電波吸収体である。本発明は、電波入射側に臨んで形成される第１空孔を有する電波吸収材と、電波吸収材の電波入射側の表面上に配置され、第１空孔に重なる第２空孔が形成される導電性素子と、電波吸収材の電波入射側とは反対の背面上に配置され、第１および第２空孔に重なる第３空孔を有する導体板とを含み、これら空孔寸法と導電性素子の形状および導電性素子の寸法を最適化して、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を変更し、同時にこの場合の整合特性も改善することを特徴とする電波吸収体である。勿論、電波入射側の電波吸収材の背面側にこれらの構成を施してもよい。また、電波吸収材表面に設けた導電性素子に空孔をあけて、この空孔特性を維持したり、導電性素子を保護するためにこの表面に保護材をあてがうことも可能である。
【００１０】
ここで電波吸収材とは、カーボン系の誘電性材料やフェライト材、抵抗性材料、金属材をポリマー等の結合材中に分散もしくは組合せたものを意味している。また、本発明では、単に導体素子といわず導電性素子と記述しているのは、銅やアルミニウムなど高導電率の導体や抵抗性の導体や、これら両者が分布してパターンを構成している素子一般を意味しているからである。さらに、電波吸収材表面に設けた導電性素子に空孔をあけるとは、導電性素子面上に１個または複数個の空孔を設ける手段を意味している。この場合、導電性素子の配置法および空孔のあけ方は周期的または非周期的に配置する手段を採用できる。複数の各導電性素子は、空孔が形成されていることによって、閉ループ状の形状を有する。
【００１１】
電波吸収材には、電波入射側に臨んで、導電性素子と平面形状が同一の空孔が形成される。空孔は、導体板を貫通してもよいが、電波吸収材を貫通して導体板を露出する構成であってもよく、または空孔は、電波吸収材の厚み方向の途中まで形成された有底構造であってもよい。
【００１２】
整合周波数を変更するとは、その電波吸収体が本来持っている整合周波数に対して、高周波域と低周波域へ変更できることを意味している。電波吸収材面上に設けた導電性素子に空孔を空けた電波吸収体では、同一材料の電波吸収体を用いて,空孔寸法や導体寸法を
変更する手段で、その電波吸収体が本来持っている整合周波数と異なった整合周波数を実現するが、この構成は、整合特性の改善に対して、他のいかなる材料とも面的にもしくは立体的に組み合わせて臨機応変に適用できる。
【００１３】
本発明は、電波吸収体において、電波吸収材面上に設けた導体素子には空孔を空けず、空孔と導体素子を別々に同一平面状に互いに重ならないように配置する手段によって、整合周波数特性ならびに整合特性をそれぞれ変更および改善した電波吸収体を提供している。本発明は、電波入射側に臨んで形成される第１空孔を有する電波吸収材と、電波吸収材の電波入射側の表面に、前記空孔に重ならないように第１空孔からずれて配置される導電性素子と、電波吸収材の電波入射側とは反対の背面上に配置され、第１空孔に重なる第２空孔を有する導体板とを含み、これら空孔寸法と導電性素子の形状および導電性素子の寸法を最適化して、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を変更し、同時にこの場合の整合特性も改善することを特徴とする電波吸収体である。
【００１４】
本発明は、電波吸収材として、カーボニル鉄材を用い、これに空孔を設け、その空孔を取り巻く周辺に導電性素子を装着して電波吸収体を構成し、主としてこの空孔寸法、隣接空孔間隔、導電性素子の寸法を変更して、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善することを特徴とする。電波吸収特性変更手段は、特にカーボニル鉄系電波吸収材に適用してもよく、この構成では、電波吸収材に空孔を設け、その空孔を取り巻く周辺または空孔の一部に被るように導電性素子を装着し、その背面を短絡導体板に密着する手段で電波吸収体を構成する手段で、この空孔寸法、隣接空孔間隔、導体素子の寸法を最適化して特性を改善し、整合特性を広帯域にわたり主として高周波域側に変更することを特徴とする電波吸収体である。ここで、主として高周波域側に変更することと記している理由は、本発明の手段で低周波域側にも整合周波数を変更できるからである。
【００１５】
本発明は、電波吸収体の構成における電波入射側の電波吸収材を多層構造にして、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善することを特徴とする。電波吸収体の構成において、導電性素子と空孔が同一電波吸収材面上にあるものを一層と数え、これを多層に重ねて構成する手段を採ることを特徴とする電波吸収体である。この場合、電波吸収材各層の空孔寸法や導電性素子寸法ならびに形状は各層で異なった寸法を採用する手段の導入で整合周波数特性の変更および整合特性の改善に自由度を与えている。
【００１６】
本発明は、電波吸収体の構成において、空孔と導電性素子をそれぞれ非同一面からなる電波吸収材上に配置して、多層構造に構成し、整合周波数特性を広帯域にわたり変更し、同時に整合特性を改善することを特徴とする。本発明の課題を達成するために、電波吸収体の構成において、空孔と導電性素子を非同一面からなる電波吸収材上に配置する手段で、多層構造に構成した電波吸収体である。たとえば、電波入射面に対して、第一層目の電波吸収材上に空孔を設け、第二層目に導電素子を設けるという構成手段を取っている。この手段によっても、広帯域に渡り整合特性の変更、および整合特性の改善ができる。
【発明の効果】
【００１７】
従来、フェライト電波吸収材に空孔を設けて、その背面に短絡板をあてがった電波吸収体では、空孔を設けない場合の本来の整合周波数に対して、空孔を設けることによって、高周波域に整合特性を劣化させることなく変更できる。しかし、磁性材料であるカーボニル鉄系を電波吸収材の場合は、この効果が充分に得られない。本発明は、この問題に対して、電波吸収材表面に設けた導電性素子に空孔をあけて電波吸収体を構成し、これら空孔寸法、つまり空孔の大きさや隣接空孔間隔ならびに導電性素子の形状および寸法を最適化する手段で、同一の電波吸収材を用いて整合周波数を主として高周波域に変更し、かつこの場合の整合特性をも改善するという電波吸収体製作を比較的簡単にできるという効果をもたらしている。すなわち、本発明は同一材料を用いて種々の整合周波数が実現できるため、所定の整合周波数をもつ電波吸収体を実現するために、従来のように、材料の混合割合、焼成温度、圧力などの製造条件を勘案して新たな材料定数を持つ材料をカットアンドトライで製造することによる時間と労力を大幅に節減できるという効果がある。
【００１８】
また、電波吸収材面上に設けた導電性素子には空孔を空けず、空孔と導体素子を別々に同一平面状に互いに重ならないように配置する手段によっても、整合周波数特性ならびに整合特性をそれぞれ変更および改善でき、上記と同様、電波吸収体製作を単純化できるという効果がある。その他、請求項３、４のように多層化することによって、一層設計の自由度が向上するという実施上の効果がある。本実施例では本発明の基本的な概念に対するもののみを例示したが、これらの相互の組み合わせや、変形実施が可能である。近年、電子機器の発達とともに、種々の周波数帯における電波吸収特性を有するものが要求されているが、こうした要望に迅速に対応するためにも、本発明は実施してその効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の電波吸収体７の一構成例を示す斜視図である。図２および図３は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩから見た簡略化した断面図である。これらの図１〜図３に示すように電波吸収材１の表面に正方形の導電性素子２を設け、これに正方形の空孔３を正方形の導電性素子と同一の中心軸を保ち、これより小さい空孔寸法で穿孔し、電波吸収材１の背面に導体板４を設けた一構成実施例である。その結果、導電性素子はループ形状となっている。本実施例では、空孔３とループ状の導電性素子２を周期的な配列構成となっている。空孔３および導電性素子２の寸法は正方形であり、この結果、入射電波の電界方向と磁界方向に対して同一寸法としており、垂直、水平両偏波に対応できる構成である。ここでａは導電性素子の線幅で、ａ＝１ｍｍと一定とし、ｂ１、ｂ２は、それぞれ空孔、導電性素子の大きさ、ｃ１、ｃ２はそれぞれ空孔、導電性素子の間隔、ｄは電波吸収材の厚さを示している。電波吸収材１にも、空孔５が形成される。導体板４にも、空孔６が形成される。空孔３，５，６は、電波入射側（図２および図３の左方）から見た平面形状は同一であり、重なっている。
【００２０】
図５は、図１に示す構成例の場合の整合特性、つまり反射係数の周波数特性を示している。この反射係数が電波吸収性を評価する尺度となる。厚さ２ｍｍのカーボニル鉄系電波吸収材１に空孔５をあけ、空孔５に重なる空孔６を有する背面の導体板４を設けた場合の整合特性である。この図中の番号は表１の各番号に対応した空孔寸法ｂ１、および空孔間隔ｃ１、に対応している。図５の特性は、導電性素子２が設けられていない構成における特性を示す。図５の結果から、カーボニル鉄系電波吸収体７は、整合中心周波数の高周波側への変化が若干見られるものの、空孔５を設けただけでは整合特性は劣化してゆくことがわかる。
【００２１】
この特性を改善するために、電波吸収材１として、図５のカーボニル鉄系電波吸収材１を用い、図１〜図３のように導電性素子２と空孔３，５，６をともに設けた場合の整合特性の実施例を図６に示す。図６は、吸収材の厚さｄ、空孔の大きさｂ１、間隔ｃ１をそれぞれｄ＝２．０ｍｍ、ｂ１＝６ｍｍ、ｃ１＝２ｍｍ一定とし、導電性素子２の構成寸法を表２のように変化させた場合の整合特性を示している。このカーボニル鉄材が本来有する整合周波数（図５の参照符１１が示す約４ＧＨｚ）よりも低周波域でも整合が得られ、図６より、約２．５ＧＨｚから５．０ＧＨｚ以上の広帯域にわたり−２０ｄＢ以下の吸収量が得られることが確認できる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２では、導電性素子２の線幅ａ＝１ｍｍのため、導電性素子の大きさが８．０ｍｍ以上でないと、導電性素子２の内周囲が電波吸収材１の空孔部５の大きさ（ｂ１＝６．０ｍｍ）よりも小さくなる構成であった。この構成の場合、多層にした各層の孔位置を合わせる以前に各層ごとに孔開け加工（たとえば打ち抜き）をしなければならなかった。そこで後工程で一度に孔開け加工ができるように導電性素子２の内周囲と電波吸収材１の空孔部５の大きさを合わせた構成の、表３の構成の電波吸収体７を製作し、この電波吸収体７の電波吸収性能をフリースペース法により実測した。その結果を図７および図８に示す。なお導体板４としてはアルミメッシュ（メッシュ構成は、１．５ｍｍ×３ｍｍの菱形状の空孔が配列している）を使用している。
【００２５】
【表３】
2005117033.tif 000005
【００２６】
図７は、カーボニル鉄系電波吸収材に空孔と導電性素子を設けた場合におけるＴＥ波の場合の整合特性を示す。また図８は、カーボニル鉄系電波吸収材に空孔と導電性素子を設けた場合におけるＴＭ波の場合の整合特性を示す。
【００２７】
電波吸収材１は、塩素化ポリエチレン１００重量部にカーボニル鉄６５０重量部を加えて調整し、同軸管法で測定した２．５ＧＨｚの材料定数はε’＝１４．８、ε”＝０．５、μ’＝３．３、μ”＝１．７であった。電波吸収材１の厚さは２ｍｍとした。
【００２８】
導電性素子２および電波吸収材１に空孔を開けた構成（図７，８の３２）は、低周波数に明確な吸収ピークを得ることができた。電波吸収性能としては、図７に示すＴＥ波（１０°入射）の場合で３．０ＧＨｚで２２ｄＢ、図８に示すＴＭ波（１０°入射）の場合で２．９ＧＨｚで２３ｄＢを示し、明確な整合周波数を示さなかった導電性素子を用いない構成（図７，８の３１）に対してはもちろん、カーボニル鉄材が本来有する整合周波数（図５の参照符１１が示す約４ＧＨｚ）よりも低周波域でも整合が得られたことで、この導電性素子２および空孔３，５，６を付与する方法が有効な整合調整手段であることを確認した。また空孔部３，５，６の存在により、この電波吸収体７では通風性、通気性、透光性、可視性、軽量化等の効果を確認することができた。
【００２９】
電波吸収性能はフリースペース法による。フリースペース法は、自由空間に置かれた測定試料である電波吸収体７に平面波を照射し、そのときの反射係数、透過係数を、周波数、入射角度、偏波を変化させて測定し、材料の複素比誘電率および複素比透磁率を得る測定方法であり、こうして得られた複素比誘電率および複素比透磁率とから、電波吸収体７の電波吸収量を計算して求める。このときＴＥ波とＴＭ波での測定を行っている。使用した測定機器は、ネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製商品名ＨＰ８７２０ＥＳ）であり、アンテナはダブルリジッドアンテナである。電波吸収体７である測定試料の矩形の各辺のサイズは５００×５００（ｍｍ）および１，０００×１，０００（ｍｍ）である。フリースペース法による電波吸収性能はリターンロス量として正の数値をとるが、これは反射減衰として負の値を取る数値と正負の符号を除き、同じ意味を持つ。絶対値として大きい数字が電波吸収性能に優れることになる。
【００３０】
図４は、本発明の実施の他の形態の断面図である。この実施の形態は、前述の図１〜図３の実施の形態に類似するが、注目すべきはこの実施の形態では、電波吸収材１に形成された空孔５と導電性素子２の位置関係が互いに重ならないように、これら空孔５と導電性素子２を配置して構成することを特徴とする電波吸収体である。この手段によって広帯域に渡り整合特性の変更、および整合特性の改善を可能にしている。導体板４には、空孔６が前述と同様に形成される。
【００３１】
また、本発明の実施の他の形態では、電波吸収体の構成を多層化したもので、本実施例では、図１の電波吸収材上に空孔と導電性素子を設けたものを重ねて多層構造にして、その背面に短絡導体板４をあてがっている。本発明の実施のさらに他の形態では、空孔と導電性素子をそれぞれ非同一面からなる電波吸収材上にそれぞれ分離して配置して、多層構造に構成した電波吸収体である。
【００３２】
導電性素子と空孔が同一電波吸収材面上にあるものを一層と数え、これを多層に重ねて構成する手段を採ること、ならびに空孔と導電性素子を非同一面からなる電波吸収材上に配置する手段で、多層構造に構成すれば、設計上一層の自由度が増して、効果的に整合特性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【図３】図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】本発明の実施の他の形態の図３に対応する断面図である。
【図５】カーボニル鉄系電波吸収体に空孔を設けた場合の整合特性を示すグラフである。
【図６】カーボニル鉄系電波吸収材に空孔と導電性素子を設けた場合の整合特性を示すグラフある。
【図７】カーボニル鉄系電波吸収材に空孔と導電性素子を設けた場合におけるＴＥ波の場合の整合特性を示すグラフある。
【図８】カーボニル鉄系電波吸収材に空孔と導電性素子を設けた場合におけるＴＭ波の場合の整合特性を示すグラフある。
【符号の説明】
【００３４】
１  電波吸収材
２  導電性素子
３，５，６  空孔
４  導体板
ａ  導電性素子の線幅
ｂ１  空孔の大きさ
ｂ２  導電性素子の大きさ
ｃ１  空孔の間隔
ｃ２  導電性素子の間隔
ｄ  電波吸収材の厚さ
【図１】
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【図２】
2005117033.tif 000007
【図３】
2005117033.tif 000008
【図４】
2005117033.tif 000009
【図５】
2005117033.tif 000010
【図６】
2005117033.tif 000011
【図７】
2005117033.tif 000012
【図８】
2005117033.tif 000013