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公開番号2024174617
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2023092532
出願日2023-06-05
発明の名称電波吸収体
出願人個人
代理人
主分類H01Q 17/00 20060101AFI20241210BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】従来の光の透過性と通気性を有する電波吸収体は、電波吸収体としての反射特性を良好に保ったままシールド材としての透過特性だけを要求に応じて向上できなかった。
【解決手段】格子状もしくはハニカム状の板形状に、剣先形状を前記板形状に追加して設け、前記板形状と前記剣先形状を電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
格子状もしくはハニカム状の板形状の表面に、剣先形状を前記板形状に追加して設け、前記板形状と前記剣先形状を電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成したことを特徴とする電波吸収体
続きを表示（約 350 文字）【請求項２】
格子状もしくはハニカム状の板形状の表面に、使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの凸形状を前記板形状に追加して設け、前記板形状と前記凸形状を電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成したことを特徴とする電波吸収体
【請求項３】
格子状もしくはハニカム状の板形状の内部に、厚さ方向の段差を追加して設け、前記板形状の表面と前記段差の間の距離を使用する中心周波数に対して１／４波長とし、前記板形状と前記段差を電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成したことを特徴とする電波吸収体
【請求項４】
前記電波に対して損失を有する材料として炭素繊維を含有させた樹脂を用いたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電波吸収体

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、近年実用化が進むミリ波帯無線の応用装置に用いて好適な電波吸収体に関するもので、特に光の透過性と通気性を有しながらシールド材としても用いられる電波吸収体において、電波吸収体としての反射特性を良好に保ったままシールド材としての透過特性だけを要求に応じて向上できる電波吸収体を提供する技術に関する。
続きを表示（約 8,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、２８ＧＨｚを使用する５Ｇ通信装置や、さらに６０ＧＨｚ帯や７６．５ＧＨｚ帯や７９ＧＨｚを使用するレーダ等のミリ波無線装置の実用化が進んでおり、合わせてミリ波帯で使用できる電波吸収体が求められている。一方、電波吸収体は内部損失を有するため電波シールド材の機能も有している。ここで、電波吸収体は反射特性で性能が評価され、電波シールド材は透過特性で性能が評価されるが、使用する電波環境に応じて反射特性と透過特性それぞれで異なる性能を有するものが要求されることがある。
また、電波シールド材の機能も有する電波吸収体は屋外で使用される場合があり、耐風性の観点から通気性が、さらに他の移動体との衝突を予防する視認性の観点から光の透過性が求められている。
以下の先行技術文献には、通気性と光の透過性を有する電波吸収体の例が示されている。特許文献１は金属線の周囲に磁性損失体を被覆した複数本の複合線を格子状に直交配置した電波吸収体である。特許文献２は特許文献１と同様に電波吸収材を被覆した金属部材による電波吸収体でＥＴＣレーン間に使用される。非特許文献１および非特許文献２はＦＲＰにガラスファイバーを混入した格子を用いた電波吸収体でＥＴＣレーン間に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開昭４７－２４２５３号公報
特開２００７－７３７７３号公報
【非特許文献】
【０００４】
電子情報通信学会論文誌ＣＶｏｌ．Ｊ１０６－Ｃ，Ｎｏ．１ｐｐ．３－９，一般社団法人電子情報通信学会２０２３．
Ｐｒｏｃ．Ａｓｉａ－ＰａｃｉｆｉｃＭｉｃｒｏｗａｖｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２００６，ｖｏｌ．１，ｐｐ．６３－６６，２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記の特許文献１および特許文献２の金属線に電波吸収特性を有する材質を被膜した被覆線を並べた電波吸収体は、被覆線の密度を下げると反射特性が向上する一方で透過特性が悪化するため、電波吸収体としての反射特性を良好に保ったままシールド材としての透過特性だけを要求に応じて向上できなかった。また、非特許文献１および非特許文献２のＦＲＰにガラスファイバーを混入した格子を用いた電波吸収体は、格子材料の誘電特性と格子寸法と格子間距離と格子厚さで反射特性と透過特性が同時に決まるため、電波吸収体としての反射特性を良好に保ったままシールド材としての透過特性だけを要求に応じて向上できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電波吸収体は、前記従来の電波吸収体の有する問題を解決するために、格子状もしくはハニカム状の板形状の表面に剣先形状を追加して設け、板形状と剣先形状を、炭素繊維を含有させた樹脂による電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成する。
さらに本発明の電波吸収体は、剣先形状に替えて、使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの凸形状を追加して一体に設けるか、もしくは板形状の内部に厚さ方向の段差を追加して一体に設け、板形状の表面と段差の間の距離を使用する中心周波数に対して１／４波長とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように、本発明の電波吸収体は格子状もしくはハニカム状の板形状とすることで光の透過性と通気性を得る。さらに、板形状の表面に追加して設けた剣先形状の間で反射損失が多重に累積される効果により反射を低減するので反射特性を板形状の表面だけで設定できる。さらに板形状に炭素繊維を含有させた樹脂を用いて構成することで、板形状の厚さを増加させると通過損失が増加して通過特性の向上できる。つまり、電波吸収体としての反射特性を良好に保ったままシールド材としての透過特性だけを要求に応じて向上できる。そして、板形状と剣先形状は同じ材料が使えるので一体成形することで電波吸収体を簡単に製作することが可能となる。
なお、剣先形状の替わりに、使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの複数の凸形状を追加して設けても、さらに板形状の内部に厚さ方向の段差を追加して設けた上で板形状の表面と段差の距離を使用する中心周波数に対して１／４波長としても、１／４波長の高さの差を有する面からの反射が打ち消されて反射が低減されるので、反射特性を板形状の表面だけで設定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１における板形状の表面に剣先形状を有する電波吸収体の斜視図
実施の形態１および４の剣先形状間での電波経路を示す図
実施の形態１から６の板形状内部での損失を示す図
実施の形態１で板形状の厚さを変えたときの反射特性を示す図
実施の形態１で板形状の厚さを変えたときの透過特性を示す図
実施の形態２における板形状の表面に凸形状を有する電波吸収体の斜視図
実施の形態２、３、５、６の電波吸収体の表面での反射波の打消しを示す図
実施の形態３における板形状の内部に段差を有する電波吸収体の斜視図
実施の形態４における板形状の表面に剣先形状を有する電波吸収体の斜視図
実施の形態５における板形状の表面に凸形状を有する電波吸収体の斜視図
実施の形態６における板形状の内部に段差を有する電波吸収体の斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明における電波吸収体の１つ目の実施の形態を示しており、格子状の板形状の表面に剣先形状を有する電波吸収体の斜視図である。図１において、１０１および１０２は実施の形態１の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、１０３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、１０４は格子状の板形状、１０５は板形状１０４の表面に追加して設けられた剣先形状、１０６は剣先形状１０５と板形状１０４が共通して有する格子の孔をそれぞれ示している。ここで、電波吸収体１０３は格子の孔１０６により光の透過性と通気性が確保されている。
ここで、電波吸収体１０３を構成する材料にはポリ乳酸に炭素繊維を２０％含有させた樹脂が用いられ電波に対して損失を有している。なお、この樹脂を別途測定した結果、比誘電率は６．５で誘電正接は０．１５であった。また、使用する中心周波数である２８ＧＨｚで通過損失を最大とするため、格子周期は１０ｍｍで、格子の壁の厚さは２．５ｍｍとなっている。
図１において、板形状１０４の表面に追加して設けた剣先形状１０５の間では多重反射により反射損失が累積され、よって反射特性を向上させる。図２は、図１の剣先形状１０５がある側から電波が入射したときの剣先形状の間で反射する電波経路を示している。図２において、２０１は剣先形状の断面を、２０２は入射電波と剣先形状の表面で反射する電波の経路を示している。図２に示すように、剣先形状の間に到来した入射電波は剣先形状の内部へも侵入する一方、２０２に示す経路で剣先形状の表面で多重反射して入射方向へ返っていく。つまり、入射方向へ返る電波は剣先形状の表面での反射損失が累積されて大きな反射損失を得ることとなり、電波吸収体の反射特性が向上する。
図３は図１の板形状１０４の内部で電波が損失を受ける様子を示している。３０１は図１の板形状１０４であって電波に対して損失を有する樹脂領域を、３０２は図１の格子の孔１０６であって電波に対して損失を有しない空気領域を、３０３は樹脂領域の伝搬波を、３０４は空気領域の伝搬波を示している。図３の左側から到来した入射電波は、剣先形状の表面から樹脂領域３０１へ入る成分と、直接に空気領域３０２へ入る成分に分かれるが、それぞれの成分は境界領域３０５を介してエネルギーを交換しながら板形状の内部を伝搬していく。樹脂領域３０１と空気領域３０２では伝搬する波長が異なるので、境界領域３０５を介して相手領域へ漏れ入ったそれぞれの伝搬波は元の領域と波面が揃わず境界領域３０５においてエバネッセント波となっている。ここで、樹脂領域３０３の伝搬波は損失を受けて減衰するが、境界領域３０５のエバネッセント波を介して空気領域３０４から樹脂領域３０３へエネルギーが流入し続ける。つまり、板形状の内部を長く伝搬するほど電波は大きな透過損失を受けるので、板形状の長さを増加させると反射特性を保ったまま透過特性だけを向上させることができる。
図４は、図１に示した実施の形態１において、板形状の厚さ１０７が５ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍの場合を電磁界シミュレータ―で計算した反射特性と、板形状の厚さ１０７が１５ｍｍについて製作測定した反射特性を示している。４０１が板形状の厚さが５ｍｍのとき、４０２が板形状の厚さが１５ｍｍのとき、４０３が板形状の厚さが２５ｍｍのときの計算結果を、４０４が製作測定した結果をそれぞれ示している。図４に示すように、使用する中心周波数２８ＧＨｚにおいて、板形状の厚さ１０７を変えても－３０ｄＢ以下の反射特性が維持されていることがわかる。
図５は、図１に示した実施の形態１において、板形状の厚さ１０７が５ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍの場合を電磁界シミュレータ―で計算した透過特性と、板形状の厚さ１０７が１５ｍｍについて製作測定した透過特性を示している。５０１が板形状の厚さが５ｍｍのとき、５０２が板形状の厚さが１５ｍｍのとき、５０３が板形状の厚さが２５ｍｍのときの計算結果を、５０４が製作測定した結果をそれぞれ示している。図５に示すように、使用する中心周波数２８ＧＨｚにおいて透過特性が最良となるとともに、板形状の厚さ１０７を増加させると透過特性が向上している。つまり、上記の図３を用いて説明したように、本発明の効果が裏付けられる。そして、図４の結果と合わせると、板形状の厚さ１０７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。また、図５において板形状の厚さ１０７が１５ｍｍのときに計算結果と製作測定結果が近い結果となっていることから、上記の図３を用いて説明した本発明の効果の原理が裏付けられ、よって板形状の厚さ１０７を２５ｍｍとして製作すれば透過特性がさらに向上することとなる。
なお、本実施の形態１では使用する中心周波数を２８ＧＨｚとした設計例と製作例を示したが、受動部品である電波吸収体は誘電特性が同じであれば形状寸法と波長を比例条件で製作すれば比帯域を含めて他の中心周波数で設計製作しても同様の反射特性と透過特性が得られることから、６０ＧＨｚ帯や７６．５ＧＨｚ帯や７９ＧＨｚ帯でも同様の特性が得られることとなる。
（実施の形態２）
図６は本発明における電波吸収体の２つ目の実施の形態を示しており、板形状の表面に剣先形状の替わりに使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの凸形状を有する電波吸収体の斜視図である。図６において、６０１および６０２は実施の形態２の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、６０３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、６０４は格子状の板形状、６０５は板形状６０４の表面に追加して設けられた使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの凸形状、６０６は凸形状６０５と板形状６０４が共通して有する格子の孔、６０７は板形状の厚さ、６０８は凸形状の高さをそれぞれ示している。ここで、電波吸収体６０３は格子の孔６０６により光の透過性と通気性が確保されている。
ここで、例えば、電波吸収体６０３を構成する材料にはポリ乳酸に炭素繊維を２０％含有させた樹脂が用いられる。また、例えば、使用する中心周波数を２８ＧＨｚとすれば、格子周期は１０ｍｍで、格子間の壁の厚さは２．５ｍｍで、１／４波長の凸形状の高さ６０８は２．７ｍｍに設定される。
図６において、板形状の表面に追加して設けた凸形状は、使用する中心周波数において表面での反射を低減させることができる。図７は、図６の電波吸収体へ電波が入射したときに凸形状６０５で反射する電波経路を示している。図７において、７０１は板形状６０４を構成する樹脂を、７０２は凸形状を、７０３は凸形状の高さを、７０４は凸形状７０２の先端部で反射する電波の経路を、７０５は板形状の表面であって凸形状の底部で反射する電波の経路を、７０６は経路７０４と経路７０５の合成面を示している。ここで、凸形状に入射した波は経路７０４と経路７０５で反射されるが、両経路には１／４波長の差があるため反射波は合成面７０６で逆位相となり打消し合って著しく減衰されることとなる。つまり、凸形状の高さが１／４波長となる周波数を中心として電波吸収体６０３は大きな吸収量を得ることとなる。
一方、凸形状の内部へ侵入した成分は電波吸収体の内部で損失を受けるが、板形状６０４の内部で電波に損失が与えられる原理は実施の形態１で図３による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
つまり、図７による説明と図３による説明を合わせると、板形状の厚さ６０７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。
（実施の形態３）
図８は本発明における電波吸収体の３つ目の実施の形態を示しており、板形状の内部に厚さ方向の段差を追加して設け、板形状の表面と前記段差の間の距離を使用する中心周波数に対して１／４波長とした電波吸収体の斜視図である。図８において、８０１および８０２は実施の形態３の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、８０３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、８０４は格子状の板形状、８０５は板形状の内部に板形状の表面との距離を使用する中心周波数に対して１／４波長として追加して設けられた厚さ方向の段差、８０６は段差８０５と板形状８０４が共通して有する格子の孔、８０７は板形状の厚さ、８０８は段差の高さをそれぞれ示している。ここで、電波吸収体８０３は格子の孔８０６により光の透過性と通気性が確保されている。
ここで、例えば、電波吸収体８０３を構成する材料にはポリ乳酸に炭素繊維を２０％含有させた樹脂が用いられる。また、例えば、使用する中心周波数を２８ＧＨｚとすれば、格子周期は１０ｍｍで、格子間の壁の厚さは２．５ｍｍで、板形状の表面と段差の間の距離８０８は２．７ｍｍに設定される。
図８において、板形状の表面に追加して設けた段差は、使用する中心周波数において表面での反射を低減させることができる。図７は、図８の電波吸収体へ電波が入射したときに段差８０５で反射する電波経路を示している。図７において、７０１は板形状８０４を構成する樹脂を、７０３は板形状の表面と段差の間の距離８０８を、７０４は板形状の表面で反射する電波の経路を、７０５は段差８０５で反射する電波の経路を、７０６は経路７０４と経路７０５の合成面を示している。ここで、電波吸収体８０３に入射した波は、経路７０４と経路７０５で反射されるが、両経路には１／４波長の差があるため反射波は合成面７０６で逆位相となり反射波は打消し合って著しく減衰されることとなる。つまり、板形状の表面と段差の間の距離が１／４波長となる周波数を中心として電波吸収体８０３は大きな吸収量を得ることとなる。
一方、段差の内部へ侵入した成分は電波吸収体の内部で損失を受けるが、板形状８０４の内部で電波に損失が与えられる原理は実施の形態１で図３による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
つまり、実施の形態２と同様、図７による説明と図３による説明を合わせると、板形状の厚さ８０７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。
（実施の形態４）
図９は本発明における電波吸収体の４つ目の実施の形態を示しており、実施の形態１において格子状をハニカム状に置換えたものである。図９において、９０１および９０２は実施の形態４の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、９０３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、９０４はハニカム状の板形状、９０５は板形状９０４に追加して設けられた剣先形状、９０６は剣先形状９０５と板形状９０４が共通して有するハニカムの孔、９０７は板形状の厚さをそれぞれ示している。ここで、電波吸収体９０３はハニカムの孔９０６により光の透過性と通気性が確保されている。
図９において、板形状９０４に追加して設けた剣先形状９０５の間では多重反射により反射損失が累積され、よって反射特性を向上させる。剣先形状の間の多重反射により反射特性が向上する原理は実施の形態１で図２による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、板形状９０４の内部で電波に損失が与えられる原理は実施の形態１で図３による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
つまり、実施の形態１と同様、図２による説明と図３による説明を合わせると、板形状の厚さ９０７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。
（実施の形態５）
図１０は本発明における電波吸収体の５つ目の実施の形態を示しており、実施の形態２において格子状をハニカム状に置換えたものである。図１０において、１１１および１１２は実施の形態５の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、１１３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、１１４はハニカム状の板形状、１１５は板形状１１４に追加して設けられた使用する中心周波数に対して１／４波長の高さの凸形状、１１６は凸形状１１５と板形状１１４が共通して有するハニカムの孔、１１７は板形状の厚さ、１１８は凸形状の高さをそれぞれ示している。ここで、電波吸収体１１３はハニカムの孔１１６により光の透過性と通気性が確保されている。
図１０において、板形状に追加して設けた凸形状は、使用する中心周波数において表面での反射を低減させることができる。凸形状により反射特性が向上する原理は実施の形態２で図７による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、板形状１１４の内部で電波に損失が与えられる原理は実施の形態１で図３による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
つまり、実施の形態２と同様、図７による説明と図３による説明を合わせると、板形状の厚さ１１７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。
（実施の形態６）
図１１は本発明における電波吸収体の６つ目の実施の形態を示しており、実施の形態３において格子状をハニカム状にしたものである。図１１において、１２１および１２２は実施の形態６の電波吸収体を異なる角度で見た様子を示しており、１２３は電波に対して損失を有する材料を用いて一体に構成された電波吸収体、１２４はハニカム状の板形状、１２５は板形状の内部に板形状の表面との距離を使用する中心周波数に対して１／４波長として追加して設けられた厚さ方向の段差、１２６は段差１２５と板形状１２４が共通して有するハニカムの孔、１２７は板形状の厚さ、１２８は段差の高さをそれぞれ示している。ここで、電波吸収体１２３はハニカムの孔１２６により光の透過性と通気性が確保されている。
図１１において、板形状の内部に追加して設けた段差は、使用する中心周波数において表面での反射を低減させることができる。段差により反射特性が向上する原理は実施の形態３で図７による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。また、板形状１２４の内部で電波に損失が与えられる原理は実施の形態１で図３による説明と同様であるので、ここでは説明を省略する。
つまり、実施の形態３と同様、図７による説明と図３による説明を合わせると、板形状の厚さ１２７を増加させると良好な反射特性を維持したまま、透過特性だけを向上させることが可能となる。
ここまで本発明について実施の形態１から６を示したが、電波に対して損失を有する材料の樹脂として、ポリ乳酸の替わりにアクリロニトリルやポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
（【００１１】以降は省略されています）

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