JP2006186725A

JP2006186725A - 電磁波吸収板

Info

Publication number: JP2006186725A
Application number: JP2004378869A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Katano; 正昭片野
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20070089251A; US7623058B2; WO2006070696A1; KR100886064B1; EP1852940A4; EP1852940A1; US20070296624A1

Abstract

【課題】部屋や通路などの間仕切り、あるいは、建築物の窓等に用いることができる、携帯電話、無線ＬＡＮあるいはＥＴＣなどで使用されている、１〜１０ＧＨｚの周波数範囲の電磁波に対して、透明な電磁波吸収板を提供する。
【解決手段】透明な板状の誘電体の電磁波吸収板において、誘電体の表面から電磁波が入射するときの、入射側のインピーダンスＺｘｉを用いて求められる電磁波吸収量が１０ｄＢ以上となるように、誘電体の厚みが決定されて成る電磁波吸収板。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に建物の外壁の開口部あるいは屋内の間仕切り等に用いるための、透明な電波吸収板に関する。

近年、情報伝達技術の飛躍的進歩に伴い、多様な情報伝達が可能となっている。なかでも無線による情報伝達は、利便性の観点から、非常に優れ、盛んに利用されている。

無線による情報伝達の手段としては、携帯電話、ＰＤＡ（情報携帯端末）、無線ＬＡＮ、放送波、自動車レーダー、ＥＴＣ車載装置、および様々な電子機器などがあげられる。

一方、これら無線による情報伝達の普及にともない、無線による情報伝達に用いられる機器から発せられる電磁波は、建物の開口部から建物内に侵入して、他の電子機器の電磁ノイズとなるため、電磁波を効果的に吸収できる透明性を有する電磁波吸収板が望まれている。

無線による情報伝達のなかでも、無線ＬＡＮ（構内情報通信網）は、室内におけるＬＡＮ工事（コードの配線工事など）が不要なため、オフィスや一般家庭内において、コスト削減や使い易さに大きく貢献している。

しかしながら、無線ＬＡＮは、室内においては反射材（机、ロッカー、イス等）の影響によるＬＡＮスピードの低下、室外への電波漏洩による盗聴、ビルや建物間の電波干渉（２．４５ＧＨｚ帯域は４チャンネルのため）による弊害、外部からの不正アクセスやなりすまし等の発生など、多くの問題が発生する。
このような問題の対策として、ＰＣなどの通信端末とサーバとの間での発行者証明書の交換、データの暗号化または定期的な暗号キ−の自動変更、ＩＤやパスワードの発行等で対策を実施している。

しかし、発行者証明書の交換は、機種の互換性がなく、異機種の間では困難である。データの暗号化または定期的な暗号キ−の自動変更、ＩＤやパスワードなどの対策は、第三者によって解読されてしまうという危険性が伴う。

このため、室内の間仕切りやビルや建物などの開口部に、透明な電磁波吸収板が必要とされている。
さらに、高速道路における料金徴収所のＥＴＣレーンにおいて、一般レーンの車などからの反射波による誤動作を防止するために、ＥＴＣレ−ンと一般レーンの隔壁用およびＥＴＣレーン同士の隔壁用として、透明な電磁波吸収板が必要とされている。

一般に、電磁波を吸収する電磁波吸収板としては、例えば、透明フィルムに積層したＩＴＯ導伝膜を２層用い、一方を電波吸収材、他方を電波反射材として用い、その間隔を吸収すべき電磁波の波長の１／４に調整できるようにした透明電波吸収体が知られている（特許文献１）。
電波吸収材と電波反射材との間隔を吸収周波数の１／４にする電波吸収体は、吸収する電波がＶＨＦ帯の場合、１０ｃｍから1ｍ以上となってしまう。この厚みをを薄くするために、電波吸収材と電波反射材との間に、ストライプ状または格子形状に導電性被膜を形成した絶縁性基板を配置して、電波吸収材と電波反射材との間の実効誘電率を大きくした電波吸収性板が提案されている（特許文献２）。

さらには単層タイプで誘電体層とインピーダンス層を備える透明電波吸収体においてインピーダンス層の面で反射した電磁波と誘電体層の表面で反射した電磁波の位層差を利用して電磁波吸収効果を得る技術が開示されている（特許文献３）。
特開２００１−４４７５０号公報特開平１０−２７５９９８号公報特開２００３−８２７９号公報

電波吸収材と電波反射材との間隔を波長の１／４にする電波吸収体を、中心周波数が２．４５ＧＨｚの無線ＬＡＮに用いる場合、電波吸収体の厚さは波長の１／４の大きさを必要とし、約３１ｍｍの厚さとなる。この電波吸収体を部屋や通路などの間仕切り、あるいは、建築物の窓等へ取り付けるには、厚みが大きすぎるという欠点がある。
また、電波吸収材と電波反射材との間に、導電性被膜がストライプ状または格子形状に形成されてなる絶縁性基板を配し、電波吸収体の厚みを減じることができるが、構成が複雑で量産が困難である。さらに片側にのみにインピーダンス層を設けた場合、双方向に電磁波を吸収できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、携帯電話、無線ＬＡＮあるいはＥＴＣなどで使用されている、１〜１０ＧＨｚの周波数範囲の電磁波に対して、透明な電磁波吸収板を提供する。

本発明の電磁波吸収板は、透明な板状の誘電体の電磁波吸収板において、誘電体の表面から電磁波が入射するときの、（１）式で求められる入射側のインピーダンスＺｘｉを用いて、（２）式で求められる電磁波吸収量Ａｉが１０ｄＢ以上となるように誘電体の厚みが決定されて成ることを特徴とする電磁波吸収板。

ここに、ここに、εは透明板状体の複素誘電率であり、μは透明板状体の比透磁率であり、λｉは電磁波の波長であり、ｄは誘電体の厚さ（ｍ：メートル）であり、Ｚｒは誘電体側の入力インピーダンスである。

ここに、Γｉは、（Ｚｘｉ−１）／（Ｚｘｉ＋１）で求められる、誘電体の表面の電磁波の反射係数である。

また、本発明の電磁波吸収板は、前記の電磁波吸収板において、誘電体の面積抵抗が１０^５Ω／□以上であることを特徴とし、さらにまた、誘電体が１枚の板ガラスあるいは２枚以上の板ガラスを中間膜により積層されてなり、厚みが８〜２６ｍｍの範囲にあることを特徴とする電磁波吸収板である。

本発明の電磁波吸収板は、簡易な構成でなる、１〜１０ＧＨｚの周波数範囲で有効に機能する透明な電磁波吸収板、特に無線ＬＡＮの周波数２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚ、およびＥＴＣの５．８ＧＨｚに対して有効な透明の電磁波吸収板を提供する。

本発明の電磁波吸収板が有効になる周波数は、およそ１〜１０ＧＨｚであり、携帯電話の８００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、１.５ＧＨｚ帯、ＰＨＳ電話の１.９ＧＨｚ帯、ＰＤＡ（情報携帯端末）の２.４５ＧＨｚ帯、ＰＣの無線ＬＡＮに用いる、２.４５ＧＨｚ帯と５.２ＧＨｚ帯があり、さらに、ＥＴＣ車載搭載機器５.８ＧＨｚ帯などである。

本発明の電磁波吸収板は、図１、図２に示すように、透明な板状の誘電体で形成されてなるものである。透明な板状の誘電体は、図１に示すような、１枚の透明な誘電体１か、あるいは、２枚以上の透明な誘電体が中間膜で積層されてなる透明な板であり、図２は、２枚の誘電体１、１′を中間膜２で積層したものである。

透明な誘電体には、ソーダ石灰系ガラス、アルミノ珪酸系ガラス、ホウ珪酸系ガラス等の各種板ガラスやポリカーボネイト板やアクリル板などの透明な各種プラスティック板が使用できる。

２枚以上の誘電体の積層は、ポリビニルブチラールあるいはＥＶＡ等の中間膜を用いて積層することができ、同種の誘電体を積層してもよいが、板ガラスとプラスティック板とを積層してもよい。

本発明の電磁波吸収板の電磁波吸収性能を次のようにして求められる。図３は、電磁波吸収板のインピーダンスを求める方法を説明するための図である。

図３の、透明な誘電体のインピーダンス（面積抵抗：Ω／□）Ｚｒは、図４に示す等価回路図から、次の（３）式で求められる。

ここに、Ｄは誘電体の面積抵抗（Ω／□）であり、３７７は空気の特性インピーダンスである。

図３の誘電体の電磁波が入射する側の、電磁波の入力インピーダンスＺｘｉは、図４に示す等価回路から、次の式（１）で求められる値である。

ここに、εは透明板状体の複素誘電率、μは透明板状体の比透磁率である。板ガラスの場合、ε＝７−０．１ｊ（ｊ＝−１^１／２）、μ＝１である。λｉは電磁波の波長であり、ｄは透明板状体の厚さ（ｍ）である。

さらに、透明板状体の表面で反射される電磁波の反射係数Γｉは、次の式（４）で求められる値であり、

反射係数Γｉから、吸収量Ａｉは次の（２）式によって求めることができる。

なお、板ガラスの場合、複素誘電率と比透磁率はそれぞれ、ε＝７−０．１ｊ
（ｊ＝−１^１／２）、μ＝１とした。

電磁波吸収性能を１０dＢ（電磁波エネルギーを１／１０に減衰）以上とすれば携帯電話、室内ＬＡＮあるいはＥＴＣなどの電磁波の弱い出力の電磁波に対して、十分な性能であり、電磁波吸収板として有効に使用することができる。

誘電体を板ガラスとした場合、１〜１０ＧＨｚの周波数範囲に対する電波吸収性能は、表１〜表４に示すようになり、１０ｄＢ以上の電波吸収性能とするためには、板ガラスの厚みを９ｍｍ以上とすることが望ましく、また、窓などの開口部に実用的に用いるためには、２５ｍｍ以下の厚みとすることが望ましい。

誘電体に板ガラスを用いる場合、ガラスの面積抵抗を１０^１４Ω／□として、電磁波の吸収量を算定した。

表１は、無線ＬＡＮの周波数２．４５ＧＨｚに対し、吸収性能が１０ｄＢ以上となるガラス板の厚みを示すものである。

表１により、無線ＬＡＮの２．４５ＧＨｚの周波数に対しては、ガラス板の厚みを２１〜２５.５ｍｍの範囲とすることが好ましい。

さらに、ガラス板の厚みを２２．３〜２４．０ｍｍとすることにより、２０ｄＢ以上の吸収性能が得られるので、好ましい。
また上記のガラス板を裏、表逆にした場合でも性能値は表１と同じ結果が得られた。つまり双方向に電磁波吸収性能があることが確認された。

表２は、無線ＬＡＮの周波数５．２ＧＨｚに対し、吸収性能が１０ｄＢ以上となるガラス板の厚みを示すものである。

表２により、無線ＬＡＮの５．２ＧＨｚの周波数に対しては、ガラス板の厚みを１０〜１２ｍｍの範囲とすることが望ましい。

さらに、ガラス板の厚みを１０.５〜１１.３ｍｍとすることにより、２０ｄＢ以上の吸収性能が得られるので、好ましい。
また、上記のガラス板を裏、表逆にした場合でも性能値は表２と同じ結果が得られた。つまり双方向に電磁波吸収性能があることが確認された。

図５は、厚み１１ｍｍの誘電体表面の面積抵抗を変化させたときに、周波数が５．２ＧＨｚの電磁波に対する、（３）式で求められる電磁波吸収性能を示すものである。電磁波の吸収量は、誘電体の面積抵抗が１０^５Ω／□（１００ｋΩ／□）以上では、電磁波の吸収量は、最大値を維持したまま変化しないことが、図５によってわかる。従って、誘電体の厚みを１１ｍｍとすると、誘電体の面積抵抗が１０^５Ω／□以上であることが望ましい。

図６は、図５の結果と（２）の計算結果により、１１ｍｍのガラス厚が５．２ＧＨｚにおけるλ／４に厚みに相当し、入射波と反射波の打ち消し合い効果（位層差効果）により、吸収性能が発現されていることを示す。

表３はＥＴＣの周波数５．８ＧＨｚに対し、吸収性能が１０ｄＢ以上となるガラス板の厚みを示すものである。

表３により、ＥＴＣの５．８ＧＨｚの周波数に対しては、ガラス板の厚みを９〜１１ｍｍおよび１８.５〜２０.６ｍｍの範囲とすればよい。

さらに、ガラス板の厚みを９.５〜１０．１ｍｍとすることにより、２０ｄＢ以上の吸収性能が得られるので、好ましい。

表４は、無線ＬＡＮ帯域における２．４５ＧＨzと５．２ＧＨzを同時吸収タイプで、吸収性能が１０ｄＢ以上となるガラス板の厚みを示すものである。

表４により、無線ＬＡＮ帯域における２．４５ＧＨzと５．２ＧＨzの同時吸収タイプの周波数に対しては、ガラス板の厚みを２１.０〜２３.０ｍｍの範囲とすることが好ましい。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
誘電体に板ガラスを用いた。電磁波吸収板の誘電体には、単板の板ガラスあるいは２枚以上の板ガラスをＰＶＢ膜で接着したものを用いて、図１あるいは図２に示す構成の、誘電体の厚みが異なる電磁吸収板を作製した。

作製した電磁波吸収板の電磁波吸収性能は、図１２に示す、アーチ型測定装置といわれる装置によって測定した。

測定は、ネットワークアナライザ１０を用いて、アーチ型フレーム１３の中に設置された送信アンテナ１２から電磁波を発信し、電磁波吸収板１６あるいは図示しない金属板で反射された電磁波の反射量を、受信アンテナ１２′によりネットワークアナライザで測定する。送信アンテナおよび受信アンテナには、共にホーンアンテナを用いた。

電磁波吸収板については、ガラス面の反射量を測定し、アルミニウムで作製した金属板の反射量を測定し、次いで電磁波吸収板の反射量を測定し、金属板の反射量と電磁遮蔽板の反射量との差を、電磁遮蔽板の電磁波吸収量として算出した。

なお、電磁遮蔽板の反射量の測定は、ガラス面からの反射量を測定し、床その他の面からの反射の影響を軽減するため、図示しない金属板の上に電磁波吸収性のある発泡ポリウレタン製の試料台１５を置き、その試料台１５の上に測定を行う電磁波吸収板を置いた。また、既存電磁破吸収体１４で周囲を囲んで測定を行った。

表５で示す試料１〜４は、無線ＬＡＮの２.４５ＧＨｚ周波数帯に使用するために作製した電磁波吸収板である。誘電体の厚みとしては、表１から、２１．０ｍｍ、２２．５ｍｍおよび２５．５ｍｍを選んで電磁波吸収板を作製し、さらに、２.４５ＧＨｚ周波数帯で、吸収量が最大となる誘電体の厚み２３．５ｍｍの電磁波吸収板を作製した。

試料１〜４のそれぞれの電磁波吸収板を、図１２に示す測定装置を用いて、２．４５ＧＨｚの電磁波に対する電磁波吸収量を測定した。

試料１〜４の、計算によって求めた電磁波吸収量と測定された電磁波吸収量とは、表５に示すように、よく一致した。
さらに、試料１〜４のガラス板を裏、表逆にした場合でも性能値は表５と同じ結果が得られた。つまり双方向に電磁波吸収性能があることが確認された。

なお、測定で、ＴＥ波（電界が入射面に垂直な場合）とＴＭ波（磁界が入射面に垂直な場合）について測定を行ったが、顕著な差はなかった。

また、垂直入射のみでなく、垂直から４５度の傾けた、斜め入射の場合の測定も行ったが、垂直入射の測定結果と比較して、顕著な差はなかった。

試料１〜４の電磁遮蔽板を用いたボックスを作製し、ノートパソコンをボックス内に設置した。
ボックス内に設置したノートパソコンから、ボックス外のサーバに周波数２．４５ＧＨｚの周波数帯で無線ＬＡＮの接続を試みたが、接続はできず、サーバからの電磁波がボックス内に透過していないことが確認され、従って、試料１〜４の電磁波吸収板は、実用レベルの電磁波吸収性能を有していることが確認できた。

また、表６に示す試料５〜７は、無線ＬＡＮの５．２ＧＨｚ周波数帯に使用するために作製した電磁波吸収板である。誘電体の厚み１０．０ｍｍと１２．０ｍｍは、表２から選んだ。また、５．２ＧＨｚ周波数帯での吸収量が最大となる電磁波吸収板として、誘電体の厚み１１．０ｍｍの電磁波吸収板を作製した。試料５〜７についても、５．２ＧＨｚの電磁波に対する、計算によって求めた電磁波吸収量と測定された電磁波吸収量とは、表６に示すように、よく一致した。
さらに、上記のガラス板を裏、表逆にした場合でも性能値は表６と同じ結果が得られた。つまり双方向に電磁波吸収性能があることが確認された。

表７に示す試料８〜１０は、ＥＴＣの５．８ＧＨｚ周波数帯に使用するために作製した電磁波吸収板であり、誘電体の厚み９．０ｍｍ、９．５ｍｍ、１１．０ｍｍおよび２０，５ｍｍは表３から選んだ。試料８〜１１についても、５．８ＧＨｚの電磁波吸収量は、表７に示すよう、計算で求めた値と測定した値とはよく一致した。
さらに、上記のガラス板を裏、表逆にした場合でも性能値は表７と同じ結果が得られた。つまり双方向に電磁波吸収性能があることが確認された。

また、表８に示す試料１２は、ＥＴＣの周波数５．８ＧＨｚに対して、表３に示す吸収性能が２０ｄＢ以上となるガラス板の厚みの範囲で、吸収量が最大となる誘電体の厚み９．７０ｍｍの電磁波吸収板であり、また、試料１３は、吸収量が２０ｄＢを越える電磁波吸収板で、試料１２より厚みが０．０７ｍｍ薄い９．６３ｍｍの厚みの電磁波吸収板を作製した。
試料１２は４ｍｍ板ガラスと５ｍｍ板ガラスとをＰＶＢ膜で合わせて板厚調整を行い９．７０ｍｍとした。また、試料１３は１０ｍｍ板ガラスをタッチポリッシュ研磨で板厚調整を行い９.６３ｍｍとした。

表８に示すように、厚みが１ｍｍ以下の差であっても、吸収性能は変化するが、本発明によって、電磁波に吸収性能に対する誘電体の厚みの微少な調整も可能であることが確認された。

本発明の単板ガラスを用いる電磁波吸収板の断面図である。本発明の合わせガラスを用いる電磁波吸収板の断面図である。電磁波吸収板の電磁波吸収する電波到来方向および電磁波吸収量を計算するため概念図。誘電体のインピーダンスを計算するための等価回路図。板ガラスの厚みが１１ｍｍの場合の、誘電体の面積抵抗と周波数５．２ＧＨｚの電磁波の吸収量との関係を示すグラフ。入射波と反射波の打ち消し合い効果（位層差効果）により、吸収性能が発現されていることを示した図。電磁波吸収性能の測定装置を示す図。

符号の説明

１透明な誘電体
２抵抗被膜
３中間膜
１０ネットワークアナライザ
１１電線
１２送受信アンテナ
１２′ 送受信アンテナ
１３アーチ型フレーム
１４電磁波吸収板
１５資料台
１６電磁波吸収板

Claims

透明な板状の誘電体の電磁波吸収板において、誘電体の表面から電磁波が入射するときの、（１）式で求められる入射側のインピーダンスＺｘｉを用いて、（２）式で求められる電磁波吸収量Ａｉが１０ｄＢ以上となるように誘電体の厚みが決定されて成ることを特徴とする電磁波吸収板。

ここに、εは透明板状体の複素誘電率であり、μは透明板状体の比透磁率であり、λｉは電磁波の波長であり、ｄは誘電体の厚さ（ｍ：メートル）であり、Ｚｒは誘電体側の入力インピーダンスである。

ここに、Γｉは、（Ｚｘｉ−１）／（Ｚｘｉ＋１）で求められる、誘電体の表面での電磁波の反射係数である。
誘電体の面積抵抗が１０^５Ω／□以上であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波吸収板。
誘電体が、１枚の板ガラスあるいは２枚以上の板ガラスを中間膜により積層されてなり、厚みが９．０〜２５．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電磁波吸収板。