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発明の名称 電波吸収壁
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−8577
公開日 平成8年(1996)1月12日
出願番号 特願平6−159708
出願日 平成6年(1994)6月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】山本 恵一
発明者 石野 健 / 橋本 康雄 / 斎藤 寿文 / 柳川 太成
要約 目的
間隙部にコンクリートのような保持材が入る場合においてもこのような広い周波数帯域で十分な特性を有する電波吸収壁を提供する。

構成
80MHzにおける複素透磁率の虚数部がμr ″≧80、及び損失係数がtanδ≧3.5であるフェライトからなる複数の板部材を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト層と、フェライト層の背面側に位置する反射層とを備えており、このフェライト層の間隙部における誘電率が5以下である電波吸収壁であって、板部材の幅及び間隙部の幅の和に対するこの間隙部の幅の割合を間隙率とすると、60%≦間隙率≦85%と設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】 80MHzにおける複素透磁率の虚数部がμr ″≧80、及び損失係数がtanδ≧3.5であるフェライトからなる複数の板部材を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト層と、該フェライト層の背面側に位置する反射層とを備えており、該フェライト層の間隙部における誘電率が5以下である電波吸収壁であって、前記板部材の幅及び前記間隙部の幅の和に対する該間隙部の幅の割合を間隙率とすると、60%≦間隙率≦85%であることを特徴とする電波吸収壁。
【請求項2】 前記板部材の幅が20mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電波吸収壁。
【請求項3】 前記フェライト層の前面に誘電体による保護層が設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電波吸収壁。
【請求項4】 前記板部材がその列方向に互いに間隙を設けて配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電波吸収壁。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、TVゴースト防止等の目的で建築物壁面に設けられる電波吸収壁に関する。
【0002】
【従来の技術】フェライトを用いた電波吸収体の一般的な構成の一部が図12に示されている。同図において、120は電波入射側に設けられた一様なフェライト層(NiZn系)(厚さt=7mm)、121はフェライト層120の背面に設けられた電波反射層をそれぞれ示している。図13及び図14はこの種の電波吸収体の電波吸収特性をこれと等価な特性を有する同軸管によって測定した結果を示すスミスチャート及び周波数−反射損失特性図である。図13から明らかのように、フェライト吸収体のインピーダンス軌跡は低周波から高周波になるにつれて、誘導性から容量性に変化し特性が急速に劣化する。また、図14から明らかのように、この種の電波吸収体は、反射損失特性20dB帯域が30MHz〜400MHz、15dB帯域が15MHz〜700MHzとなっている。従って、これは、TVゴースト防止用電波吸収壁に要求される80MHz〜800MHzをカバーすることはできない。
【0003】フェライトを電界方向に間隙を設けて配列することにより、高周波側に広帯域化する現象は、昭和51年度の電子通信学会、光・電波部門全国大会予講集「フェライト電波吸収壁の考案(簀の子状電波吸収壁)」で示唆され、その後積極的に高周波側の広帯域化を図るためフェライトを電界方向に間隙を設けて配列した電波吸収壁が、特開平3−228398号公報に開示されている。
【0004】図15はこの種の電波吸収体の一部の構成を概略的に示している。同図において、150は電界方向に間隙を設けて配列したフェライト部、151はその背面に設けられた電波反射層をそれぞれ示している。この種の広帯域電波吸収体は、間隙部152が空隙であるからその部分の誘電率が1と小さい。このため、フェライト部と間隙部とを合わせた実効的誘電率εreが小さくなるから広帯域化し、30MHz〜2000MHz程度まで反射損失特性20dBが得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フェライト部を電界方向に間隙を設けて配列したこの種の電波吸収体をTVゴースト防止用の電波吸収壁として用いる場合、図16に示すように、間隙部162はコンクリート等で構成されることが多い(特公昭55−49798号公報参照)。コンクリート等で間隙を充填することによって、付着性及び強度の向上を図りフェライト部160の保持(固定)をより確実なものとしている。
【0006】このように間隙部162に保持材としてのコンクリートが充填されていると、コンクリートの誘電率が5程度と比較的大きいので、実効的誘電率εreがさほど低下せず、その結果、広帯域化が著しく制限されてしまう。また、フェライト素材自体の誘電率についても(O2 分極の為)10程度より小さく改善することは困難であるため、実効的誘電率はなおさら小さくすることができない。このため上述のごとき構成のTVゴースト防止用電波吸収壁は、VHF帯のみにしか対応できない。
【0007】TVゴースト防止用電波吸収壁には、VHF、UHF帯をカバーする80MHz〜800MHzで少なくとも15dB以上の電波吸収特性が要求されており、従って本発明は、間隙部にコンクリートのような保持材が入る場合においてもこのような広い周波数帯域で十分な特性を有する電波吸収壁を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれば、80MHzにおける複素透磁率の虚数部がμr ″≧80、及び損失係数がtanδ≧3.5(ただし、tanδ=μr ″/μr ′、複素透磁率【0009】
【数1】

【0010】であるフェライトからなる複数の板部材を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト層と、フェライト層の背面側に位置する反射層とを備えており、このフェライト層の間隙部における誘電率が5以下である電波吸収壁であって、板部材の幅及び間隙部の幅の和に対するこの間隙部の幅の割合を間隙率とすると、60%≦間隙率≦85%である電波吸収壁が提供される。
【0011】このように、実効的誘電率が比較的大きい場合においても、適正な磁気特性を有するフェライトを選択し、間隙率を調整することにより広帯域特性を得ることができると共に、ある程度、実効的誘電率を小さくすることにより、80MHz〜800MHzで少なくとも15dB以上の電波吸収特性を得るようにすることが可能である。
【0012】適正な間隙率の範囲において高周波側に広帯域化されるための条件について以下のように解析を行った。
【0013】図2(A)に示すようにフェライト部20間に間隙部22を設けたフェライト層と反射導体層21とからなる電波吸収体を、同図(B)に示すような実効的材料定数【0014】
【数2】

【0015】を持つ均一媒質のフェライト層と反射導体層とからなると考えると、この電波吸収体は終端短絡された単層構造とみなされ、その場合の前面から見た入力規格化インピーダンスは、【0016】
【数3】

【0017】となり、インピーダンスが容量性となるのはθZ =θA +θB <0のときである。一般に、フェライトは周波数が低周波から高周波になるに従い、θZ は正から負に変わる。即ち、誘導性から容量性に変わる。
【0018】フェライトの場合、一般に80MHz以上ではtanδ(=μr ″/μr ′)が大きく誘電損失がほぼ零となるため、高周波領域では特性インピーダンスの項AのθA は常に負の値となる。なお、電波吸収体特性を十分に得るには【0019】
【数4】

【0020】従って入力インピーダンスが容量性(θZ <0)とならないためには、伝播定数に関わる項Bは負のθA を打ち消すのに十分な正のθB を持つ必要がある。このような解析結果から高周波帯への広帯域化の方策として、電界方向に間隙を設けることにより実効的に誘電率が小さくなることに注目した。各間隙率GAPについて高周波(例として3000MHz)におけるθB の計算値を図3に示す。これにより適正な間隙率GAP(50%前後)においては、θB は大きい値となっていることが分かる。
【0021】このように適正な間隙率範囲においてθB が大きくなるのはtanh関数の性質より【0022】
【数5】

【0023】図4及び図5は、図15に示したごとき構造を有する電波吸収体の電波吸収特性をこれと等価な特性を有する同軸管によって測定した結果を示すスミスチャート及び周波数−反射損失特性図である。ただしこれらの図では、フェライト部の幅lf と間隙部の幅lg との関係を表わす間隙率GAP(%)=100×lg /(lf +lg )を0%、28%、40%、60%、85%とした場合の特性をそれぞれ示している。これから分かるように、間隙率GAPが大きいほど整合厚が厚くなっており間隙率を60%程度まで大きくしていくと高周波インピーダンスの容量性が消えて高周波側に広帯域化される。
【0024】なお、本発明におけるフェライト板部材の幅は、20mm以下であることが好ましい。
【0025】このように、本発明によれば、間隙部の誘電率が1より大きい場合でも、適正なフェライト透磁率、間隙率さらにはフェライト幅を選んでいるため、高周波インピーダンスの容量性を抑えると同時に表面反射を最小限にすることができ、VHF帯及びUHF帯の両方をカバーする80MHz〜800MHzで十分な電波吸収特性を得ることが可能である。
【0026】フェライト層の前面に石材、磁器タイル、コンクリート等の誘電体(反射に対する影響の少ない材質)による保護層が設けられていることも好ましい。
【0027】その場合、フェライト板部材がその列方向に互いに間隙を設けて配置されていることが望ましい。フェライト層の前面に保護層を取り付けると、反射損失(電波吸収)の周波数特性が低域側にずれてしまうが、このようにフェライト板部材間に間隙を設けることによりこのずれを補償することが可能となる。
【0028】
【実施例】以下本発明の実施例を詳細に説明する。図1は本発明による電波吸収壁の一実施例として、建築物壁面に用いる構造物としてのTVゴースト防止用フェライト電波吸収壁の一部構成を概略的に示す斜視図である。
【0029】同図において、10はフェライトからなる複数の板部材(フェライトタイル)10a、10b、10c、……を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト部を示している。フェライト部10の背面側には金属板からなる反射層11が設けられている。フェライト部10間の間隙部12には、コンクリート材が充填されており、これらフェライト部10及びコンクリート材からなる間隙部12が本発明のフェライト層を構成している。なお、反射層11としては、金属板を付加的に設けることなく、建物の建築材として既に設けられている鉄筋等を利用してもよい。
【0030】フェライト部10のフェライト材料としては、80MHzにおける複素透磁率がμr ″≧80、tanδ≧3.5(ただし、tanδ=μr ″/μr ′、複素透磁率【0031】
【数6】

【0032】間隙部12の間隙率GAPは、このGAP(%)を100×lg /(lf +lg)で表わすと、60%≦GAP≦85%が適正値となる。
【0033】上述した適正なフェライト透磁率及び間隙率の範囲を求めるにあたり、まず、表1に示すような透磁率をもつ種々のフェライト材料について間隙率を0%〜90%まで変えて電波吸収特性を測定した。測定は、この電波吸収体と等価な特性を有する同軸管によって行った。間隙部の誘電率【0034】
【数7】

【0035】この測定結果を、図6の間隙率−反射損失特性に示すと共に、80MHz〜800MHzで反射損失特性(電波吸収特性)15dBを満たす間隙率範囲として整理して表2に示す。なお、表2において、数値の示されていない材料は、80MHz〜800MHzで15dBも電波吸収特性を満たすことができない材料であることを示している。
【0036】
【表1】

【0037】
【表2】

【0038】図6及び表2から、適正なフェライト透磁率及び間隙率条件として、フェライト透磁率は80MHzにおいてtanδ≧3.5、μr ″≧80、間隙率GAPはその最低値が40%程度、最高値が85%程度であることが分かる。
【0039】一方、実際に建築物壁面に用いる構造物として考えた場合、フェライト部10の幅lf の大きさが問題となり得る。即ちフェライト幅lf と間隙部12の幅lg が有限の大きさを有しているため(図16の従来例ではlf =100mm、lg =50mm)、高周波においてはこの幅が波長に対し無視できなくなって表面反射が大きくなる可能性がある。これを検証するため、間隙率GAPを一定(60%)とし、フェライト幅lf を7mm〜42mmと変えたときの電波吸収特性を600mm×900mmサイズのパネルにより測定を行った。ただし、フェライト材料としてNiZn系を用い、間隙部12は空気(誘電率=1)とした。この測定結果が図7に示されている。これから、フェライト幅lf が大きいほど高周波で特性劣下しており、上限周波数800MHzで電波吸収特性15dB以上を満たすためには、フェライト幅lf を約20mm以下(約λ/20以下)とする必要があることが分かる。
【0040】ところで、保持材として間隙部12にコンクリートを入れる場合、骨材寸法の要求より間隙部の幅lg は30mm以上とすることが望ましい。これと上述したフェライト幅条件(lf ≦20mm)とを合わせると、実際上、間隙率GAPは60%以上とする必要がある。従って適正な間隙率GAPの範囲は60%〜85%となる。
【0041】以上述べた図1の実施例の構成に基づき、600mm×900mmサイズの電波吸収パネルを実際に試作してその電波吸収特性を測定した。フェライト部10のフェライト材料としてはNiZn系を用い、各フェライトタイルの寸法は100mm×35mm(=t)×7.5mm(=lf )であり、間隙部12はコンクリート(誘電率=5)、間隙部12の幅はlg =30mm、フェライト幅はlf=7.5mm、即ち間隙率をGAP=80%とした。この測定結果を図8に示す。同図より、VHF帯及びUHF帯の両方をカバーする80MHz〜800MHzで、目標特性15dB以上を充分満足していることが分かる。
【0042】図9は本発明による電波吸収壁の他の実施例として、TVゴースト防止用フェライト電波吸収壁の一部構成を概略的に示す斜視図である。
【0043】同図において、90はフェライトからなる複数の板部材(フェライトタイル)90a、90b、90c、……を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト部を示している。フェライト部90の背面側には金属板からなる反射層91が設けられている。フェライト部90間の間隙部92には、コンクリート材が充填されており、これらフェライト部90及びコンクリート材からなる間隙部92が本発明のフェライト層を構成している。このフェライト層の前面には、厚さ13mmの磁器タイルによる保護層93が設けられている。各フェライト板部材90a、90b、90c、……の列方向には、互いに0.3mm程度の間隙94a、94b、……が設けられている。フェライト層の前面に保護層93を取り付けると反射損失(電波吸収)の周波数特性が低域側にずれてしまうが、間隙94a、94b、……を設けることによってこのずれを補償することが可能となる。
【0044】なお、保護層93としては、磁器タイルの他に、石材、コンクリート等の誘電体(反射に対する影響の少ない材質)を用いてもよい。ただし、その誘電率の上限は8程度である。また、反射層91としては、金属板を付加的に設けることなく、建物の建築材として既に設けられている鉄筋等を利用してもよい。
【0045】以上述べた図9の実施例の構成に基づき、600mm×900mmサイズの電波吸収パネルを実際に試作してその電波吸収特性を測定した。フェライト部90のフェライト材料としてはNiZn系を用い、各フェライトタイルの寸法は100mm×35mm(=t)×7.5mm(=lf )、各フェライトタイル間の結合部分の間隙は0.3mm程度であり、磁器タイルの厚さは13mm、間隙部92はコンクリート(誘電率=5)、間隙部92の幅はlg =30mm、フェライト幅はlf =7.5mm、即ち間隙率をGAP=80%とした。この測定結果を図10に示す。同図より、VHF帯及びUHF帯の両方をカバーする80MHz〜800MHzで、目標特性15dBに近い特性となっていることが分かる。
【0046】図11は本発明による電波吸収壁のさらに他の実施例として、TVゴースト防止用フェライト電波吸収壁の一部構成を概略的に示す斜視図である。
【0047】同図において、110はフェライトからなる複数の板部材(フェライトタイル)110a、110b、110c、……を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト部を示している。フェライト部110の背面側には建物の建築材であるコンクリート層115を介して格子状の鉄筋材からなる反射層111が設けられている。フェライト部110間の間隙部112には、コンクリート材が充填されており、これらフェライト部110及びコンクリート材からなる間隙部112が本発明のフェライト層を構成している。このフェライト層の前面には、厚さ13mmの磁器タイルによる保護層113が設けられている。各フェライト板部材110a、110b、110c、……間にはその列方向に互いに0.3mm程度の間隙114a、114b、……が設けられている。フェライト層の前面に保護層113を取り付けると反射損失(電波吸収)の周波数特性が低域側にずれてしまうが、間隙114a、114b、……を設けることによってこのずれを補償することが可能となる。
【0048】なお、保護層113としては、磁器タイルの他に、石材、コンクリート等の誘電体(反射に対する影響の少ない材質)を用いてもよい。ただし、その誘電率の上限は8程度である。
【0049】以上述べた本発明の広帯域電波吸収壁の間隙部における誘電率は、コンクリートの誘電率=5よりも低くできる場合には低いほど高周波インピーダンスの容量性を抑える意味でも望ましい。間隙部の誘電率を5より低くする方法としては、例えば発泡コンクリートのような低誘電率の保持材を用いたり、間隙部の一部を空気又は発泡体等の極めて低い誘電率の物質で置きかえる方法があり、これらは構造的強度面の要求を満たす範囲で適宜選択されるべきである。
【0050】以上述べた実施例は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【0051】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれば、80MHzにおける複素透磁率の虚数部がμr ″≧80、及び損失係数がtanδ≧3.5であるフェライトからなる複数の板部材を電界方向に間隙を設けた複数の列として配設したフェライト層と、フェライト層の背面側に位置する反射層とを備えており、このフェライト層の間隙部における誘電率が5以下である電波吸収壁であって、板部材の幅及び間隙部の幅の和に対するこの間隙部の幅の割合を間隙率とすると、60%≦間隙率≦85%としているので、間隙部に保持材等が入り間隙部誘電率が1より大きい場合でも、高周波インピーダンスの容量性を抑えると同時に表面反射を最小限にすることができ、VHF帯及びUHF帯の両方をカバーする80MHz〜800MHzで少なくとも15dB以上の十分な電波吸収特性を得ることができる。




 

 


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