JP3180899B2

JP3180899B2 - 電波遮蔽面状体及び建物内電波遮蔽域

Info

Publication number: JP3180899B2
Application number: JP05655498A
Authority: JP
Inventors: 淳一平井; 公雄川崎; 修一 ▲高▼坂
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1998-03-09
Publication date: 2001-06-25
Anticipated expiration: 2018-03-09
Also published as: JPH11261286A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建物内電波遮蔽域に関
し、特に屋内空間での電波通信における屋内・屋外間の
電波の漏れによる通信情報の盗聴、干渉妨害、侵入等を
防止するセキュリティ確保、及び屋内簡易携帯電話シス
テム(Personal Handyphone System、PHS)において屋外
通話に影響されない屋内での搬送波の有効利用のための
電波遮蔽域に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報化の進展に伴い、電波通信機能を備
えたインテリジェントビルが増え、さらにディジタル情
報通信及びPHSの普及に応じ、秘密保持、混信防止、及
び電波の効率的利用等の面から建物内部に電磁遮蔽空間
を設ける機会が増えている。電磁遮蔽空間では天井面、
床面、及び側面の全周面のすべてを電磁遮蔽することが
不可欠であるが、建物においては居住性の要求等から窓
もまた欠かせない。

【０００３】図１に事業者内又は屋内のPHSの構成例を
示す。電磁遮蔽機能のある隔壁２(床面2f、天井面2c、
周囲壁2w)によって電波遮蔽域15を画成し、基地局５を
例えば電波遮蔽域15の天井に取付け、該基地局５と電波
14で交信する域内携帯電話器６を遮蔽域15内に適宜分散
させて配置する。周囲壁2wの窓１に電波漏洩があると、
屋外の域外携帯電話器７による盗聴、侵入、干渉、妨害
の虞が生じる。

【０００４】また、PHSでは一定の数の搬送周波数を含
む周波数群が、時分割多重・時分割同時送受話方式に割
り当てられるが、窓１に電波漏洩がある場合には、屋内
のPHSで専用することが望ましい搬送周波数が屋外の域
外携帯電話器７によって先取りされることも予想され、
屋内専用の態勢が崩され、屋内で回線が話中ビジーとな
る危険性が高まる。

【０００５】これらの問題の解決のため、窓を導電性材
料等で覆って電磁遮蔽することが考えられるが、導電性
材料は光学的透過性に乏しく、採光と外界の景観の観賞
機能の維持に問題があった。透明な電磁遮蔽手段とし
て、図２(Ｄ)のような導電素子散在型で周波数選択性が
ある電波遮蔽面状体（FSS）をガラス表面に設ける提案
がなされている（Techniques for Analyzing Frequency
Selective Surfaces ―A Review, by RAJ MITTRA et a
l, Proceedings of IEEE, December 1988）。

【０００６】この面状体FSSは、例えば窓ガラス1a（図
７参照）の表面上に規則的に配列した金属小片（metall
ic patch）素子10（以下に等方性導電素子という場合が
ある。）又は金属スクリーン上の規則的配列の小開口素
子からなり、それら素子に特有の共振点近傍において全
体的反射（total reflection）又は全体的伝搬（total
transmission）を実現するものである。半波長ダイポー
ル・アンテナの受信動作がその原理である。

【０００７】図５(Ａ)において、受信抵抗Ｒを有するダ
イポール型の半波長アンテナ11が電力密度Ｐで到来する
電磁波を受信すると、受信抵抗Ｒに誘起される電力とし
ては、アンテナを構成する導体の面積より遙かに広い面
積Ａに存在するエネルギー（＝Ｐ×Ａ）を吸収すること
が知られている。その面積Ａは近似的にＡ≒0.13λ
²（λは波長）で与えられる。一方、受信抵抗Ｒを図５
(Ｂ)に示すように短絡すると、受信電力は逆位相で反射
されるが、その反射面積Ａ_S（学名は散乱断面積）は近
似的にＡ_S≒0.52λ²（λは波長）で与えられ、吸収の面
積Ａよりも広い。

【０００８】即ち、半波長アンテナ11の周囲は、あたか
も透明な反射板のような動作をする。これがFSSの原理
であり、アンテナ終端抵抗が短絡した状態に相当する共
振素子が、その周囲の電磁界において前記反射面積に相
当した面積の反射板として働く。当然であるが、共振し
ない周波数の電波は反射されずに透過するので、共振周
波数以外の電磁波の応用には障害を与えない。

【０００９】FSSにおいて実際に反射を行わせる面は厚
さのない面ではなく、半波長アンテナ11即ち素子を軸と
した回転楕円体であり、面だけでなく膨らみを持ち、以
下に説明する窓枠金属・電波遮蔽面状体間の間隙s（図
１参照）に対しても遮蔽性能を有する。また実用上は、
任意の電波の偏波面に対して機能するように多方向の複
数素子で電波遮蔽面状体FSSを構成する例が多い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のガラス
面に設けた電波遮蔽面状体には次の欠点があった。

【００１１】（１）FSSの導電素子10の共振、従ってFSS
全体の共振周波数は、導電素子10に近接する誘電体物質
の誘電率に大きく影響されるのであるが、ガラスが基盤
である場合には影響する誘電率がガラスの種類や厚さに
依存し、また紫外線・赤外線等に対するガラス表面処理
の有無にも依存する。このため、市販されている多種多
様な各種ガラスに適応するには、問題が複雑になり工業
的な解決が困難である。

【００１２】（２）窓ガラスは外気に曝され、その表面
には雨滴や結露による水滴が日常的に付着する。ガラス
の比誘電率が３ないし７であるのに対し、水の比誘電率
は80程度であり、FSSの共振点が水滴の付着によって変
動し、電磁遮蔽の効果が不安定になる。

【００１３】（３）屋内専用のPHSには、屋内設置の基
地局５が不可欠である。屋内PHSにおける情報が屋外に
漏れないようにする保安の目的、及び屋内搬送波が屋外
から利用されるのを防ぎ屋内での話中（ビジー）の頻度
を減らす目的のために、基地局と屋外携帯電話機７との
結合を抑制することが考えられる。屋内基地局５からの
距離ｄが10メートルの位置にある屋外携帯電話機７と屋
内基地局５との直接結合を避けることが一応の目安と考
えられる。基地局送信出力は10mWと法定されており、基
地局アンテナでの送信電波の電界強度値は110dBμV/m程
度であり、自由空間10mの伝播損失は約58dB（周波数約
２GHz）と見込まれ、屋外携帯電話器７の最低受信感度
は10dBμV/m程度とされているから、この場合に屋内・
外の電磁波遮蔽に必要な減衰として約40dB（110-58-1
0）が想定される。しかし、図２(Ｄ)の十文字型の導電
素子10を半波長の間隔で並べたのでは、一般に実用上約
20dBの減衰が限度とされている。

【００１４】従って本発明の目的は、窓ガラス表面の誘
電率変化に影響されない高減衰率の電波遮蔽面状体及び
その面状体付きの電波遮蔽壁で囲んだ建物内電波遮蔽域
を提供するにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明者は、従来のFSSの導電素子が直交座標系の二軸
方向に対して同一形状を持つという意味で等方性形状で
あるか又は一直線状の素朴なダイポール形状であり、減
衰率を向上させるために素子間間隔ｃ（図２(Ｄ)参照）
を狭めると素子間に干渉が起こるので、一定限度以上に
減衰率を高めることができないことに注目した。導電素
子を、所定直交座標系の二軸方向に異なる形状をもった
異方性形状とすれば、素子間間隔ｃを狭めても、素子間
の干渉を避け、高い減衰率が得られることを実験的に見
出した。また、FSSを窓ガラス面から空隙ｓ（図１参
照）を隔てて配置すれば、FSSの機能がガラス面上の結
露によって強く影響されることはなくなる。

【００１６】図１の実施例において、本発明の電波遮蔽
面状体４は、所定直交座標系の二軸方向の投影長さａ、
ｂが遮蔽すべきGHz帯電波の半波長以下であって該電波
と共振可能な長さである異方性導電素子９を導線のＹ字
型結合によって形成し（図２（Ａ）参照）、透明な非導
電性膜の表面に、複数のＹ字型導電素子９を、隣接導電
素子９の一方素子の一導線を他方素子の対応導線の延長
線上に置き且つ隣接導電素子の一方素子の一導線の先端
を所定素子間間隔ｃを介して他方素子のＹ字型結合の中
央部と対向させて敷き詰め、所定素子間間隔ｃを前記半
波長以下で隣接導電素子９間の干渉を生じさせない大き
さとしてなるものである。好ましくは、前記素子間間隔
ｃを遮蔽すべき周波数電波の波長の十分の一以下とす
る。また、本発明による他の電波遮蔽面状体４は、所定
直交座標系の二軸方向の投影長さａ、ｂが遮蔽すべきGH
z帯電波の半波長以下であって該電波と共振可能な長さ
である異方性導電素子９を導線の三角型結合によって形
成し（図２（Ｂ）参照）、透明な非導電性膜の表面に、
複数の三角型素子９を交互に上下入れ替えて所定素子間
間隔ｃで並べた列とすると共に隣接する列相互間では一
方列の三角型素子９の頂角を他方列の三角型素子９の辺
に所定素子間間隔ｃで対向させて鱗模様状に敷き詰め、
所定素子間間隔ｃを前記半波長以下で隣接導電素子９間
の干渉を生じさせない大きさとしてなるものである。再
び図１の実施例を参照するに、本発明による建物内電波
遮蔽域15は、床・天井面及び導電性窓枠付き周囲壁が全
て電磁遮蔽能を有する隔壁である建物内のGHz帯電波遮
蔽域において、前記電波遮蔽面状体４を、窓枠３で定ま
る面と平行に張り、且つ窓枠３及び窓枠３で定まる面と
面状体４との空隙ｓを前記波長の三十分の一から二分の
一までの大きさとしてなるものである。

【００１７】導電素子９の所定直交座標系の二軸方向の
長さa₁、b₁を遮蔽すべき周波数の電波の半波長以下とす
るのは、当該周波数の電波に共振させて遮蔽するためで
ある。隣接する導電素子９間の間隔cを前記周波数の半
波長以下、好ましくは十分の一波長以下とするのは、そ
の周波数で高い減衰を得るためである。窓枠３及び窓枠
３で定まる面と電波遮蔽面状体４との空隙sを前記波長
の三十分の一から二分の一までの範囲の大きさとするの
は、この範囲より狭い時は電波遮蔽面状体４の性能が窓
枠３及び窓枠３で定まる面上に付着することのある水分
の影響で劣化し、この範囲より広い時はこの空隙sにお
ける電波遮蔽が低下するためである。

【００１８】Ｙ字型又は三角型導電素子９は、所定直交
座標系の二軸方向に異なる形状を有する異方性導電素子
である。導電素子９を透明な非導電性膜上に取付けて電
波遮蔽面状体４とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１の実施例から明らかなよう
に、本発明による電波遮蔽域15は、電磁遮蔽能を有する
床面2f、天井面2c及び導電性窓枠３付き周囲壁2wからな
る隔壁２によって囲まれるので、導電性窓枠３の内側窓
１を除けば、電波の出入りが電波遮蔽に必要な程度に抑
制されている。窓１を覆う電波遮蔽面状体４は、所定直
交座標系のｘ軸、ｙ軸等の二軸方向の長さa₁、b₁（図２
(Ａ)参照）が、遮蔽すべき周波数例えば1.9MHzの電波の
半波長以下である導電素子９を該半波長以下の素子間間
隔cで前記二軸に沿う面の全体に敷き詰めて形成したFSS
であり、しかも窓枠３及び窓枠３で定まる面と電波遮蔽
面状体４との空隙sを前記波長の三十分の一から二分の
一までの大きさとしているから、窓１における電波減衰
も電波遮蔽に必要な程度に保たれる。

【００２０】全体として電波遮蔽域15は、完全に必要な
電波遮蔽能のある隔壁で囲まれるので、その遮蔽域15の
内外に亘る電波伝搬は所要限界以下に抑えられる。しか
も、窓１及び窓枠３と電波遮蔽面状体４との間には空隙
sがあるので、たとえ窓１や窓枠３に水滴（図示せず）
などの付着があっても、電波遮蔽面状体４の電波遮蔽性
能が直接に水滴の誘電率に影響されて低下することがな
い。

【００２１】こうして、本発明の目的である「窓ガラス
表面の誘電率変化に影響されない高減衰率の電波遮蔽面
状体及びその面状体付きの電波遮蔽壁で囲んだ建物内電
波遮蔽域」の提供が達成される。

【００２２】図２(Ａ)に示すように、導電素子９を所定
直交座標系のｘ軸、ｙ軸等の二軸方向に異なる形状を有
する異方性形状、例えばＹ字型とすれば素子間間隔cを
狭くしても、隣接素子９間の実効的な平行長さを抑制
し、素子間干渉を避けることができる。そのため、図６
に示す高い減衰率、例えば40dBの減衰を図２(Ｂ)の導電
素子９の配置からなる電波遮蔽面状体４によって達成で
きること、及び図２(Ａ)及び図２(Ｃ)の配置によっても
達成できることを実験的に確認した。これらの実施例の
素子寸法a、b及び素子間間隔cを従来例の図２(Ｄ)のも
のと共に表１に示す。

【００２３】

【表１】表１（単位cm）図番 a b c ２(Ａ) 0.236(幅w＝0.02) 0.272 0.003 ２(Ｂ) 0.306 0.353 0.003 ２(Ｃ) 0.433 0.375 0.003 ２(Ｄ) 0.5 0.5 0.5

【００２４】異方性形状の導電素子９の機能を説明す
る。アンテナ及びそれに類似の動作をするFSSの導電素
子９は広く知られるように共振周波数で定在波を発生さ
せる。図３のカーブＶは、アンテナや導電素子９の先端
で電圧が高く（開放端でありインピーダンスが極めて高
く）、他方それらの中央部では定在波電圧が殆どゼロで
ある（インピーダンスが極めて低い）ことを示す。

【００２５】従来の一直線状素子では、図３(Ａ)のよう
に、端部における高い定在波電圧と高いインピーダンス
のため、端部での隣接素子間の結合が容易となるので、
不可避的に生じる端部対向部での素子間間隔cを同図のc
₄の如く共振周波数の半波長程度に保たなければならな
い。他方、例えばＹ字型の異方性形状の導電性素子９で
は、図３(Ｂ)に示すように、常にインピーダンスの低い
中央部とインピーダンスの高い端部とのみで隣接導電素
子９を近接させることが可能になる。

【００２６】このような隣接導電素子間の間隔cの制限
は、図４に示すような現象の原因となる。即ち、例えば
十字型の等方性形状の導電素子10では、素子間間隔cを
大きくせざるを得ないので、図５(Ｂ)の各素子10の反射
面積Ａ_Sの間に図４(Ａ)のように隙間が生じる。他方、
例えばＹ字型の異方性形状の導電素子９では、素子間間
隔cを狭くできるので、図５(Ｂ)の隣接する導電素子９
による反射面積Ａ_Sを図４(Ｂ)のように重ね合せ一定以
上の反射レベルの反射面を連続的に形成することができ
る。要するに、異方性形状の採用により、素子間間隔c
を狭くし、素子密度（反射減衰度に比例）を高め、減衰
率の高い電波遮蔽面状体４を提供することができる。

【００２７】図６は、従来の等方性形状の導電素子10を
使ったFSSの減衰率が点線で示すように約20dB未満であ
るのに対し、本発明の異方性形状の導電素子９を使った
FSSでは実線で示すように40dB以上の高い減衰率が得ら
れることを示す。また、等方性形状の導電素子10の場合
には、素子間の間隙から電波が漏れるので、導電素子10
自体の抵抗値を低くしても、遮蔽減衰度はある限界以上
に改善されない。

【００２８】さらに本発明によれば、電波遮蔽面状体４
を窓枠３及び窓１から離して設けるので、窓ガラス1a
（図７）及び窓枠３の構造や素材の物性に影響されるこ
とがなく、且つ通信システムの変遷にも弾力的に適応す
る変更等が容易に行える。

【００２９】

【実施例】図７(Ａ)は、電波遮蔽面状体４を二重に配置
することにより、さらに高い遮蔽減衰を与える実施例を
示す。また図７(Ｂ)は、熱反射性の透明金属膜８を窓ガ
ラス1aと電波遮蔽面状体４との間に配置して、両者の相
乗効果により遮蔽減衰を一層高める実施例を示す。

【００３０】図８(Ａ)は、三角型の異方性導電素子9aの
内部にＹ字型の異方性導電素子9bを配置して複合異方性
素子19を構成し、この複合異方性素子19を敷き詰めて電
波遮蔽面状体４とする実施例を示す。この場合には、複
数の共振周波数で遮蔽機能が発揮される。また図８(Ｂ)
は、隣接するＹ字型の異方性導電素子9bの間に三角型の
異方性導電素子9dを配置して、同様に複数の共振周波数
で遮蔽機能を発揮させる実施例である。

【００３１】以上の説明において、1,900MHz帯の搬送波
利用のPHSを想定したが、2,450MHz帯の無線LANにも同様
な効果と用途が存在する。さらに上記の建物内電波遮蔽
域に各種の変形を本発明の技術的範囲内で加え得ること
は当業者には明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の建
物内電波遮蔽域は、電波遮蔽面状体と窓との間に空隙を
設け、さらに好ましくは異方性導電素子からなる電波遮
蔽面状体を使用するので、次の顕著な効果を奏する。

【００３３】（イ）窓ガラスや窓枠に付着し得る水分の
影響を受けない電波遮蔽を行える。（ロ）導電素子間の間隔を狭くした電波遮蔽面状体を使
うことにより高い電波遮蔽度を有する電波遮蔽域が提供
できる。（ハ）PHSなどの無線通信システムにおける搬送波周波
数の変更等にも電波遮蔽面状体の張り替えなどにより容
易に対応することができる。（ニ）透明な導電素子を使用すれば、窓ガラスの採光性
や外部景観観察を損わない電波遮蔽が可能になる。（ホ）既設建物の窓にも容易に適応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の建物内電波遮蔽域の説明図であ
る。

【図２】は、電波遮蔽面状体用の導電素子の構造例を示
す図である。

【図３】は、導電素子における電圧分布を示す図であ
る。

【図４】は、電波遮蔽面状体内の導電素子の周囲の等価
的な電波反射面の分布を示す図である。

【図５】は、導電素子単体周囲の等価的な電波反射面の
分布を示す図である。

【図６】は、等方性導電素子と異方性導電素子の電波遮
蔽性能を比較して示すグラフである。

【図７】は、窓の電波遮蔽に関する他の実施例の説明図
である。

【図８】は、異なる形状の導電素子の複合的な配置を示
す図である。

【符号の説明】

１…窓２…隔壁３…窓枠４…電波遮蔽面状体５…基地局６…域内携帯電話器７…域外携帯電話器８…透明金属膜９…異方性導電素子 10…等方性導電素子 11…半波長アンテナ 14…電波 15…電波遮蔽域 19…複合異方性導電素子

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−330783（ＪＰ，Ａ) 特開平３−92003（ＪＰ，Ａ) 特開平11−68374（ＪＰ，Ａ) 特開平６−350286（ＪＰ，Ａ) 特開平10−126090（ＪＰ，Ａ) 特開平10−126091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05K 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定直交座標系の二軸方向の投影長さａ、
ｂが遮蔽すべきGHz帯電波の半波長以下であって該電波
と共振可能な長さである異方性導電素子を導線のＹ字型
結合によって形成し、透明な非導電性膜の表面に、複数
の前記Ｙ字型導電素子を、隣接導電素子の一方素子の一
導線を他方素子の対応導線の延長線上に置き且つ前記隣
接導電素子の一方素子の一導線の先端を所定素子間間隔
ｃを介して前記他方素子のＹ字型結合の中央部と対向さ
せて敷き詰め、前記所定素子間間隔ｃを前記半波長以下
で前記導電素子間の干渉を生じさせない大きさとしてな
る電波遮蔽面状体。
【請求項２】所定直交座標系の二軸方向の投影長さａ、
ｂが遮蔽すべきGHz帯電波の半波長以下であって該電波
と共振可能な長さである異方性導電素子を導線の三角型
結合によって形成し、透明な非導電性膜の表面に、複数
の前記三角型素子を交互に上下入れ替えて所定素子間間
隔ｃで並べた列とすると共に隣接する前記列相互間では
一方列の三角型素子の頂角を他方列の三角型素子の辺に
前記所定素子間間隔ｃで対向させて鱗模様状に敷き詰
め、前記所定素子間間隔ｃを前記半波長以下で前記導電
素子間の干渉を生じさせない大きさとしてなる電波遮蔽
面状体。
【請求項３】請求項１又は２の電波遮蔽面状体におい
て、前記所定素子間間隔ｃを前記電波波長の十分の一以
下としてなる電波遮蔽面状体。
【請求項４】請求項１から３の何れかの電波遮蔽面状体
において、該面状体によるGHz帯の電波の減衰を40dB以
上としてなる電波遮蔽面状体。
【請求項５】請求項１、３又は４の電波遮蔽面状体にお
いて、隣接するＹ字型導電素子中の一方素子の一導線と
他方の導電素子との間に、小さい三角型導線結合を前記
所定素子間間隔ｃを介して配置し、前記導電素子を複合
異方性導電素子としてなる電波遮蔽面状体。
【請求項６】請求項２、３又は４の電波遮蔽面状体にお
いて、前記三角型結合の導電素子を、該三角型結合の内
部に該三角型結合の中心から各頂点へ向う中間部位まで
の三導線からなるＹ字型素子を配置した複合異方性導電
素子としてなる電波遮蔽面状体。
【請求項７】床・天井面及び導電性窓枠付き周囲壁が全
て電磁遮蔽能を有する隔壁である建物内のGHz帯電波遮
蔽域において、請求項１から６の何れかの電波遮蔽面状
体を前記窓枠で定まる面と平行に前記波長の三十分の一
から二分の一までの空隙を介し張設してなる建物内電波
遮蔽域。
【請求項８】請求項７の電波遮蔽域において、前記面状
体の前記窓枠と反対側にさらに前記面状体を設けてなる
建物内電波遮蔽域。
【請求項９】請求項６又は７の電波遮蔽域において、前
記窓枠に窓ガラスを取付け、前記窓枠及び窓ガラスと前
記面状体との空隙を前記波長の三十分の一から二分の一
までの大きさとしてなる建物内電波遮蔽域。
【請求項１０】請求項９の電波遮蔽域において、前記窓
ガラスの建物内電波遮蔽域側に前記電波遮蔽面状体を設
けてなる建物内電波遮蔽域。
【請求項１１】請求項８又は９の電波遮蔽域において、
前記窓ガラスと前記面状体との空隙に透明金属膜を設け
てなる建物内電波遮蔽域。
【請求項１２】請求項７から１１の何れかの電波遮蔽域
において、前記隔壁を建物の躯体構造部材としてなる建
物内電波遮蔽域。