JP5665293B2

JP5665293B2 - 透光性電波吸収体

Info

Publication number: JP5665293B2
Application number: JP2009206606A
Authority: JP
Inventors: 高橋隆一; 安斎弘樹
Original assignee: IG Kogyo Co Ltd
Current assignee: IG Kogyo Co Ltd
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2029-09-08
Also published as: JP2011060872A; WO2011030710A1

Description

本発明は光情報を阻害することなく電波を吸収する電波吸収体に関する。

円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術によるＥＴＣ装置の普及に伴い、そのゲートをシングルでなく多数レーンの設置の要求が多くなっている。並列レーンにおけるリスクとして、その送受信において、車両、特に大型車等からの反射で電波干渉による障害が隣接レーンで発生しやすく、その障害防止としてレーン間に干渉防止電波吸収壁が必要とされる。この干渉防止電波吸収壁は、並列合流の危険性防止として並列走行相手が見える視界確保が前提となる。

ドライブスルーや半地下駐車場などにおいて、円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術による民生用ＥＴＣ装置が実現された際に、干渉防止電波吸収壁を必要とする。本発明により、並列ゲートにおける自動料金収受で電波干渉防止効果と並列合流による危険防止のための視界確保が可能となる。また、光を透過するため、本発明を屋根として用いると太陽光を室内に取り込むことが可能となる。

従来、この要求に対して、透明な特殊な電波吸収材料、透明板と導電性抵抗膜で透光性を確保した構成のもの、又はカーボン材やフェライト材を用いて格子状やネット状構造にしたもの、等の構成材料が提案されている。

例えば、特許文献１には、高速道路の料金所における料金アイランドの隔壁に使用される、透明の遮蔽・吸収体として、樹脂シートを２枚のガラス板で挟み込み、ガラス板と樹脂シートとの接触面には透視性導電膜で形成された構成の電波吸収体が開示されている。

また、特許文献2の電波吸収体は、到来した電波を反到来側に通過することを防止する電波遮蔽機能材（例えばステンレス製の金網）を、合成樹脂にカーボンを含有させて、グレーチング状に形成した吸収体主体（例えばガラス繊維強化プラスチック）で挟持したことを特徴としている。

一方、電磁波障害を防止するため、建物における開口部において内外からの電磁波を遮蔽する、高周波の電磁波遮蔽体として、特許文献3には、２枚の透明板の間に水又は水を主成分とする物質が封入され、透明板には電磁波遮蔽性透明導電膜が設けられた電磁波遮蔽透明体が開示されている。
特開2008-182045号公報特開2007-067766号公報特開平05-037178号公報

電波吸収材は、信頼性の高い通信を得るために、目的周波数の電波を高効率で安定して吸収する性能が要求される。従来はフェライト、カーボン等を代表に有色材料及び、特殊材料が殆どであり、電波吸収性能をその電波帯に合わせるために、高精度の加工やそのための特殊な設備を必要としていた。さらにＥＴＣ用のアイランドに設置する際に風などにより上記のような導電膜は剥離する懸念がある。特許文献１、２においても、特殊材料や導電性抵抗膜は一般的にコストが高いという難点がある。また、特許文献２におけるグレーチング形状、格子状壁は、吸収特性を確保するための形状に制約があり、視界上の死角が免れないものである。さらに、このような固体物の電波吸収体においては吸収する電波の周波数に合わせた厳密な設計が必要となり、周波数帯の調整も難しい。

特許文献３においては、日射等が入る窓の機能があって外部から侵入する様々な電波等の電磁波を透明導電膜で反射遮蔽し、その反射電磁波を水等で吸収するものである。これは水による電波の透過損失が高いという知見に基づき、窓ガラス板間の空気を水にしたものであり、特定電波が吸収される性能値は明らかにされていない。また封入した液体が漏れたり、変質や劣化すると光透過性や電磁波吸収性能に影響が出てくる。電波吸収は温度の変化や材料の変形等でその特性が著しく変化するため、例えば円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術によるＥＴＣシステムにおける電波吸収体は、四季を通じて、その性能に変化のないものか、又は最適な性能を得られるように調整できることが必要となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＴＣシステムの並列レーンにおいて、電波干渉防止用として透光性を備え、外的な自然環境の変化によって周波数特性が変化しても対応が可能になる電波吸収体を提供する。また本発明は材料コストを抑えた透光性電波吸収体とすることができるため、円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術によるＥＴＣシステムに限らず一様な偏波に対する電波吸収体および電波暗室などのほか、広く応用して使用され得るものである。

請求項１に記載の発明は、電波侵入深さ以上の間隔をおいて向かい合わせた２枚の透明板間に透光性を有する液体又はゾル状物質を封入し、透明板の電波インピーダンスと液体又はゾル状物質の電波インピーダンスが互いに打ち消し合うように一致又は、その近くに合わせることによって、一方の透明板に入射する電波を吸収し、かつもう一方の透明板に入射する電波も吸収する両面吸収性能を持つことを特徴とする透光性電波吸収体とする。

請求項２に記載の発明は、液体又はゾル状物質の電波吸収物質層厚さが電波侵入深さ未満であるとき、その液体又はゾル状物質中に透光性を有する電波反射材を設け、この電波反射材で透明板と液体又はゾル状物質体前面からの反射波の位相と振幅をコントロールし、電波インピーダンスが一致又はそれに近づくようにするものであり、調整可能なように電波反射材を移動可能に設けたことを特徴とする透光性電波吸収体とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、電波反射材を、電波反射性を有するネットとしたものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記液体又はゾル状物質を出入可能にする外部接続口を設けたことを特徴とする。

ＥＴＣ用電波などの特定周波数の高周波電波を吸収する場合に、温度、湿度などの外的変化により電波吸収体が影響を受け、電波吸収性能が変化することがあるが、従来の吸収体は、その調整はできず、大きく狂えば取り替えるしかなかった。しかし、請求項１に記載の透光性電波吸収体は、電波侵入深さ以上の吸収層とすることで温度変化等による電波吸収性能は殆ど影響を受けない。

請求項２に記載の発明は、
(1) ＥＴＣ用電波などの特定周波数の高周波電波を吸収する場合に、温度、湿度などの外的変化により電波吸収体が影響を受け、電波吸収性能が変化して、調整が必要とされる際、電波反射材と透明板までの距離を変化させることにより調整を行い、安定した電波吸収性能を得ることができる。
(2)電波吸収特性は、吸収体の表面材の反射波と内部からの反射波で位相と振幅を打ち消すように働くことであり、電波が入射する透明板と電波反射材までの距離で変化するので、その距離をコントロールすることにより、自然環境の変化等に対する最適周波数帯の電波調整に対応して、安定した電波吸収性能を得ることができる。

請求項１から３に記載の透光性電波吸収体は、特別な材料によらずに構成することが可能で材料コストを抑えることができる。特に請求項１のものは、透明板と液体又はゾル状物質の単純構造で、内部に透光を阻害するものがなく、視界確保が優れている。

請求項４に記載の透光性電波吸収体は、
(1)温度などの外的変化により電波吸収体が影響を受け、電波吸収性能が変化したりするときのような場合に、外部ユニットと接続して内部構成材である液体又はゾル状物質の温度や溶液濃度等をコントロールし、安定した電波吸収性能を得ることができる。
(2)また、液体又はゾル状物質が変質や劣化して、その透光性や電波吸収性に影響が出るような場合には、入れ替えなどのメンテナンスにより安定した電波吸収性能を得ることができる。
(3)液体又はゾル状物質を入れ替えることで、電波の吸収特性を変え、高周波において吸収したい周波数の電波に合わせた電波吸収を行うことができる。

発明の実施の形態に関わる透光性電波吸収体の断面図発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ発明の一実施例の電波吸収特性を示したグラフ

本発明に係る透光性電波吸収体を図面１の断面図に従って説明する。

透明板10は、無機板ガラス、有機質ガラス板（ポリカーボネート板、アクリル板等）の硬質な透明板であり、飛散防止のために透明なフィルムや膜を表面に構成したり、又はフィルムや膜をサンドイッチ状に透明板で挟んだものでもよい。

２枚の透明板10間に封入する液体又はゾル状物質11は、水又は水に溶ける溶解液、透明有機液体又はそれへの溶解液、無機透明液体又はそれへの溶解液、およびそれらの混合液である。具体的には、溶解液は水をベースに、食塩、塩化カリウム、塩化カルシューム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の溶解度の大きい電解液、ブドウ糖、果糖、蔗糖、乳糖等の糖類の溶解液、クエン酸、アスコルビン酸、酢酸、等の有機酸の溶解液、メチルアルコール、プロピレングリコール、グリセリン、エチレングリコール、エチルアルコール等のアルコール類の単体又は希釈液、これらの単体又は、混合液である。ゾル状物質には、上記液に澱粉糊、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等の高分子材を加え、流動性を確保しつつ、溶液、混合液を安定化したものである。高周波において電波の透過損失の高い液体又はゾル状物質11により、電波を減衰させることができる。

液体又はゾル状物質11の中に配する透光性を有する電波反射材12は、透明導電膜をガラスやフィルム、シート等透明な基板上に構成したものであり、透光性を有しかつ電波を反射する材料であればよく、これにより電波を遮蔽するものである。透明導電膜はＩＴＯ等の金属酸化物を主成分とする。電波反射材12は透明板に対して平行に設け、透明板からの距離を変化させる方向に、移動可能にするものである。フィルム状又はシート状の電波反射材12は、四隅を保持できる枠体やＸ字状の骨組みなどに広げて固定すればよい。また、電波反射材12は液体又はゾル状物質中を移動可能な程度に電波反射材12の面を大きく形成するのが望ましい。あるいは、電波反射材12に電波周波数の4分の１波長以下の径の穴があっても良い。

また、透光性を有する電波反射材12は、構造的に透光性を有するような、電波反射性を有するネットでもよい。この電波反射性を有するネットは、金属、導電性カーボン、導電性プラスチック等の電波を透過させない材質と網目であればよい。網目は電波周波数の４分の１波長以下であればよく、ＥＴＣ用電波の５．８ＧＨｚ帯であれば、１２．９mm目以下となる。網の線径は、細いほど光透過に有利に働く。

透光性を有する電波反射材12は、例えば電波反射材12をガラスのような硬質な基板上に構成したものであれば、ガラス面に対して直角方向に１本又は複数の脚を基板に設けて透明板10の外部まで延ばし、その脚を前後させることによって透明板10からの電波反射材12の距離を動かすことができる。

また、フィルム状又はシート状の電波反射材12は、例えば電波反射材12を支える枠体の角に直角方向に１本又は複数の脚を設けて透明板10の外部まで延ばし、その脚を前後可変させることによって透明板10からの電波反射材12の距離を動かすことができる。また、その脚をシリンダーで固定し、そのシリンダーに外部からホースで接続し、シリンダー内の圧力の調整にて距離を動かすことができる。この場合、圧力調整用の液体は、吸収体の液体でなくとも良い。また、本発明の透光性電波吸収体は、２枚の透明板のどちらの方向からの電波に対しても同様の電波吸収性能があり、電波反射材12はシングルだけでなく、複数あっても良い。この場合は、複数の電波反射材12の中間に電波吸収に無関係の透明板等を設け、その透明板にそれぞれ電波反射材12の距離を動かすことができる脚やシリンダー等で固定することもできる。

外部接続口は、透光性電波吸収体内部の液体又はゾル状物質11を出入可能にするためのものであり、透明板に形成するのが好ましく、外部ポンプユニット等と接続して、液体の劣化や温度変化等をコントロールすることが可能となる。外部接続口は一つに限定するものではなく、循環するために複数の外部接続口を設けてもよい。また常時は止水栓として外部に接続せず、必要に応じて外部ポンプユニット等に接続してもよい。

特に、本発明に係る電波吸収体を円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術によるＥＴＣ施設のアイランドに使用して、両側のレーンからの電波を吸収することが必要になる場合には、本発明に係る透光性電波吸収体の液体又はゾル状物質11内に透光性を有する電波反射材12を２枚設けてそれぞれの透明板10からの距離を調整可能にすることもできる。または、液体又はゾル状物質11内に電波反射材12を２枚設けないで、背中合わせにして設置してもよい。

電波吸収は、その物質の持つ誘電特性、磁性特性、導電特性で左右されるため、透明板10の材質、厚さ、液体又はゾル状物質11の種類と厚さでその電波吸収特性が決まってくる。以下に透光性電波吸収体として実施する際の例を示す。なお円偏波送受信アンテナを用いた測定で評価している。

５ｍｍ厚のフロートガラス板間に、５％塩化カリウム液と１０％メタノール液の混合溶液を満たし、混合溶液層の厚さが１５ｍｍの透光性電波吸収体の斜入射特性を測定したのが図２のグラフである。測定はアーチ型測定器に円偏波送受信アンテナを装着し、入射角を１０度から６０度まで１０度ごとに変化させて、ネットワークアナライザーで４．５〜８ＧＨｚまでの電波の反射特性を測定した。角度の変化に関わらず特性変化のズレが大変少ない。このデータからフロートガラス板のインピーダンスと混合液体のインピーダンスがほぼ一致している。

前段落の斜入射特性測定データにおいて、ＥＴＣ用通信電波である5.8 GHzにおける性能をグラフにしたのが図3である。10〜50度までの角度において-31〜-47ｄBの性能を示した。

５mm厚のアクリル板間に、エチレングリコールを満たし、線径0.2Φで５mm目の金属ネットで構成した透光性電波吸収体で、アクリル板からの金属ネットの位置を変化させて、4.5〜8GHzの間で反射する電波吸収特性を測定したのが図4のグラフである。測定装置は、半径1.5メートルのアーチ式測定器を用い、入射角１０度、ネットワークアナライザー、円偏波送受信アンテナにて反射特性を測定したものである。アクリル板から金属ネットまでの距離を4.5〜2.5mmまで変化させた結果、ほぼ全帯域で-10ｄBがあり、エチレングリコール厚さが2.5mmでは、6.3GHｚ付近に-45ｄB近くの反射ピークを示し、6.5〜8.0GHｚで-35ｄBの超広帯域特性を示した。

５mm厚のフロートガラス板間に、水を満たし、線径0.2Φで５mm目の金属ネットで構成した透光性電波吸収体で、フロートガラス板からの金属ネットの位置を変化させて、4.5〜8GHzの間で反射する電波吸収特性を測定したのが図5のグラフである。金属ネットまでの水の層の厚さが4.0mmと3.5mm付近で反射量のピーク（吸収ピーク）が２山（双峰形）の特徴を示した。

前段落における水を、水＋プロピレングリコール２０％混合液にした透光性電波吸収体であり、同様に測定した結果が図6のグラフである。金属ネットまでの液体層の厚さが4.25mmの時に5.5GHz付近に-40ｄBの反射性能ピークを示した。

前々段落における水を、食塩水５％液にした透光性電波吸収体であり、同様に測定した結果が図7のグラフである。この特性は、金属ネットまでの液体層厚さの変化によっても大きく変化することが少なく、5.6〜5.9GHz付近に吸収ピークを持ち、金属ネットまでの4.75mmの液体層厚さでは5.9GHz付近に-40dBの反射特性を示した。

前段落における食塩水５％液を、塩化カリウム水５％にした透光性電波吸収体であり、円偏波送受信アンテナを用いた電磁波通信技術によるＥＴＣにおける斜入射特性を測定した結果が図8のグラフである。入射角を10〜60度まで変化させて反射特性を測定したものであり、グラフ図は、その斜入射性能を基準周波数5.8GHzで拾って角度毎に表したデータである。入射角度変化に変化しにくい特徴を考慮してより適正な液体層厚さを選んだ結果、-32〜-42ｄBの性能を示した。

５mm厚のフロートガラス板間に、食塩水５％液を満たし、線径0.2Φで５mm目の金属ネットで構成した透光性電波吸収体で、金属ネットの位置を変化させて、フロートガラスから金属ネットまでの液体層厚を3mmから7mmと変化させたときの電波反射特性を図9に示した。液体層厚が４mm以上になると、電波反射特性が大きく変化することがない。このことは電波吸収物質層厚が電波の浸入深さ以上となることにより金属ネットを必要としないことを示した。

10・・透明板、11・・液体又はゾル状物質、12・・電波反射材

Claims

電波侵入深さ以上の間隔をおいて向かい合わせた２枚の透明板間に透光性を有する液体又はゾル状の電波吸収物質を封入し、透明板の電波インピーダンスと液体又はゾル状物質の電波インピーダンスを整合させることにより、透明板の反射波と内部からの反射波で位相と振幅を互いに打ち消しあうようにし、一方の透明板に入射する電波を吸収し、かつもう一方の透明板に入射する電波も吸収する両面吸収性能を持つことを特徴とする透光性電波吸収体。
電波侵入深さ未満の間隔をおいて向かい合わせた２枚の透明板間に透光性を有する液体又はゾル状の電波吸収物質を封入した電波吸収体において、液体又はゾル状物質中に透光性を有する電波反射材を設け、この電波反射材を移動可能にしたことを特徴とする透光性電波吸収体。
前記電波反射材を、電波反射性を有するネットにしたことを特徴とする請求項２に記載の透光性電波吸収体。
前記液体又はゾル状物質を出入可能にする外部接続口を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載した透光性電波吸収体。