広帯域で高い吸収特性を示すJSEの電波吸収体

電波吸収体について

電波吸収体とは電磁波のエネルギーを熱に変換することで吸収する材料です。電波吸収体は、大きく分けて誘電損失タイプと磁性損失タイプの2種類があります。
誘電損失タイプは、ウレタンフォーム等の発泡性樹脂を基材として、カーボンなどの導電性材料を含有させたもので、古くから存在するタイプの吸収体です。

大別すると、電波暗室等で使用される、広帯域にわたり良好な電波吸収特性を持つピラミッド型あるいは楔型の立体的形状を持つ吸収体と、無線LANやETCなどの特定周波数、または比較的狭帯域に対応したシート型の吸収体があります。
ピラミッド型(楔型)吸収体には、様々な山の高さのピラミッドがあります。
一般に吸収体の厚み(山の高さ)は材料の誘電率、透磁率、吸収させようとする電磁波の周波数(波長)により決定されます。

自由空間を伝搬してきた電磁波が電波吸収体に入射する際には、吸収体表面のインピーダンスが自由空間の特性インピーダンス(377Ω)に近い値でないと表面での反射が起こり、吸収することができないのですが、この表面インピーダンスは、透磁率、誘電率と材料の厚み、周波数の関数です。誘電体の場合、透磁率(複素比透磁率)は1ですので省略できます。
この表面インピーダンスを計算してみると、周波数が低い程(波長が長い程)、大きな厚みが必要となる(ピラミッドの山が高くなる)ことが判ります。

また、ピラミッドあるいは楔等、電磁波の進行方向に対してテーパーがついているのは次のような理由によります。広帯域にわたり良好な電波吸収特性を得ようとすると、カーボン等の含有する導電性材料の濃度が進行方向に対し次第に濃くなるように、濃度を変えた平板型の吸収体を積層する必要があるのですが、現実に製造するのは大変な手間が掛かりコスト高になります。そこで単一濃度の吸収体を作り、形状にテーパーを付けることで実質的に多層型と同等の効果を持たせたものがピラミッド(楔)形状です。またこのような立体的な幾何学形状の吸収体は散乱効果を併せて期待できます。ピラミッド型(楔型)吸収体は、吸収させたい最低周波数に合わせた山の高さのものを選定しておけば、広帯域のため高い方の周波数はミリ波帯に至るまで良好な吸収性能を得ることができます。一方、単層の平板状吸収体は狭帯域の吸収特性しか示さない特徴があります。

特定の周波数でのみ良好な特性を示し、それ以外の周波数ではピラミッド型の吸収性能と比較するとかなり劣る性能になります。 特に薄型のシート状の吸収体は共振型と呼ばれ、特定の周波数の近傍しか吸収特性を示さない特徴があります。

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