電磁波吸收體的制作方法
【專利摘要】一種電磁波吸收體，該電磁波吸收體包括矩形板狀部，所述矩形板狀部具有一表面，所述表面包括在所述板狀部中央處的平坦空間和圍繞所述平坦空間的多個長方形空間，在每個長方形空間上設(shè)置有至少一個具有長方形底面的棱錐形或楔形部，并且沿著所述板狀部的周邊內(nèi)側(cè)布置所述板狀部的表面的所述多個長方形空間，使得所述多個長方形空間中的任一個的長邊與所述多個長方形空間中與其相鄰的另一個長方形空間的短邊鄰接，同時在所述板狀部的中央處留出所述平坦空間。
【專利說明】電磁波吸收體
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電磁波吸收體，更具體來說涉及一種對傾斜入射角和法向入射角都具有優(yōu)異吸收性能的小尺寸電磁波吸收體。
【背景技術(shù)】
[0002]先進信息社會的最新發(fā)展，已帶來了下述問題:即從各種類型的通訊設(shè)備和電子設(shè)備發(fā)出的弱電磁輻射，在電視機和收音機、通訊設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、輪船、飛機等中使用的儀器和其他元件中弓I起故障(電磁干擾(EMI))，并且存在著建立電磁輻射發(fā)射的國際法規(guī)的需求。因此，已經(jīng)要求產(chǎn)生能夠引起EMI的噪音的各種類型的通訊設(shè)備、個人計算機等的制造商準(zhǔn)確測量來自于其電子元件的噪音，以便對EMI采取措施。也就是說，對使用高性能儀器準(zhǔn)確測量來自于電子元件等的非常弱的電磁輻射以及防止有害電磁輻射發(fā)射的措施，是有需求的。在這里遇到的問題是測量電磁輻射的環(huán)境。為了準(zhǔn)確測量非常弱的電磁輻射，需要不受任何諸如噪音的外來干擾的高性能電波暗室。
[0003]常用于電波暗室的電磁輻射吸收體(在后文中稱為波吸收體或簡稱為吸收體)是一體模制的結(jié)構(gòu)，如圖1A和IB中所示，其具有板狀部I和多邊棱錐形或楔形部2。這些波吸收體是通過電磁波吸收材料的膨脹模制來制造的介電損耗結(jié)構(gòu)，所述電磁波吸收材料包含諸如聚氨酯、聚苯乙烯或聚丙烯的合成樹脂和諸如碳的導(dǎo)電材料。已知由鐵氧體瓦和置于鐵氧體瓦上的介電損耗類型的波吸收體構(gòu)成的雜合波吸收體，即使在介電損耗結(jié)構(gòu)的高度減小的情況下也表現(xiàn)出良好的輻射吸收特性，這是由于IOOMHz或以上的高頻范圍內(nèi)的電磁波被介電結(jié)構(gòu)所吸收，而低頻范圍內(nèi)的電磁波被鐵氧體瓦、即磁吸收體所吸收。使用這種雜合的波吸收體，提供了較小尺寸的電波暗室。
[0004]對于多邊棱錐形波吸收體已做出大量提議。例如，JP2000-188513A公開了由鐵氧體瓦和具有楔形或棱錐形狀的上部吸收體構(gòu)成的波吸收體，上部吸收體是包含在IMHz或更高頻率下具有4.9或以下的相對電容率的通用型樹脂以及分散在樹脂中的鐵氧體粉的模制部。波吸收體被描述為在上部吸收體的高度等于常規(guī)波吸收體的高度的情況下能夠吸收更高頻率的波。JP2000-188513A還公開了具有4個棱錐形部的板，所述棱錐形部的底面一體地彼此連接，所述板在中央處及其四條側(cè)邊的每條邊上具有用于螺絲固定的部分(例如通孔)，使得所述吸收體可以被牢固地固定，以容易地構(gòu)造電波暗室。
[0005]JP2000-188513A的結(jié)構(gòu)對于法向入射的電磁輻射具有優(yōu)異的吸收特性。然而，在實際電磁輻射測量中，電磁波以一定角度入射在電波暗室的頂棚和側(cè)壁上。例如，在IOm的電波暗室中入射角約為40°。為了滿足對較小尺寸的高性能電波暗室的最新要求，需要對傾斜入射以及法向入射都具有吸收性能的波吸收體。在JP2000-188513A中描述的吸收體的棱錐形狀的所有面具有相同的傾斜角，其設(shè)計的重點放在法向入射上，對傾斜入射特性沒有給予過多考慮。
[0006]如圖1A和IB中所示，為了提供JP2000-188513A的具有用于螺絲固定的通孔的結(jié)構(gòu)，相鄰的棱錐形部2必須以預(yù)定間隔布置在板狀部I上，并且應(yīng)該在板的中央處設(shè)置平坦部分。這樣的波吸收體布置方式涉及到由于這些平坦部分上的反射造成的吸收性能下降，并且吸收性能的下降應(yīng)該通過例如增加棱錐形部2的高度來補償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種對傾斜入射和法向入射都具有優(yōu)異吸收特性，并適用于設(shè)計小尺寸且高性能電波暗室的電磁波吸收體。
[0008]作為深入調(diào)查的結(jié)果，本發(fā)明人基于他們的下述發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了本發(fā)明:通過如下所述的構(gòu)造，獲得了盡管小但仍不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的法向入射特性而且表現(xiàn)出改善的傾斜入射特性的波吸收體:
[0009]一種電磁波吸收體，該電磁波吸收體包括矩形板狀部，所述矩形板狀部具有表面，所述表面包含在板狀部中央處的平坦空間以及圍繞所述平坦空間的多個長方形空間，在每個長方形空間上設(shè)置有至少一個具有長方形底面的棱錐形或楔形部，
[0010]其中，沿著所述板狀部的周邊內(nèi)側(cè)布置所述板狀部的表面的多個長方形空間，使得所述多個長方形空間中的任一個的長邊與所述多個長方形空間中與其相鄰的另一個長方形空間的短邊鄰接，同時在板狀部的中央處留出所述平坦空間。
[0011]在每個長方形空間上設(shè)置兩個或以上各自具有長方形底面的棱錐形或楔形部的情況下，優(yōu)選地，兩個或以上棱錐形或楔形部以在其之間沒有平坦部分的方式，沿著其底面的邊彼此接觸。
[0012]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，通過在矩形板狀部上，沿著板狀部的周邊內(nèi)側(cè)，以在板狀部的中央處留出平坦空間的同時一個棱錐形或楔形部的矩形底面的長邊與相鄰的棱錐形或楔形部的矩形底面的短邊鄰接的方式，布置多個(例如4個)長方形棱錐形或楔形部，而獲得盡管小但仍不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的法向入射特性而且表現(xiàn)出改善的傾斜入射特性的波吸收體。因此，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種波吸收體，該波吸收體包括矩形板狀部和多個(例如4個)長方形棱錐形或楔形部，其中，沿著板狀部的周邊內(nèi)側(cè)，以在板狀部的中央處留出平坦空間的同時一個棱錐形或楔形部的長方形底面的長邊與相鄰的棱錐形或楔形部的長方形底面的短邊鄰接的方式，布置所述多個長方形棱錐形或楔形部。
[0013]本發(fā)明的波吸收體具有下述幾何形狀:以在板狀部的中央處留出平坦空間的同時一個長方形空間的長邊(在優(yōu)選實施例的情況下為一個棱錐形或楔形部的長方形底面的長邊)與相鄰的長方形空間的短邊(在優(yōu)選實施例的情況下為相鄰的棱錐形或楔形部的長方形底面的短邊)鄰接的方式，布置多個長方形空間(在優(yōu)選實施例的情況下為多個長方形棱錐形或楔形部)。由于長方形空間(在優(yōu)選實施例的情況下為棱錐形或楔形部)以其之間沒有可以反射電磁波的平坦部分的方式彼此接觸，因此即使尺寸減小，波吸收體也獲得優(yōu)異的波吸收性能。因為中央平坦空間可以用作固定緊固件等的部分，所以使用這種幾何形狀維持了構(gòu)造電波暗室的容易性。由于每個矩形棱錐形或楔形部的面的傾斜角在相鄰面之間不同，因此吸收體對電磁波的傾斜入射表現(xiàn)出改善的吸收性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1A和IB示出了現(xiàn)有波吸收體的形狀，其中圖1A是頂視圖，圖1B是透視圖。
[0015]圖2A和2B示出了根據(jù)本發(fā)明的波吸收體的一個實施例，其中圖2A是頂視圖，圖2B是透視圖。
[0016]圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明的波吸收體的另一個實施例，其中在矩形板狀部的表面的每個長方形空間上設(shè)置各自具有長方形底面的兩個楔形部，其中圖3A是頂視圖，圖3B是透視圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明
[0018]1:板狀部
[0019]2:棱錐形部
[0020]4:平坦部分
[0021]5:矩形棱錐形(楔形)部
【具體實施方式】
[0022]在圖2A和2B中示出本發(fā)明的波吸收體的實施例，其中，沿著板狀部I的周邊內(nèi)偵牝以在板狀部I的中央處留出平坦空間4的同時一個棱錐形部5的長方形底面的長邊與相鄰的棱錐形部5的長方形底面的短邊鄰接的方式，在板狀部I上布置具有長方形棱錐形狀(或具有長方形底面的楔形)的四個模制部5。根據(jù)這種構(gòu)造，由于在確保用于固定錨定緊固件的平坦空間4的同時，使相鄰的棱錐形部5之間的平坦空間最小化，因此將電磁波在平坦空間上的反射降至最低，從而改進了波吸收性能。此外，由于圍繞平坦空間4的面的傾斜角在相鄰面之間不同，因此也提高了對電磁輻射的傾斜入射的吸收性能。盡管對矩形棱錐形狀的幾何構(gòu)造沒有特別限制，但矩形底面的長短比(長邊與短邊之比)在1.02至1.5的范圍內(nèi)是優(yōu)選的。在這一范圍內(nèi)的長短比確保了傾斜入射和法向入射特性的改進。在長短比小于1.02時，構(gòu)造電波暗室的容易性可能降低，并且可能無法獲得足夠的傾斜入射特性。當(dāng)長短比超過1.5時，中央平坦空間4可能引起波反射問題。理想情況下，能夠用于本發(fā)明的緊固件由低反射材料制成。
[0023]在圖3A和3B中示出本發(fā)明的波吸收體的另一個實施例。在該實施例中，將在圖2A和2B中示出的長方形棱錐形部的每一個，都以在板狀部I上布置8個楔形部的方式，縱向分成兩個部分，所述楔形部的底面具有增加的長短比。按照這種構(gòu)造，與圖2A和2B的構(gòu)造相比，每單位空間體積的吸收體的體積比增加，并且結(jié)果，在從IGHz至10吉赫茲左右的相對低頻率范圍內(nèi)的波吸收特性得到改進。此外，由于構(gòu)成吸收體的楔形部的布置比圖2A和2B中更密集，因此對短波長(20GHz或以上的頻率)的電磁波的吸收性能得到改進。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的波吸收體構(gòu)造成多個、基本上為4個具有長方形底面的長方形棱錐形(或楔形)部5布置在板狀部I上，同時在板狀部I的中心中留出平坦的正方形空間4。分割單位矩形棱錐的方式不限于圖3A和3B中所示的方式，只要單位矩形棱錐的底面的長短比落于上述范圍之內(nèi)即可。也就是說，單位矩形棱錐可以被分成兩個以上的矩形棱錐，并且可以沿著底面的縱向方向或與縱向方向垂直的方向分割。
[0025]盡管對本發(fā)明的波吸收體的高度沒有特別限制，但本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用于高度為200mm或以下的小尺寸波吸收體。
[0026]在本發(fā)明中使用的長方形棱錐形部可以由任何已知的電磁波吸收材料模制。本發(fā)明適用于由介電損耗材料和磁損耗材料中的任一種制造的波吸收體。波吸收體可以是由磁吸收材料例如鐵氧體瓦制成的板狀部和由介電損耗材料制成的長方形棱錐形部構(gòu)成的雜合類型，或者板狀部和矩形棱錐形部可以由相同材料制成。
[0027]有用的介電損耗材料的實例包括:樹脂類材料，例如含碳發(fā)泡聚氨酯、含碳發(fā)泡聚苯乙烯和含碳發(fā)泡聚丙烯；以及其中分散有碳的無機材料(例如水泥、氧化鋁、氧化鋯和氧化硅)。這些材料可以模制成實心或空心形狀。或者，可以通過組裝由各自含有碳或鍍有碳層的樹脂材料、無機材料(例如氧化鋁、氧化鋯或氧化硅)、紙等材料制成的板狀模制零件，以形成空心的長方形棱錐。碳材料的實例包括石墨、炭黑和碳納米管。
[0028]常用的磁損耗材料的實例包括含有鐵氧體粉的樹脂和含有鐵氧體粉的無機材料，其被模制成實心或空心形狀?？梢酝ㄟ^組裝由各自含有鐵氧體粉或鍍有鐵氧體層的樹脂材料，無機材料例如氧化鋁、氧化鋯、氧化硅，紙等的材料制成的板狀模制零件，以形成空心的長方形棱錐。鐵氧體粉的實例包括尖晶石鐵氧體例如N1-Zn鐵氧體、L1-Zn鐵氧體和Mn-Zn鐵氧體。
[0029]所述的優(yōu)選電磁波吸收材料是主要含有水泥和碳納米管的材料。當(dāng)使用這種材料時，波吸收體通常通過下列步驟來生產(chǎn):將碳納米管與分散介質(zhì)例如水混合到水泥原材料中，然后攪拌以制備漿液，將得到的水泥漿液倒入到模具中，根據(jù)水泥的凝固條件在受控的溫度和濕度下將水泥在規(guī)定的時間凝固以使水泥硬化，并將硬化料團從模具中取出。由于省略了陶瓷材料所需的燒結(jié)步驟，因此不涉及與燒結(jié)相關(guān)的問題，例如由于收縮造成的尺寸變化和碳納米管的燃燒，并且獲得了不可燃燒和功率持久的波吸收體。此外，基于通過水泥基質(zhì)的空隙中的水中存在的離子的離子性導(dǎo)電和利用波吸收性碳納米管形成的導(dǎo)電通路，由這種材料制成的波吸收體即使在使用較少量碳時也表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電特性。在由這種材料制成的吸收體中，存在著彼此電絕緣并各自由多個碳納米管形成的導(dǎo)電通路，從而提供了基于電阻損耗和介電損耗而表現(xiàn)出優(yōu)異介電特性的電阻器/電容器(電容)混合結(jié)構(gòu)。因此，在介電特性占主導(dǎo)地位的從幾至幾十吉赫茲的頻率范圍內(nèi)和導(dǎo)電特性占主導(dǎo)地位的從幾十至幾百吉赫茲的頻率范圍內(nèi)，即使具有小尺寸，吸收體也獲得優(yōu)異的輻射吸收特性。
[0030]實施例
[0031]現(xiàn)在將參考實施例對本發(fā)明進行更詳細(xì)說明，應(yīng)該理解，下面的描述是示例性的而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0032]實施例1
[0033]向100份(以重量計，后文中相同)波特蘭水泥加入30份水和2.0份(相對于獲得的波吸收體的總重量為2.0重量％)的長度為5 μ m的碳納米管，然后與分散劑一起捏合以制備漿液。將漿液澆在模具中并在室溫下硬化，以得到具有圖2A和2B中示出的形狀的模制塊(波吸收體)，在該模制快中，在平板的中央處留出尺寸為5mm乘以5mm的平坦空間的同時，在尺寸為IOOmmX IOOmmX 15mm (厚度)的平板上，以一個棱錐的矩形底面的長邊與相鄰棱錐的矩形底面的短邊鄰接的方式，布置底面尺寸各自為52.5_乘以47.5_并且高度為180mm的四個矩形棱錐。以這種方式制造總共36個波吸收體,并排列在延伸600mm乘以600mm的網(wǎng)格中。通過下文中描述的方法來評價吸收體陣列對法向入射和傾斜入射的電磁波吸收性能。在表I中示出獲得的結(jié)果。
[0034]比較例I
[0035]除了棱錐的幾何形狀和布置方式之外，使用與實施例1中相同的材料和相同的方法來制造波吸收體。也就是說，將底面的每個邊長為45mm并且高度為180mm的四個正方棱錐放置成從平板(IOOmmX IOOmmX 15mm (厚度))的4條邊向內(nèi)2.5mm,同時在相鄰棱錐之間具有5mm的間隙(平坦空間)。以這種方式制造總共36個波吸收體,并排列在延伸600mm乘以600_的網(wǎng)格中。通過與實施例1中所使用的相同的方法來評價吸收體陣列對法向入射的電磁波吸收性能。在表1中示出結(jié)果。
[0036]比較例2
[0037]除了以其間沒有間隔的方式在平板上放置底面每個邊長為50mm并且高度為180mm的四個正方棱錐之外，使用與比較例I中相同的材料和相同的方法來制造波吸收體。以這種方式制造總共36個波吸收體,并排列在延伸600mm乘以600mm的網(wǎng)格中。通過與實施例I中所使用的相同的方法來評價吸收體陣列對傾斜入射的電磁波吸收性能。在表1中不出結(jié)果。
[0038]電磁波吸收特性的評價:
[0039]在法向入射(入射角=0° )的電磁波吸收特定的評價中，通過電介質(zhì)透鏡將從喇叭天線發(fā)射的電磁輻射校準(zhǔn)為平面波，以便垂直地導(dǎo)向吸收體。在傾斜入射角的吸收特性的評價中，以與用于法向入射特性的評價相同的方式，通過電介質(zhì)透鏡將從喇叭天線發(fā)射的電磁輻射校準(zhǔn)成平面波，并將平面波以5°、30°和45°的入射角導(dǎo)向吸收體。測量頻率范圍為I至IlOGHz0
[0040]從表1可以看出，實施例1的波吸收體在I至IlOGHz的整個測量頻率范圍內(nèi)、特別是在高頻范圍內(nèi)，對法向入射(入射角=0° )表現(xiàn)出優(yōu)異的輻射吸收特性。相反，具有布置成在其間具有間隙的棱錐形部的比較例I的吸收體，被證實在整個測量頻率范圍內(nèi)，在輻射吸收特性方面不如實施例1的吸收體，并且特別是在5GHZ或以下的頻率范圍內(nèi)無法獲得足夠的吸收特性。這被認(rèn)為是歸因于電磁波在棱錐形部之間的平坦部分(間隙)上的反射。
[0041]實施例1的吸收體還被證明在每個測量頻率下以每種入射角度，在電磁輻射吸收性能方面都優(yōu)于具有以其間沒有間隔的方式布置在平板上的棱錐形部的比較例2的吸收體。
[0042]這些結(jié)果證實，本發(fā)明提供了一種在維持電波暗室構(gòu)建的容易性同時，在法向入射和傾斜入射特性方面優(yōu)異的小尺寸電磁波吸收體。
[0043]表1
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種電磁波吸收體，該電磁波吸收體包括矩形板狀部，所述矩形板狀部具有一表面，所述表面包括在所述板狀部中央處的平坦空間和圍繞所述平坦空間的多個長方形空間，在每個所述長方形空間上設(shè)置有至少一個具有長方形底面的棱錐形或楔形部， 其中，沿著所述板狀部的周邊內(nèi)側(cè)布置所述板狀部的所述表面的所述多個長方形空間，使得所述多個長方形空間中的任一個的長邊與所述多個長方形空間中與其相鄰的另一個長方形空間的短邊鄰接，同時在所述板狀部的中央處留出所述平坦空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁波吸收體，在所述矩形板狀部上包括多個各自具有長方形底面的棱錐形或楔形部，其中，以在所述板狀部的中央處留出所述平坦空間的同時所述棱錐形或楔形部中的任一個的長方形底面的長邊與所述棱錐形或楔形部中與其相鄰的另一個棱錐形或楔形部的長方形底面的短邊相鄰接的方式，沿著所述板狀部的周邊內(nèi)側(cè)布置所述多個棱錐形或楔形部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁波吸收體，其中，所述多個長方形空間的每一個的長邊長度與短邊長度之比是1.02至1.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁波吸收體，其中，所述多個棱錐形或楔形部的每一個的所述長方形底面的長邊長度與短邊長度之比是1.02至1.5。
【文檔編號】H05K9/00GK103547134SQ201310288187
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】廣瀬敬太 申請人:株式會社理研