刊行にあたって
本書は,電波吸収体技術について,その基礎理論から各種設計法・測定法および次世代の電波吸収体に関する研究・開発事例を数多く紹介しまとめたものである。21世紀に入り携帯電話等のますますの普及により,電波環境は,電波洪水といってよいほど悪化の一途をたどり,この悪化する電波環境を改善するための各種電波吸収体の必要性はますます高まってきている。
このような背景において,さまざまな付加特性有する電波吸収体の研究・開発が活発に行われ,野外・室内における電波環境改善のために利用されている。しかし電波吸収体の開発においては,使用目的に応じてその要求性能に,電波特性として,広帯域特性,広角度特性,両偏波特性,ミリ波対応等だけでなく,付加特性として薄型,軽量,強度,耐環境性,施工性,安価,耐熱性等とさまざまな特性が求められるのが現状である。
そこで本書は,電波吸収体技術を幅広く紹介することを主な目的とし,まずその基礎となる設計法・測定法に関して,狭帯域電波吸収体や広帯域電波吸収体,そしてミリ波電波吸収体の設計法や,材料探索の上で欠かすことのできない複素誘電率や複素透過率の測定法,さらに製作された電波吸収体の吸収量の評価法について説明する。そして,電子部品レベルからITS用,さらにITビル用の各種の最先端の電波吸収体に対する研究・開発について,開発経緯,電波的特徴,付加的特徴,技術的課題等を紹介する。
使用目的の中でも,基板からのノイズ対策用としての近傍界用電波吸収体,室内無線LANにおける室内用電波吸収体,さらにETCやDSRCにおける野外用電波吸収体は,その需要がますます高まりつつあり,本書でも多くの開発例を紹介している。以上,本書の特徴や内容について説明したが,ここで説明する電波吸収体の基礎理論や測定法,さらに種々の研究・開発事例が,現在,電波吸収体技術の研究・開発に携わっている方々に,少しでもお役に立てれば幸いである。
2003年2月 青山学院大学 橋本 修
本書は2003年に『次世代電波吸収体の技術と応用展開』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。
著者一覧
宗 哲 横浜ゴム(株) 航空部品事業部 航空部品技術部 開発・電波グループ 主幹
栗原 弘 TDK(株) 電波エンジニアリング事業部 技術課 課長
戸高嘉彦 アジレント・テクノロジー(株) ソリューションセールスサポート部 マイクロウェーブ システムグループ シニアコンサ
ルタント
近藤昭治 (株)関東電子応用開発 常任顧問
東田 豊 (財)ファインセラミックスセンター 材料技術研究所 主任研究員
山下正己 東洋化学(株)
小川共三 日立金属(株)
岩井 通 住友電気工業(株) IT技術研究所 主席
伊藤耕一 (株)イーエムエフ 開発部 開発部長
佐野秀文 日清紡テンペスト(株) システムデザイン課 チーフ
元島栖二 岐阜大学 工学部 応用化学科 教授
村上理一 徳島大学 工学部 機械工学科 教授
粟倉由夫 NECトーキン(株) ファンクショナルデバイス事業部 開発センター 第1開発グループ
齋藤章彦 大同特殊鋼(株) 技術開発研究所 電磁材料研究部 磁性材料研究チーム 主任研究員
筒井和久 大同特殊鋼(株) 技術開発研究所 電磁材料研究部 磁性材料研究チーム 副主任研究員
竹井晴彦 FDK(株) コンポーネント事業部 高周波部品部 部長
近田淳二 FDK(株) コンポーネント事業部 高周波部品部 第1技術課 主任
花澤理宏 青山学院大学 理工学部 電気電子工学科
神田和典 日本ペイント(株) 技術戦略企画部 課長
ウィグナラージャ シバクマラン 大成建設(株) 技術センター Senior Research Engineer
寺西 学 FDK(株) コンポーネント事業部 高周波部品部 第1技術課
秋山哲志 FDK(株) コンポーネント事業部 高周波部品部 第1技術課
田畑隆司 E&Cエンジニアリング(株) 開発部 シニアエンジニア
遠藤哲夫 (株)熊谷組 技術研究所 音・電磁環境研究グループ 係長
伊藤晶彦 凸版印刷(株) 総合研究所 材料技術研究所
芳賀 知 技術研究組合 超先端電子技術開発機構 電子SI技術研究部 筑波研究センタ 主幹研究員
小野裕司 NECトーキン(株) ファンクショナルデバイス事業本部 EMCデバイス事業部 応用製品開発部
橋本康雄 TDK(株) 基礎材料研究所 部長
長 勤 TDK(株) 基礎材料研究所 課長
国島武史 (株)竹中道路 竹中技術研究所 建設技術開発部 主任研究員
岩田武夫 日本道路公団 施設部 施設企画課 調査役
工藤敏夫 三菱電線工業(株) 技術本部 総合研究所 所長付
松藤茂雄 (株)イーエムエフ 開発部 主査
川崎 徹 (有)カワサキテクノリサーチ 代表取締役
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1.はじめに
2.使用例
3.設計
4.最新動向
4.1 遠方電磁界の場合
4.2 近傍電磁界の場合
【Ⅰ材料・設計編】
第1章 狭帯域電波吸収体
1.狭帯域電波吸収体の吸収性能
2.誘電損失材料を使用した場合
3.磁性材料を使用した場合
4.1/4λ型電波吸収体
第2章 広帯域電波吸収体
1.はじめに
2.広帯域電波吸収体
2.1 広帯域特性に優れた電波吸収体の設計例
2.2 両偏波特性に優れた電波吸収体の設計例
3.超広帯域電波吸収体
3.1 各種電波暗室の動向
3.2 EMI・EMS電波吸収暗室広帯域電波吸収体
3.3 マイクロ波・ミリ波電波暗室用超広帯域電波吸収体
4.おわりに
第3章 ミリ波電波吸収体
1.はじめに
2.技術課題
3.誘電損失電波吸収体
3.1 設計方法
3.2 製作方法
3.3 吸収特性
4.磁性損失電波吸収体
4.1 製作試料
4.2 材料定数
4.3 設計チャート
5.抵抗皮膜電波吸収体
5.1 設計製造法
5.2 吸収特性
【Ⅱ測定法編】
第4章 材料定数の測定法
1.同軸、導波管法
1.1 はじめに
1.2 測定原理
1.2.1 導波管法
1.2.2 同軸法
1.3 計算モデル(algorithm)の種類
1.3.1 Nicolson-Ross,Weirモデル(εr* ,μr*)
1.3.2 Baker-Jarvis(NIST Precision)モデル(εr*)
1.3.3 NIST Fastモデル(εr*)
1.3.4 Short Back/ショート終端モデル(εr*)
1.3.5 Arbitrary Back/任意終端モデル(εr*)
1.3.6 Single-Double/ショート終端-2回モデル(εr* & μr*)
1.3.7 その他(非破壊測定法)
1.4 誤差要因と対策
1.4.1 計算モデルによる計算結果の差異
1.4.2 S21 Insertion Loss(挿入損失),S21 Phase Shiftの最適化
1.4.3 エアギャップ(隙間)及び試料寸法誤差の与える影響
1.4.4 試料長の計測誤差の与える影響
1.4.5 挿入試料の傾き、ゆがみ、たわみ
1.4.6 高次モードの影響
1.4.7 校正後のVNAの残留誤差(Uncertainty) とDynamic Accuracyによるもの
1.5 VNA(ベクトル・ネットワークアナライザ)校正と工夫
1.5.1 VNA校正時の工夫-導波管サンプルホルダの場合
1.5.2 VNA校正時の工夫-同軸サンプルホルダの場合
1.5.3 校正後の校正面のずれと空気を使用した微調整
1.5.4 同軸-同波管変換器の先にストレートセレクションを加える
1.5.5 コネクタモンキーの使用
1.5.6 同軸コネクタの変換アダプタは極力使用しない
1.6 複素誘導率、複素透磁率の計算例
2.空洞共振器法
2.1 測定の概要
2.2 測定の原理
2.3 測定の実際
3.自由空間法
3.1 ホーンアンテナ法
3.1.1 測定の概要
3.1.2 反射波の測定
3.1.3 推定法
3.1.4 測定の実際
3.2 レンズ法
3.2.1 レンズ法の概要
3.2.2 システムの概説
3.2.3 システム設計
3.2.4 システムの実現
3.2.5 測定
3.2.6 誤差要因に関する考察
3.2.7 おわりに
第5章 電波吸収量の測定法
1.メガHz-VHF・UHF帯における測定
1.1 はじめに
1.2 導波管内で行う方法
1.3 自由空間で行う方法
1.4 おわりに
2.ギガHz帯における測定
2.1 はじめに
2.2 点収束誘電体レンズ付きホーンアンテナによる装置の概要
2.3 測定原理
2.4 ネットワークアナライザのTRL校正
2.5 市販のミリ波電波吸収体の電波吸収特性測定例
2.6 おわりに
【Ⅲ 材料編】
第6章 ITS
1.耐熱性アクリル樹脂と磁性材料による電波吸収体
1.1 はじめに
1.2 アクリル樹脂マトリックスの特性
1.3 磁性材料と電波吸収体の特性
1.3.1 磁性材料の選定
1.3.2 設計
1.4 ITS用電波吸収体の要求性能
1.5 ITS用ハイブリッド電波吸収体
1.6 製品構成
1.7 製品の評価と試験
1.8 おわりに
2.軽量不織布型電波吸収体「EMファイバー」
2.1 吸収原理
2.2 構成と特徴
2.3 複素誘電率
2.4 吸収体特性例
2.5 吸音特性
2.6 電波吸収体の応用例
2.7 まとめ
3.弾性エポキシ電波吸収体
3.1 はじめに
3.2 誘電率の実験式
3.3 吸収特性
3.3.1 試料
3.3.2 測定法
3.3.3 測定結果
3.4 温度特性
3.4.1 試料
3.4.2 測定方法
3.4.3 測定結果
3.5 耐候性
3.5.1 試料
3.5.2 測定法
3.5.3 測定結果
3.6 まとめ
4.エポキシ樹脂系電波吸収体
4.1 まえがき
4.2 吸収体の設計
4.3 複素比誘導率
4.3.1 測定試料
4.3.2 測定方法
4.3.3 測定結果
4.3.4 実験式
4.4 電波吸収性能
4.4.1 設計結果
4.4.2 測定試料
4.4.3 測定方法
4.4.4 測定結果
4.5 おわりに
5.ITS用吸音電波吸収体
5.1 はじめに
5.2 波吸収
5.3 構造
5.4 電波吸収特性
5.5 吸音率
5.6 吸音特性
5.7 おわりに
第7章 電子部品
1.カーボンマイクロコイルのGHz領域の電磁波吸収特性
1.1 はじめに
1.2 電磁波吸収材の種類
1.3 カーボンマイクロコイル(CMC)電磁波吸収特性
1.3.1 CMCの合成とそのモルフォロジー
1.3.2 微細構造及び電磁気的特性
1.4 電磁波吸収率の測定
1.4.1 測定法
1.4.2 プローブ法によるCMCの電磁波吸収率
1.4.3 導波管法によるCMCの電磁波吸収率
1.4.4 自由空間法によるCMCの電磁波吸収率
1.4.5 吸収材の複合化・多層化
1.4.6 CMC含有ビーズの作製と電磁波吸収率
1.5 CMCによる電磁波吸収メカニズム
2.室温で成膜した電磁波吸収機能を持つ透明なITO薄膜
2.1 はじめに
2.2 実験方法
2.3 実験結果および考察
2.3.1 室温で成膜したITO膜の電気特性および光学特性
2.3.2 室温で成膜したITO膜の電磁波遮蔽特性
2.4 おわりに
3.ノイズ抑制シート
3.1 はじめに
3.2 高周波ノイズ対策の難しさ
3.3 ノイズ制御シート
3.3.1 近傍界の波動インピーダンス
3.3.2 ノイズ抑制シートの設計
3.3.3 ノイズ抑制シート
3.4 ノイズ抑制シートの使用方法
3.5 ノイズ制御シートの適用事例
3.5.1 放射ノイズ法規制への対策
3.5.2 機能劣化、誤動作防止への対策
3.6 ノイズ制御シートの応用展開
3.6.1 期待されるバリエーション
3.6.2 次世代の面状ノイズ対策部品
3.7 まとめ
4.柔軟性ゴムシートによる電子機器の電磁干渉対策例
4.1 高度情報化社会
4.2 EMC(Electromagnetic Compatibility)問題の顕在化
4.3 EMC対策用材料としての従来の電波吸収体
4.4 最近の電波吸収体
4.5 EMC対策材の従来の評価法
4.6 柔軟性ゴムシートによる電磁干渉対策
4.7 主な柔軟性ゴムシートのEMC対策使用例
4.8 アンプ筐体内への貼付例
4.9 基板へゴムシートの貼付例
4.10 まとめ
5.高周波シート
5.1 背景
5.2 高周波シートの特徴・効果
5.3 適用事例
5.4 今後
6.ナビゲーション関連,移動体通信用ノイズ対策シート
6.1 はじめに
6.2 ゲル状フェライトシートの特徴と性能
6.2.1 CPUにおける対策事例
6.3 SAR対策用シート
第8章 ビル・建材・電波暗室
1.透明電波吸収体
1.1 はじめに
1.2 電波吸収体の透明化
1.3 L帯(1GHz帯)用透明電波吸収体
1.3.1 構成
1.3.2 製作方法
1.3.3 吸収特性
1.4 X帯(10GHz帯)用透明電波吸収体
1.4.1 構成
1.4.2 吸収特性
1.4.3 誤差
1.5 V(60GHz帯)用透明電波吸収体
2.オフィス用電磁波制御材料
2.1 オフィスを中心とした無線通信技術の現状
2.2 無線化オフィスのモデル
2.3 無線LANに対応した建築用材料
2.4 電磁環境対策の実例
2.5 おわりに
3.電波吸収外壁
3.1 背景
3.2 ゴースト障害の対策
3.3 電波吸収外壁によるゴースト対策
3.3.1 電波吸収体の作動原理
3.4 ゴースト障害対策用電波吸収外壁
3.4.1 フェライトタイル方式の電波吸収外壁
3.4.2 フェライトコンクリート方式の電波吸収外壁
3.4.3 低坑膜を利用した電波吸収外壁
3.4.4 テレビ電波吸収外壁の性能
3.5 最近開発された電波吸収外壁
3.5.1 導電体とフェライトタイルを使用した電波吸収外壁
3.5.2 施釉フェライトタイルを使用した電波吸収外壁
3.6 おわりに
4.テレビゴースト障害対策用外壁材(フェライトモルタル)
4.1 背景
4.2 フェライトモルタル電波吸収体
4.3 特徴
4.4 使用材料
4.5 吸収体設計
4.5.1 手法
4.5.2 材料特性
4.6 積層型フェライトモルタル
4.7 VHF~UHF帯異入射対応
4.8 UHF帯広帯域化(地上波デジタル放送への対応)
4.9 おわりに
5.セラミックによる高耐電力電波吸収体の新しい製法
5.1 はじめに
5.2 製品化されているセラミック系電波吸収体
5.3 次世代型セラミック系電波吸収体
5.4 おわりに
【Ⅳ 応用編】
第9章 インテリジェントビル(ITビル)
1.建築物における電波吸収体の利用
1.1 はじめに
1.2 室外からの電磁波ノイズによる電波干渉
1.2.1 障害発生の概要
1.2.2 電磁波シールド技術と電波吸収体
1.3 反射波による電波干渉
1.3.1 障害発生の概要
1.3.2 建物内装用電波吸収体
1.4 おわりに
2.周波数選択性電波吸収体
2.1 はじめに
2.2 周波数選択型電波吸収体
2.2.1 FSS(Frequency Selective surface)
2.2.2 設計方法
2.2.3 製作方法
2.2.4 吸収/シールド特性
2.3 薄型電波吸収体
2.3.1 FSSの電気的特性
2.3.2 設計チャート
2.3.3 製作方法
2.3.4 吸収量測定
第10章 携帯電話など小型デジタル機器
1.基板ノイズ対策
1.1 はじめに
1.2 デジタル機器のノイズ問題
1.3 電磁吸収体によるノイズ対策のポイント
1.4 LSI搭載プリント基板での放射ノイズ低減の検討例
1.4.1 テストプリント基板と放射特性
1.4.2 放射メカニズムの解明
1.4.3 軟磁性体シート,フェライト片装着の実験
1.4.4 特注試作品による効果確認
1.5 まとめ
2.極薄型ノイズ抑制シート
2.1 ノイズ対する作用
2.2 ノイズ抑制シートの特徴を活かした使用方法
2.3 イズ抑制シートの評価
2.4 ノイズ抑制シートの効果(視覚的)
2.5 極薄型ノイズ抑制シートの応用
2.6 おわりに -ノイズ抑制シート,その評価と実際-
3.高透磁率フィルム
3.1 はじめに
3.2 高周波磁気特性
3.3 軟磁性薄膜
3.4 まとめ
第11章 ETC
1.電磁波吸収舗装
1.1 はじめに
1.2 舗装材の電気的特性
1.3 電磁波吸収舗装の吸収原理(誘電損失、導電損失、磁性損失)
1.4 電磁波吸収舗装の設計
1.4.1 電波吸収性能の理論式
1.4.2 電気的特性の試験方法
1.4.3 舗装材としての力学的試験
1.4.4 電磁波吸収性能の設計(入射角-吸収性能)
1.5 施工事例(ETC料金所)
1.5.1 施工方式
1.5.2 対策効果の確認
1.6 今後の展開
2.ETC料金所用透明電波吸収体
2.1 はじめに
2.2 透明電波吸収体(抵抗皮膜を用いたλ/4型電波吸収体)
2.3 透明電波吸収体によるETCの電波環境整備
2.4 高角度対応透明電波吸収体
2.5 おわりに
3.ETC天井用ボード電波吸収体
3.1 まえがき
3.2 ETCシステムの概要
3.3 ETC用電波吸収体の要求特性
3.4 ETC用電波吸収特性の設計
3.4.1 伝送線理論による吸収特性の算出
3.4.2 FP吸収体のシミュレーション
3.4.3 FRPシートの効果
3.5 ETC天井用ボード電波吸収体量産品とその実測データ例
3.6 ETC天井用ボード電波吸収体の施工例
3.7 あとがき
4.専用狭域通信用電磁波吸収シート(DSRC)
4.1 まえがき
4.2 吸収シートの目標性能
4.3 吸収シートの設計
4.3.1 伝送線路理論
4.3.2 円偏波に対する電波吸収特性
4.4 吸収シートの設計例
4.4.1 材料定数(εr ,μr )の測定
4.4.2 磁性損失材添加量およびシート厚の決定
4.5 試作吸収シートの特性
4.5.1 直線偏波による測定評価
4.5.2 円偏波による測定評価
4.6 あとがき
5.ETCゲートパネル・マット
5.1 背景
5.2 吸電波パネル・マット
5.2.1 構造と特徴
5.2.2 特性
5.2.3 実施例
5.3 吸音吸電波パネル
5.4 今後
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