CN107920461A - 电磁波吸收体及电磁波吸收体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁波吸收体及电磁波吸收体的制造方法。本发明涉及一种电磁波吸收体，其为其中包含软磁性材料的颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片状电磁波吸收体，其中电磁波吸收体满足关系：α≥1/5，其中α是由等式(1)给出的参数：α＝Ad(εμ)^0.5/(μ”+ε”μ/ε)，其中d是电磁波吸收体的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别为电磁波吸收体的介电常数、ε的损耗项、电磁波吸收体的磁导率和μ的损耗项，和A等于8×10⁴/π(Ω/m)。

Description

电磁波吸收体及电磁波吸收体的制造方法

技术领域

本发明涉及电磁波吸收体，更具体地，涉及设置在高频通信装置等中并吸收电磁波的片状电磁波吸收体，及其制造方法。

背景技术

在配备有用于处理输入信号并输出所得信号的处理电路的高频通信装置中，通常将处理电路容纳在金属外壳内，以防止外部电磁波对被处理的信号的影响和电磁波从高频通信装置泄露到外部。在这种情况下，存在在外壳内电磁波的传播和共振导致输入信号和输出信号之间的耦合(电磁耦合)的问题。外壳壁的金属材料是促进这种耦合的因素。由于通信频率的增加，这个问题现在特别显著。

在高频通信装置中，已知使外壳的内表面设置有片状电磁波吸收体作为降低诸如输入信号和输出信号之间等电路中的信号之间的耦合程度的手段。这种电磁波吸收体的实例是其中包含软磁性材料的颗粒分散在包含树脂材料等的基质中的电磁波吸收体。

例如，专利文件1中公开了用于高频放大器的技术，其中放大装置容纳于金属外壳内，引线与放大装置的输入侧和输出侧连接。通过在外壳的一对侧壁、顶壁和一对端壁中的至少之一的内侧和附近设置电磁波吸收体来防止输入侧和输出侧之间的电磁耦合。专利文件1公开了通过将由软金属制成的Fe-7Cr-9Al粉末以15～45体积％混合到聚氯乙烯橡胶中，并将得到的混合物辊压成厚度为0.5～1.5mm的片而得到的产物作为电磁波吸收体的实例。

专利文件1：JP-A-2002-164687

发明内容

通常，根据应当使由电磁波吸收体吸收的电磁波吸收能量(参照后述的等式(3))大的指导原则，设计用于通信装置的电磁波吸收体。如专利文件1所述，在使用其中包含软磁性材料的颗粒分散在基质中的材料的情况下，由电磁波吸收体的材料本身确定的通过电磁波吸收体吸收的吸收能量取决于颗粒和基质的组成以及颗粒的直径、形状、含量(填充率(filling factor))等。

然而，据本发明人所知，可能出现这样的情况：即使使用能够吸收大量能量的材料形成的电磁波吸收体也不能有效地用于衰减高频通信装置中的电磁波，这取决于例如电磁波吸收体的厚度。也就是说，在设计用于衰减电磁波的电磁波吸收体时，电磁波吸收体的吸收能量不一定是良好的指标。

本发明的目的是提供在高频通信装置中在衰减电磁波方面高度有效的电磁波吸收体，以及能够设计并制造此类电磁波吸收体的制造方法。

也就是说，本发明涉及以下第(1)至第(10)项。

(1)一种电磁波吸收体，其为其中包含软磁性材料的颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片状电磁波吸收体，

其中电磁波吸收体满足关系：α≥1/5，其中α是由等式(1)给出的参数：

α＝Ad(εμ)^0.5/(μ”+ε”μ/ε)···(1)

其中d是电磁波吸收体的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别为电磁波吸收体的介电常数、ε的损耗项、电磁波吸收体的磁导率和μ的损耗项，和A等于8×10⁴/π(Ω/m)。

(2)根据(1)所述的电磁波吸收体，其中α满足关系：m+1/5≤α≤m+4/5，其中m为0以上的整数。

(3)根据(2)所述的电磁波吸收体，其中m等于0。

(4)根据(1)至(3)任一项所述的电磁波吸收体，其中电磁波吸收体的厚度为1μm以上且20mm以下。

(5)根据(1)至(4)任一项所述的电磁波吸收体，其中所述电磁波吸收体中以30体积％以上的量含有包含软磁性材料的颗粒。

(6)根据(1)至(5)任一项所述的电磁波吸收体，其中所述电磁波吸收体用于衰减频率为1GHz以上且100GHz以下的电磁波。

(7)一种电磁波吸收体的制造方法，该电磁波吸收体为其中包含软磁性材料的颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片状电磁波吸收体，该方法包括：

设计电磁波吸收体以满足关系：α≥1/2-Δ，其中α是由等式(1)给出的参数：

α＝Ad(εμ)^0.5/(μ”+ε”μ/ε)···(1)

其中d是电磁波吸收体的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别为电磁波吸收体的介电常数、ε的损耗项、电磁波吸收体的磁导率和μ的损耗项，A和Δ是根据期望的电磁波衰减率(attenuation factor)设定的常数。

(8)根据(7)所述的电磁波吸收体的制造方法，其中设计电磁波吸收体使得α满足关系：m+1/2-Δ≤α≤m+1/2+Δ，其中m为0以上的整数。

(9)根据(8)所述的电磁波吸收体的制造方法，其中m等于0。

(10)根据(7)至(9)任一项所述的电磁波吸收体的制造方法，其中A等于8×10⁴/π(Ω/m)，和Δ等于3/10。

在根据本发明的电磁波吸收体中，根据等式(1)计算的参数α满足关系：α≥1/5。等式(1)和不等式α≥1/5是不仅考虑通过电磁波吸收体吸收的电磁波吸收能量而且考虑从电磁波吸收体的表面反射的电磁波和入射到电磁波吸收体的内部之后反射的电磁波之间的干涉(interference)而导出的公式。这使得可以通过涉及电磁波吸收体的厚度和根据应用频率而变化的干涉条件的设计程序来制造能够以高效率衰减电磁波的电磁波吸收体。

在参数α满足以下关系的情况下：m+1/5≤α≤m+4/5，其中m为0以上的整数，不仅考虑入射到电磁波吸收体的内部之后反射的电磁波与具有在一个波长以内的相位差的从电磁波吸收体的表面反射的电磁波相干涉的情况，而且考虑入射到电磁波吸收体的内部之后反射的电磁波与具有大于一个波长的相位差的从电磁波吸收体的表面反射的电磁波相干涉的情况，并且还考虑在相对于电磁波的波长较薄的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响和在相对于电磁波的波长较厚的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响二者，来设定电磁波吸收体的厚度d和应用频率。结果，即使在具有大于一个波长的相位差的干涉倾向于发生的此类条件下，也可以容易地制造显示高电磁波衰减效率的电磁波吸收体。

在参数m等于0的情况下，在入射到电磁波吸收体的内部之后反射的电磁波与具有一个波长以内的相位差的从电磁波吸收体的表面反射的电磁波相干涉的情况下，可以在考虑到在薄的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响以及在厚的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响二者的情况下制造电磁波吸收体。结果，可以制造尽管其厚度d小但显示高的电磁波衰减效率的电磁波吸收体。

在电磁波吸收体的厚度d为1μm以上且20mm以下的情况下，电磁波吸收体可以表现出充分的电磁波衰减效果，并且作为片体，可以容易地安装到高频通信装置的外壳等中。

在电磁波吸收体中以30体积％以上的量含有包含软磁性材料的颗粒的情况下，可以容易地获得高的电磁波衰减效率。

在电磁波吸收体用于衰减频率为1GHz以上且100GHz以下的电磁波的情况下，在电磁波衰减效率与对根据等式(1)计算的参数α设定的α≥1/5或m+1/5≤α≤m+4/5的范围之间获得良好的对应。此外，该措施使得可以在各种高频通信装置中适当地使用电磁波吸收体。

在根据本发明的电磁波吸收体的制造方法中，可以通过使用根据等式(1)计算的参数α以满足关系：α≥1/2-Δ作为基准来选择材料和设定厚度d等而制造具有期望的电磁波衰减率的电磁波吸收体。等式(1)和不等式α≥1/2-Δ是不仅考虑通过电磁波吸收体吸收的电磁波吸收能量而且考虑电磁波吸收体中发生的干涉而导出的公式。该方法通过涉及电磁波吸收体的厚度和根据应用频率而变化的干涉条件的设计程序，可以设计能够以高效率衰减电磁波的电磁波吸收体。此外，该方法可以考虑到在相对于电磁波的波长较薄的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响和在相对于电磁波的波长较厚的电磁波吸收体中可能发生的干涉的影响二者来设计电磁波吸收体。

在设计电磁波吸收体以使参数α满足以下关系的情况下：m+1/2-Δ≤α≤m+1/2+Δ，其中m为0以上的整数，即使在具有大于一个波长的相位差的干涉倾向于发生的此类条件下，也可以设计出能够以高效率衰减电磁波的电磁波吸收体。

在参数m等于0的情况下，可以设计出尽管其厚度d小但显示高的电磁波衰减效率的电磁波吸收体。

在常数A等于8×10⁴/π(Ω/m)和常数Δ等于3/10的情况下，可以获得显示特别高的电磁波衰减效率的电磁波吸收体。

附图说明

图1是包括根据本发明实施方式的电磁波吸收体的高频通信装置的实例的截面图。

图2是说明电磁波如何被电磁波吸收体吸收和衰减的示意图。

图3是说明在电磁波吸收体中如何发生电磁波的干涉的示意图。

图4说明电磁波吸收体的电磁波透射率S₂₁的测量方法。

图5是示出电磁波吸收体的电磁波透射率S₂₁与厚度d和参数α各自之间的关系的曲线图。

图6是示出电磁波吸收体的厚度d与测量的电磁波透射率S₂₁之间的关系的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据本发明实施方式的电磁波吸收体及其制造方法。

[包括电磁波吸收体的高频通信装置]

例如，根据本发明的实施方式的电磁波吸收体可以通过将其配置在高频通信装置的金属外壳内来使用。通过衰减传播通过外壳的电磁波，可以抑制电信号之间的耦合和在外壳内电磁波的共振。首先，对包括此类电磁波吸收体的高频通信装置1进行简单的说明。

高频通信装置1具有如图1示意性示出的构造。高频通信装置1包括大致形状像长方体的箱状外壳10和容纳在外壳10的内部的处理电路11。外壳10由金属材料制成。处理电路11形成于由电介质制成的印刷电路板(PCB)12上。处理电路11以微带线(microstriplines)的形式设置有接收高频信号的输入单元11a和输出高频信号的输出单元11b。为了对从输入单元11a接收到的电信号执行规定的处理并从输出单元11b输出所得信号，处理电路11以如晶体管和IC等元件11c被安装在安装面11s并且通过作为具有规定图案的微带线的元件间的线11d彼此连接的方式构成。连接输入单元11a和输出单元11b的方向大致与外壳10的长度方向轴线一致。

将片状电磁波吸收体15粘附到外壳10的顶部内表面10a上以与印刷电路板12相对。稍后将详细描述通过将包含软磁性材料的颗粒(软磁性颗粒)分散在包含非金属材料的基质中而形成电磁波吸收体15。

电磁波吸收体15能够降低微带线(输入单元11a，输出单元11b，元件间的线11d)中发生的信号耦合的程度(去耦)。如果电磁波吸收体15没有粘附到外壳10的顶部内表面10a上，并且包括顶部内表面10a的金属壁内表面露出，则这种耦合将产生很大的影响，并且可能严重影响处理电路11的信号处理。电磁波吸收体15的粘附可以降低这种耦合的程度，从而提高处理电路11的可靠性。

电磁波吸收体15所粘附的表面不限于顶部内表面10a，可以将其粘附到外壳10的任何内表面。例如，可以将电磁波吸收体15粘附到与外壳10的长度方向平行的侧表面或分别设置有输入端子13和输出端子14的端壁的内表面。电磁波吸收体15主要用于吸收和衰减大致与其片表面平行传播的电磁波。

安装高频通信装置1的装置类型(及其通信频率)的实例包括个人计算机(1GHz)，手机(5GHz，10GHz)和车载雷达(24GHz，77GHz)。

[电磁波吸收体]

接下来，将详细描述安装在上述高频通信装置1中的根据本发明实施方式的电磁波吸收体15。如上所述，使电磁波吸收体15形成为其中软磁性颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片体。

在根据本发明的实施方式的电磁波吸收体15中，参数α由以下等式(1)给出：

其中d是电磁波吸收体15的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别是电磁波吸收体15的介电常数、ε的损耗项、磁导率和μ的损耗项，以及A为常数且等于8×10⁴/π(Ω/m)。

参数α满足以下不等式(2)给出的条件：

参数α可以设定为满足不等式(2)的范围内的以下不等式(2')：

其中m为0以上的整数(m＝0,1,2,···)。

作为另一选择，可以通过将不等式(2’)中的m限制为0来设定参数α以满足以下不等式(2”)。

电磁波吸收体15的可以设定为满足不等式(2)(或者(2’)或(2”)；这也适用于下文，除非另有说明)的条件的参数的实例包括：

-与软磁性颗粒有关的参数(组成、粒径、颗粒形状等)；

-与基质材料有关的参数；

-软磁性颗粒的含量(填充率)；

-厚度d；和

-应用频率f。

现在将描述如何导出参数α(等式(1))和条件不等式(2)。参数α考虑通过电磁波吸收体15吸收的电磁波吸收能量和电磁波吸收体15中的电磁波干涉而导出。

(通过电磁波吸收体吸收的电磁波吸收能量)

图2示意性示出电磁波在入射到独立设置的电磁波吸收体15中之后的行为。入射波W1的分量(component)的一部分被电磁波吸收体15的表面反射，成为反射波，剩余分量W2进入电磁波吸收体15的内部。已经进入电磁波吸收体15的内部的分量W2的一部分通过电磁波吸收体15的背面而射出，成为透射波W3。剩余分量W4在电磁波吸收体15的内部进行内反射。由于分量W4通过进行(多次)反射而在电磁波吸收体15的膜内部行进，其能量被构成电磁波吸收体15的材料吸收，且分量W4被衰减(吸收衰减)。

通过在电磁波吸收体15的内部设置高的吸收衰减程度，可以防止已入射到电磁波吸收体15的内部的电磁波W2向电磁波吸收体15的外部射出。也就是说，通过增大电磁波吸收体15的电磁波吸收能量，可以提高电磁波吸收体15的电磁波衰减率。

对于通过物质对电磁波的吸收，吸收能量P由以下等式(3)给出：

其中，第一、第二和第三项分别表示磁损耗、介电损耗和电阻损耗。

在等式(3)和以下公式中，各符号表示以下物理量和常数：

P：吸收能量(W/m³)；

μ₀：真空的磁导率(H/m)；

μ_r：相对磁导率；

μ_r”：相对磁导率的损耗项；

ε₀：真空的介电常数(A/m)；

ε_r：相对介电常数；

ε_r”：相对介电常数的损耗项；

ρ：电阻率(Ω·m)；

H：磁场强度(A/m)；

E：电场强度(V/m)；和

f：频率(Hz)。

电磁波吸收体15的复磁导率μ(H/m)和复介电常数ε(A/m)如下给出。

μ＝μ₀μ_r＝μ′-jμ″＝μ₀(μ_r′-jμ_r")(4-1)

ε＝ε₀ε_r＝ε′-jε″＝ε₀(ε_r′-jε_r")(4-2)

沿金属制外壳10的长度方向传播通过金属制外壳10的电磁波可以被看作平面波。对于平面波，阻抗Z(Ω)由以下等式(5)给出。

从等式(5)，电场E与磁场H之间的关系由以下等式(6)给出。

使用等式(6)，等式(3)可以被再整理成以下等式(7)。

在等式(7)中，在电阻损耗的贡献小的情况下，可忽略第三项。在电磁波的频率f在GHz频带的情况下，通过将软磁性颗粒分散在包含非金属材料的基质中而获得的考虑中的电磁波吸收体15的电阻率ρ(Ω·m)比频率f(Hz)小约三个数量级。例如，在通过将具有Fe-13Cr-1Si组成的软磁性颗粒(含量：50体积％)分散在包含环氧树脂的基质中而获得的0.5mm厚的片材中，在f＝2.4×10¹⁰(Hz)时观测到ρ＝10⁷(Ω·m)。在这种情况下，在等式(7)中，第三项远小于第二项，因此可以忽略。且等式(7)可以近似为以下等式(8)。

从等式(8)看出，通过增大相对磁导率和相对介电常数的损耗项μ_r”和ε_r”可以增大吸收能量P。然而，如下所述，通过电磁波吸收体15的电磁波的衰减不仅受到吸收能量P的影响，而且也受到电磁波吸收体15中电磁波的干涉的影响。因此，有必要综合考虑这两个因素的贡献。

(电磁波吸收体中电磁波的干涉)

上述说明是仅考虑已经入射到电磁波吸收体15的内部的电磁波的吸收衰减而进行的。然而，实际上，电磁波在粘附到外壳10的内壁面的电磁波吸收体15中应该会受到干涉。

图3呈现将电磁波吸收体15粘附到诸如外壳10的内壁面等金属板M上且入射波W5从空气侧以入射角θ入射到电磁波吸收体15的状态。入射波W5的分量的一部分在空气与电磁波吸收体15的界面处反射以成为波W6。入射波W5的剩余分量作为波W7在电磁波吸收体15的内部行进。波W7在电磁波吸收体15与金属板M之间的界面处反射，并且通过电磁波吸收体15与空气的界面反向离开电磁波吸收体15而成为波W8。从空气侧界面反射的反射波W6和从金属板M侧界面反射的反射波W8由于它们光路长度的差异而相互干涉。

干涉条件由以下等式(9)给出：

其中d是电磁波吸收体15的厚度，λ是电磁波的波长，c是光的速度。

在电磁波吸收体15的表面附近沿外壳10的长度方向传播的电磁波可以被看作是准-TEM模式。准-TEM模式的电磁波沿行进方向(即外壳10的长度方向)具有电场分量和磁场分量，并进入电磁波吸收体15的内部。为了检查电磁波分量在电磁波吸收体15内部的行为如何，假设在等式(9)中θ等于90°。那么等式(9)变为以下等式(10)。

等式(10)表明，当α＝m时，两个反射波W6和W8相位相等并相互加强，其中m为0以上的整数(m＝0,1,2,···)。另一方面，当α＝m+1/2时，反射波W6和W8的相位彼此偏离半个波长(即它们相位彼此相反)，因此彼此抵消。

也就是说，在α等于或接近于m的条件下，电磁波吸收体15不能有效地衰减电磁波。另一方面，在α等于或接近m+1/2的条件下，由于反射波相互抵消的效果，使得电磁波吸收体15能够有效地衰减电磁波。

再整理等式(10)，获得以下等式(11)。

(吸收能量效果和干涉效果的整合)

如上所述，不仅吸收能量P的效果，而且干涉效果都影响通过电磁波吸收体15的电磁波的衰减。因此，必须以统一地方式考虑这两种效果。

将从电磁波的干涉条件导出的等式(11)代入表示吸收能量P的等式(8)中，获得以下等式(12)。

再整理等式(12)，获得以下等式(13)。

由于

因此等式(13)变为

现在，介绍以下参数A：

使用等式(16)以及等式(4-1)和(4-2)再整理等式(15)，可以获得在开始时示出的等式(1)。

因为如上所述电磁波吸收能量P是由电磁波吸收体15的材料组成确定的常数，所以参数A是常数。

如以上描述在电磁波吸收体15中电磁波的干涉所指出的，当α＝m+1/2时，通过反射波的相互抵消可使电磁波的衰减率最大化。因此，适当的措施是设定电磁波吸收体15的厚度d，和选择确定介电常数ε、ε的损耗项ε”、磁导率μ及μ的损耗项μ”的电磁波吸收体15的材料组成，使得α＝m+1/2产生等式(1)。

随着参数α从m+1/2接近m或m+1，电磁波的衰减率降低。然而，参数α不需要总是设定为等于提供最大衰减率的m+1/2；在高频通信装置1等的实际使用中，在许多情况下比最大值稍小的衰减率是允许的。

鉴于此，可以设定参数ε、ε”、μ、μ”和d使得参数α等于m+1/2或在根据期望的电磁波衰减率设定的允许的偏差范围±Δ内与其稍微偏离(条件是，Δ<1/2)。也就是说，可以设定上述参数使得满足由不等式(17’)示出的关系。

当Δ＝3/10时得到在开始部分示出的不等式(2’)。

以这种方式，电磁波吸收体15可以被设计成显示大的电磁波衰减率，同时其材料组成和厚度d设定在一定程度上宽的允许的范围内。

在不等式(17')中，参数m表示反射波W6和W8之间的相位差的整数分量。当m＝0时，两个反射波W6和W8之间的相位差在一个波长以内。也就是说，电磁波W7以相位差在一个波长以内的方式在电磁波吸收体15的内部行进，然后作为反射波W8与从空气侧界面反射的反射波W6相干涉。

另一方面，当m≥1时，两个反射波W6和W8之间的相位差为一个波长以上。也就是说，电磁波W7以相位差为一个波长以上的方式在电磁波吸收体15的内部行进，然后作为反射波W8与从空气侧界面反射的反射波W6相干涉。随着电磁波吸收体15变得更厚，参数m增大。

在导出上述不等式(17')时，假设反射波W6和W8以相同的贡献程度相互干涉(见等式(9))。然而，实际上，如果电磁波W7在电磁波吸收体15的内部行进时被很大程度地吸收，则使得最终从电磁波吸收体15的表面离开的反射波W8的振幅小。在这种情况下，反射波W8对与反射波W6的干涉的贡献会小，使得反射波W8对干涉波的贡献(即两个反射波W6和W8的复合波)可以忽略。

随着电磁波W7在电磁波吸收体15的内部行进相对于电磁波W7的波长更长的距离，更可能发生这种情况。也就是说，随着不等式(17’)中参数α增大，电磁波吸收体15中电磁波吸收的程度会变得显著，使得即使在不考虑与反射波W6的干涉的情况下，电磁波吸收体15也表现出大的衰减率。

从上述观点理解的是，在不需要使用大的m范围，其中m对应于在电磁波吸收体15的内部行进相对于波长的长距离的反射波W8的干涉的情况下，通过设定参数α的上限值和下限值，可以容易地设计并制造显示大至一定程度的衰减率的电磁波吸收体15。只要考虑到两个反射波W6和W8之间的干涉的效果来设定参数α的下限，则可以在大的α范围内获得大至一定程度的电磁波衰减率，即，其中电磁波吸收体15的厚度d大和/或电磁波的频率f高的范围。更具体地说，在m＝0的情况下，通过仅确定参数α的下限值来设定参数α是合适的。也就是说，可以根据以下不等式(17)来设定参数α。

此外，当Δ＝3/10时，得到不等式(2)。

随着电磁波吸收体15变得越厚，参数α变得越大，因此变得可以以更大的余量满足不等式(17)。然而，从节省空间和降低用于制造电磁波吸收体15的材料的成本的观点出发，在许多情况下，期望使得电磁波吸收体15尽可能薄。在这种情况下，优选的是设定参数α的上限值。对不等式(17’)施加限制m＝0，参数α的条件变为如以下不等式(17”)所示。

此外，当Δ＝3/10时，得到不等式(2”)。

由于在不等式(17”)中采用限制m＝0，因此可以将电磁波吸收体15设计成尽可能薄。如上所述，当m＝0时，对已经在电磁波吸收体15的内部行进过的反射波W8的干涉的贡献相对大。然而，通过设定下限值1/2-Δ，可以防止由于通过当电磁波吸收体15太薄时发生的干涉的影响，即，在两个反射波W6和W8之间的相位差接近零的范围内的干涉的影响而导致衰减率变得不足。

另一方面，通过设定上限值1/2+Δ，可以防止由于通过当电磁波吸收体15太厚时发生的干涉的影响，即，在两个反射波W6和W8之间的相位差接近于一个波长的范围内的干涉的影响而导致衰减率变得不足。

根据不等式(17)、(17’)和(17”)(或不等式(2)、(2’)和(2”))，参数α应当根据电磁波吸收体15的厚度d的期望范围和电磁波的频率f的期望范围，和电磁波吸收体15的材料组成等因素来设定而确定是合适的。

例如，不等式(17’)(或不等式(2’))可以用于以下情况：具有假设材料组成的电磁波吸收体15的电磁波吸收能力低，因此尽管从电磁波吸收体15的表面反射的反射波W6和从金属板M侧界面反射的反射波W8之间的相位差为一个波长以上，但反射波W6和反射波W8之间的干涉的影响大的情况，或者需要严格设计显示大的衰减率的电磁波吸收体15的情况。

在具有一个波长以上的相位差的干涉的影响没有问题并且期望容易地设计和制造电磁波吸收体15的情况下，可以使用不等式(17)(或不等式(2))。在以特殊方式设计薄的电磁波吸收体15的情况下，可以使用不等式(17”)(或不等式(2”))。

参数A可以根据所期望的电磁波衰减率来设定。例如，可以使用作为高频通信装置1的金属制外壳10的模型的图4所示的矩形波导管(rectangular waveguide)20进行实际测量。将具有预定厚度的电磁波吸收体15粘附至波导管20的一个内壁面。使用变换器(未示出)使高频电磁波传播通过波导管20。使用网络分析仪以预定的频率分量(frequencycomponent)测量透射率S₂₁。电磁波的透射率S₂₁由等式(18)给出：

其中V₁和V₂分别是输入到波导管20的电磁波的输入电压和透射的电磁波的输出电压。S₂₁为电磁波衰减率。

设定参数A使得以上述方式测量具有期望的大的值的电磁波衰减率是合适的。更具体地，通过如上所述使用波导管20的方法来测量每单位体积的构成通过测量获得期望的大的电磁波衰减率的电磁波吸收体15的材料的吸收能量P。通过将测量的吸收能量P和磁场强度H代入等式(16)来计算参数A的值。

例如，对于通过在丙烯酸系橡胶基质中分散粒径为8μm且具有Fe-13Cr-1Si(Fe-13％Cr-1％Si；这种表达式也适用于下面的描述)的组成的软磁性颗粒(含量：50％)而生产的电磁波吸收体15，在磁场强度H为1A/m的情况下，获得4×10⁴W/m³的吸收能量P。基于此测量的吸收能量P值计算的参数A的值为8×10⁴/π(Ω/m)。如后面的实施例所述，具有此材料组成的电磁波吸收体15表现出非常大的电磁波衰减率。使用此类电磁波吸收体15作为测定参数A的值的基准试样，可以根据等式(1)以高精度设计具有大的电磁波衰减率的各种电磁波吸收体15。

如后述的实施例所确认的，通过改变电磁波吸收体15的厚度d，以上述方式测量的电磁波透射率值S₂₁相对于厚度d表现出如图5所示的V形依赖性。从等式(1)可以看出，在使用相同材料的情况下，参数α与电磁波吸收体15的厚度d成比例，因此参数ε、ε”、μ和μ”是常数。也就是说，图5的横轴与参数α成比例。

V形曲线的山谷(最小点)对应于α＝m+1/2，此时电磁波通过借助干涉的消除变得最弱。通过将α＝m+1/2，与电磁波吸收体15的相应厚度d以及由电磁波吸收体15的材料确定的ε、ε”、μ和μ”的值一起代入等式(1)，可以确定参数A的值。在图5的情况下，参数m等于0。

此外，实际高频通信装置1中允许的透射率S₂₁的上限值由S₀表示。在参数A等于8×10⁴/π(Ω/m)的情况下，设定表示参数α的允许的范围的参数Δ使得其以图5所示的方式对应于范围S₂₁≤S₀是适当的。如后面的实施例所述，通过将参数Δ设定为3/10，可以得到以每100mm的电磁波传播距离的透射率计显示良好的电磁波衰减率S₂₁≤-15dB的电磁波吸收体15。

在每100mm(在电磁波吸收体15中的距离)的透射率S₂₁小于或等于-15dB的情况下，可以在高频通信装置1中获得充分的耦合抑制功能。甚至优选透射率S₂₁小于或等于-20dB。

如上所述，设定电磁波吸收体15的厚度d使得根据等式(1)计算的参数α满足不等式(17)(或不等式(17')或(17”)；这也适用于以下描述，除非另有说明)是适当的。然而，如果电磁波吸收体15太薄，则其不能充分吸收和衰减电磁波；优选的是，其厚度d为1μm以上。另一方面，如果电磁波吸收体15太厚，则难以作为片体来处理，并且在安装在例如高频通信装置1的外壳10内时需要大的空间。因此，优选的是，电磁波吸收体15的厚度d为20mm以下。

参数ε、ε”、μ和μ”取决于频率。通过将与应用频率相对应的ε、ε”、μ和μ”的值代入等式(1)中，可以不使用频率来计算参数α的值，并根据不等式(17)用于进行判断。然而，通过将频率范围设定为1(GHz)≤f≤100(GHz)，在根据等式(1)的参数α的计算和根据不等式(17)的判断的结果与实际获得的电磁波吸收体15的电磁波衰减率之间可以获得良好的一致性。如果电磁波吸收体15在上述频率范围内使用，则其可以适用于安装至上述各种设备，例如个人计算机、手机、和车载雷达的高频通信装置中。

通过使用由整合在电磁波吸收体15中出现的两种效果，即，使用吸收能量作为指标而评估的吸收衰减效果和电磁波干涉效果而导出的参数α来设计电磁波吸收体15，可以以高精度得到显示优异的电磁波衰减效果的电磁波吸收体15。如果预先设定参数A和Δ的值以获得期望的电磁波衰减率，则通过根据等式(1)和不等式(17)(或不等式(2))来选择或设定电磁波吸收体15的材料和厚度可以设计出在特定应用频率下能够实现高的电磁波衰减效率的电磁波吸收体15，而不需要测量每个电磁波吸收体15的电磁波衰减率或透射率。

(构成电磁波吸收体的材料)

对构成分散在电磁波吸收体15中的颗粒的软磁性材料的组成没有特别的限定。软磁性材料通常是金属。软磁性材料的优选实例包括铝硅铁粉，Fe，Fe-Si系合金，Fe-Ni系合金(坡莫合金)，Fe-Co系合金，Fe-Cr系合金，Fe-Cr-Al系合金，Fe-Cr-Si系合金，铁素体系不锈钢合金，奥氏体系不锈钢合金，Ni系合金，Co系合金，Ni-Cr系合金和铁素体。通过例如使用任何上述材料的熔融金属喷射法来形成颗粒是合适的。在上述材料中，Fe-Si系合金，Fe-Cr系合金，Fe-Cr-Si系合金对高频电磁波显示特别好的衰减特性。

构成电磁波吸收体15的基质包含非金属材料。虽然对基质材料的具体种类没有特别的限制，但是可以适当地使用电介质，特别是由如树脂(塑料材料)、橡胶或弹性体等有机高分子制成的电介质。更具体地，其优选实例包括聚氯乙烯、丙烯酸系橡胶、硅橡胶、EPDM(乙烯-丙烯-二烯橡胶)、乙丙橡胶、聚苯硫醚、环氧树脂和液晶聚合物。

可以通过将如上所述的软磁性颗粒混合到基质材料中并将前者分散在后者中来生产电磁波吸收体15。例如，使用搅拌-混合-脱气机等将软磁性颗粒按规定的混合比例混合到浆料形式的有机高分子基质材料中，然后使用模具等将所得混合物成形为期望的形状。此后，基质材料例如通过干燥来固化。

通过将在电磁波吸收体15中软磁性颗粒的含量(填充率)设定为30体积％以上，可以更容易地利用由软磁性颗粒实现的电磁波吸收衰减效果。优选的是，将软磁性颗粒的含量设定为50体积％以上。另一方面，如果将软磁性颗粒的含量设定为过大，则在高频率范围内磁导率降低，这使得难以有效地提高吸收能量。优选的是，软磁性颗粒的含量为60体积％以下。

实施例

以下将使用实施例更具体地说明本发明。

(电磁波吸收体的制造)

首先，通过熔融金属喷射法生产具有各种组成和粒径(以下描述)的软磁性颗粒的组。将由此生产的每组软磁性颗粒以预定的含量加入到塑料丙烯酸系树脂或硅酮树脂中，并使用搅拌-混合-脱气机混合至后者中以生产混合浆料。使所得混合浆料流入模具中并成形为片状。使所得的片状构件进行干燥、冲压和厚度调节，由此生产待评价的电磁波吸收体试样。

(电磁波透射率的评价)

参考图4以上述方式使用波导管20测量以上生产的电磁波吸收体试样的电磁波透射率值。使用JIS WRJ-22中规定且适合评价频率的矩形波导管。将以上生产的各电磁波吸收体试样粘附至波导管20的内壁面上。

使用变换器(未示出)在波导管20中产生微波。使用网络分析仪以评价频率分量以每100mm(沿长度方向)的值测量透射率S₂₁(沿长度方向透射的比率)。在本评价中使用的波导管20中，在高阶模式下，坡印亭矢量能量(Poynting vector energy)(传播能量)小使得几乎没有能量传播。如图4所示，主要产生TE10模式的波，并传播通过波导管20。

(透射率如何随电磁波吸收体的厚度而变化的确认)

确认了如图5示意性示出的电磁波吸收体15的透射率和厚度之间的关系是否实际上保持。首先，使用具有Fe-13Cr-1Si组成的软磁性颗粒和丙烯酸系树脂(基质材料)来生产电磁波吸收体试样。软磁性颗粒的直径设置为两个值，即9.1μm和6.6μm，软磁性颗粒的含量设定为50体积％。生产了厚度彼此不同的多种电磁波吸收体试样。然后，如上所述，通过将评价频率设定为24GHz，使用波导管20来测量每100mm的透射率S₂₁的值。

图6是示出电磁波吸收体试样的厚度(片厚度)d与测量的透射率S₂₁之间的关系的曲线图。从图6可以看出，表示透射率S₂₁对厚度d的依赖性的曲线具有如图5所示曲线的山谷形状。因此，确认根据其中将电磁波吸收体15的吸收能量效果和电磁波干涉效果整合在一起的上述模式的电磁波吸收体15来评价电磁波衰减的方法是适当的。还看出，软磁性颗粒的粒径对透射率S₂₁几乎没有影响。

(使用参数α评价电磁波吸收体)

表1示出了通过以各种方式改变电磁波吸收体试样的组成和厚度d、软磁性颗粒的含量和应用频率而获得的根据等式(1)计算的参数α的值以及测量的透射率S₂₁的值。在等式(1)中，参数A设定为8×10⁴/π(Ω/m)。使用基于使用网络分析仪的测量的透射率S₂₁的频率响应测量结果获得的ε、ε”、μ和μ”的值来计算参数α的各值，并且也示于表1中。在表1中，参数α的各值以α’的形式(通过从α中减去最大整数m的贡献而获得)示出作为具有分母500的分数(0<α’<1，α＝m+α’)。

从表1看出，获得了-15(dB/100mm)以下的透射率S₂₁值(即，15(dB/100mm)以上的衰减率值)，也就是说，在其中当基质树脂的种类，软磁性颗粒的组成、粒径和含量，电磁波吸收体15的厚度d以及应用频率变化时参数α’大于或等于1/5的各实施例的部分中，通过电磁波吸收体15的电磁波衰减是充分的。

与此相对，在其中由于电磁波吸收体15的厚度d小使得参数α’小于1/5的各比较例中，得到-7(dB/100mm)以上的大的透射率S₂₁值，即，通过电磁波吸收体15的电磁波衰减不充分。特别是，在其中电磁波吸收体15的厚度d极小的比较例2中，参数α小以致于接近于0，因此，透射率S₂₁特别大。

这些结果表明，参数α用作用于评价通过电磁波吸收体15的电磁波衰减的良好指标，在使用α≥1/5的标准的情况下能够制造显示优异的衰减特性的电磁波吸收体15。

在实施例1～4、6、9和10中，参数α’在1/5≤α’≤4/5的范围内，即参数α在m+1/5≤α≤m+4/5的范围内。另一方面，在实施例5、7和8中，参数α’(α)在此范围外。因此，在实施例1～4、6、9和10中，透射率S₂₁值特别小。

虽然以上已经详细描述了本发明的实施方式，但是本发明不限于该实施方式，并且在不偏离本发明的要旨的情况下各种修改都是可以的。

本申请基于2016年10月11日提交的日本专利申请No.2016-199746，其内容通过引用并入本文。

附图标记说明

1：高频通信装置

15：电磁波吸收体

20：波导管

Claims (10)

1.一种电磁波吸收体，其为包含软磁性材料的颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片状电磁波吸收体，

其中所述电磁波吸收体满足关系：α≥1/5，其中α是由等式(1)给出的参数：

α＝Ad(εμ)^0_.5/(μ”+ε”μ/ε)…(1)

其中d是所述电磁波吸收体的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别为所述电磁波吸收体的介电常数、ε的损耗项、所述电磁波吸收体的磁导率和μ的损耗项，和A等于8×10⁴/π(Ω/m)。

2.根据权利要求1所述的电磁波吸收体，其中α满足关系：m+1/5≤α≤m+4/5，其中m为0以上的整数。

3.根据权利要求2所述的电磁波吸收体，其中m等于0。

4.根据权利要求1～3任一项所述的电磁波吸收体，其中所述电磁波吸收体的厚度d为1μm以上且20mm以下。

5.根据权利要求1～4任一项所述的电磁波吸收体，其中在所述电磁波吸收体中以30体积％以上的量含有所述包含软磁性材料的颗粒。

6.根据权利要求1～5任一项所述的电磁波吸收体，其中所述电磁波吸收体用于衰减频率为1GHz以上且100GHz以下的电磁波。

7.一种电磁波吸收体的制造方法，所述电磁波吸收体为包含软磁性材料的颗粒分散在包含非金属材料的基质中的片状电磁波吸收体，所述方法包括：

设计所述电磁波吸收体使得满足关系：α≥1/2-Δ，其中α是由等式(1)给出的参数：

α＝Ad(εμ)^0_.5/(μ”+ε”μ/ε)…(1)

其中d是所述电磁波吸收体的厚度，ε、ε”、μ和μ”分别为所述电磁波吸收体的介电常数、ε的损耗项、所述电磁波吸收体的磁导率和μ的损耗项，以及A和Δ是根据期望的电磁波衰减率而设定的常数。

8.根据权利要求7所述的电磁波吸收体的制造方法，其中设计所述电磁波吸收体使得α满足关系：m+1/2-Δ≤α≤m+1/2+Δ，其中m为0以上的整数。

9.根据权利要求8所述的电磁波吸收体的制造方法，其中m等于0。

10.根据权利要求7～9任一项所述的电磁波吸收体的制造方法，其中A等于8×10⁴/π(Ω/m)，和Δ等于3/10。