WO2022085337A1

WO2022085337A1 - 電磁波吸収体

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Publication number: WO2022085337A1
Application number: PCT/JP2021/033617
Authority: WO
Inventors: 昂川村
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20230397324A1; CN116349419A; JP2022067393A

Abstract

単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象をより拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる電磁波吸収体を提供すること。　電磁波吸収体２０１は、基材２０２と、基材の一方の面に実装された第１配線パターン２０３と、一方の面に対向する他方の面に実装された第２配線パターン２０４と、を備え、第１配線パターン２０３は、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部２１１と、外部電界によって電位差が生じる容量部２１２と、ライン部の各端部と容量部とを接続する第１接続部２１３および第２接続部２１４と、を有し、第２配線パターン２０４は、ライン部と同方向に延在し、かつ、互いに対向する位置に配置されているワイヤ部２２１と、ワイヤ部の端部から屈曲して分岐している延長部２２２、２２３と、を有する。

Description

電磁波吸収体

　本技術は、電磁波吸収体に関し、より詳細には、基材の両面に配置された配線パターンを用いて電磁波を吸収する電磁波吸収体に関する。

　近年、無線通信機器、医療機器および家電製品等の電磁波を放射する電子機器が様々な分野において数多く利用されている。電子機器が放射する不要な電磁波は、電子機器や周囲の機器等の誤作動を引き起こしたり、人体の健康を害したりするおそれがある。このような影響を抑制するため、不要な電磁波を吸収または遮蔽する電磁波吸収体や電磁波シールドが提案されている。

　例えば、特許文献１では、所定の間隙を介して対向する少なくとも１対のスプリットリング導体を備えたメタマテリアル構造からなる電磁波吸収体であって、前記１対のスプリットリング導体がビア導体によって電気的に接続されていることを特徴とする電磁波吸収体が提案されている。

　また、特許文献２では、特定周波数の電磁波をシールドするための電磁波シールド材であって、基材と、前記基材上に配列された複数の共振ループと、を備え、前記複数の共振ループは、互いに磁界結合するように配列され、各々の前記共振ループは、ＬＣ並列共振回路を構成し、前記特定周波数で共振する、電磁波シールド材が提案されている。

　さらに、非特許文献１では、一方の面から入射した特定の直線偏波成分の電磁波を、フェライト等の損失性材料を用いなくてもほぼ完全に吸収するメタマテリアル構造の吸収体が提案されている。非特許文献１の吸収体は、ベタGND面を含まないので特定の吸収周波数以外の周波数は透過させることが可能となる。

特開２０１４－１１０３２５号公報国際公開第２０１８／１８９９８３号

N. I. Landy, S. Sajuyigbe, J. J. Mock, D. R. Smith, and W. J. Padilla, "A Perfect Metamaterial Absorber", Phys. Rev. Lett. 100, 207402 (2008).

　しかしながら、特許文献１および特許文献２の技術では、単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象を拡張する解決策は提案されておらず、これらを同時に満たす電磁波吸収体のさらなる開発が望まれている。

　また、非特許文献１の技術では、金属配線パターンが描かれた基板だけで安価に構成することが可能だが、周期構造が必要なので、ある程度セル数がないと十分な効果が得られない。ここで、非特許文献１に記載の単位構造体（単位セル）サイズの長辺は、およそλ／２と大きいため、実用を考えたときに適用可能な対象物が限られるという問題がある。例えば、十分な吸収特性を得るために最低３×３セル必要と仮定すると、およそ1.4λ×0.5λ以上の大きな平面を持つ物体にしか実装することができない。

　そこで、本技術では、単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象をより拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる電磁波吸収体を提供することを主目的とする。

　本技術に係る電磁波吸収体は、基材と、基材の一方の面に実装された第１配線パターンと、一方の面に対向する他方の面に実装された第２配線パターンと、を備え、第１配線パターンは、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部と、外部電界によって電位差が生じる容量部と、ライン部の各端部と容量部とを接続する第１接続部および第２接続部と、を有し、第２配線パターンは、ライン部と同方向に延在し、かつ、互いに対向する位置に配置されているワイヤ部と、ワイヤ部の端部から屈曲して分岐している延長部と、を有する。ここで、延長部とは、複数の屈曲部を持つことで、延長部の両端を最短距離で結ぶ線分よりもその全長が長くなる配線部のことをいう。

　本技術によれば、単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象をより拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる電磁波吸収体を提供することができる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果又は本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

従来技術に係る電磁波吸収体の構成例を示す模式図である。本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収体の構成例を示す斜視図である。本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収体の構成例を示す平面図である。本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収ユニットの構成例を説明する模式図である。本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収体による電磁波吸収率の実施例を説明する模式図である。本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収体による電磁波吸収率の実施例を説明する模式図である。本技術の１実施形態に係る電磁波吸収体を動作させる周波数と電磁波吸収率との関係を表すグラフである。本技術の第２実施形態に係る電磁波吸収体の構成例を示す斜視図である。

　以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、いずれの実施形態も組み合わせることが可能である。また、これらにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態
（１）従来の電磁波吸収体の構成例
（２）電磁波吸収体２０１の構成例　
（３）電磁波吸収体２０１の動作例　
（４）電磁波吸収ユニット２００の構成例　
（５）実施例（シミュレーション）　
２．第２実施形態　
３．その他の適用用途

１．第１実施形態
（１）従来の電磁波吸収体の構成例
　まず、図１を参照して、従来の電磁波吸収体の構成例について説明する。図１は、従来技術に係る電磁波吸収体の構成例を示す模式図である。図１Ａは、従来技術に係る電磁波吸収ユニット（電磁波吸収シート）の構成例を示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す電磁波吸収ユニットの単位構造体（単位セル）である電磁波吸収体の構成例を示す拡大斜視図である。

　図１Ａに示すように、従来技術に係る電磁波吸収ユニット１００は、例えば、電磁波の波長より十分小さなサイズを有し、かつ内部に共振器を有する単位構造体を誘電体中に配列して構成されるメタマテリアル構造を形成している。なお、メタマテリアルの単位構造体（共振器）の間隔は、一例として、用いる電磁波の波長の約１／１０程度あるいはそれ以下、または、約１／５程度あるいはそれ以下に設定される。

　このような構成に設定することにより、メタマテリアルの誘電率εおよび／または透磁率μを人工的に制御することが可能になり、メタマテリアルの屈折率ｎ（＝±［ε・μ］^１／２）を人工的に制御することができる。特に、メタマテリアルでは、単位構造体の例えば形状や寸法等を適宜調整して負の誘電率および負の透磁率を同時に実現することにより、所望の波長の電磁波に対して、屈折率を負の値にすることもできる。

　ところで、メタマテリアルの共振（動作）周波数ωは、ＬＣ回路理論によりメタマテリアルを回路として記述した場合のインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣにより決定され、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣが大きいほど共振周波数は低くなる。すなわち、大きなインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣを持つ高密度な構造であれば、小型のメタマテリアルであっても波長の長い（＝周波数の低い）波に対して機能させることができる。

　図１Ｂに示すように、電磁波吸収ユニット１００の単位構造体である電磁波吸収体１０１は、一例として、非特許文献１に記載の単位セルと同様の構成で形成される。電磁波吸収体１０１は、平面形状が矩形の基材１０２と、電磁波が入射される基材１０２の上面に実装された第１配線パターン１０３と、基材１０２の上面に対向する下面に実装された第２配線パターン１０４と、を備えている。第１配線パターン１０３および第２配線パターン１０４は、一例として金属配線を用いて形成されている。

　第１配線パターン１０３は、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部１１１と、外部電界によって電位差が生じる一対の容量部１１２と、ライン部１１１の両端部と各容量部１１２とを接続する接続部１１３と、を有する。

　ライン部１１１は、基材１０２の幅方向中心位置に、基材１０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。一対の容量部１１２は、それぞれライン部１１１から基材１０２の幅方向両側に対称に配置されている。ライン部１１１の両側には、それぞれ、ライン部１１１、容量部１１２および接続部１１３で、１つの閉回路が形成されている。

　第２配線パターン１０４は、第１配線パターン１０３のライン部１１１と同方向に延在し、かつ、ライン部１１１と互いに対向する位置に配置されているワイヤ部１２１を有する。ワイヤ部１２１は、ライン部１１１と同様に、基材１０２の幅方向中心位置に、基材１０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。

　図１Ｂに示すように、電磁波吸収体１０１の外部上方にライン部１１１と平行な方向に外部電界Ｅが存在し、ライン部１１１の幅方向に外部電界Ｅと直交する外部磁界Ｈが存在し、電磁波吸収体１０１の上面に電磁波ｋが入射される場合を考える。

　電磁波吸収体１０１の上面に電磁波ｋが入射された場合、まず、外部電界Ｅによって第１配線パターン１０３のライン部１１１の延在方向（図１Ｂの矢印方向）に流れる電流が誘起される。次に、ライン部１１１の両側に形成された各閉回路に、外部電界Ｅによって誘起されるＬＣ共振電流Ｉ_ＬＣが流れる。そして、ライン部１１１およびワイヤ部１２１に、互いに反対方向に向かって外部磁界Ｈと結合する磁界を生じる環電流Ｉ_Ｈが、流れる。これにより、電磁波吸収体１０１は、上面に入射された電磁波ｋを吸収して、透過する電磁波を抑制することができる。

　ここで、非特許文献１に記載の単位セルと同様の構造である電磁波吸収体１０１は、一例として、単位セルサイズが、長辺12.0ｍｍ×短辺4.2ｍｍ×厚さ0.65ｍｍである。電磁波ｋの波長λを用いると、この単位セルサイズは、長辺0.466λ×短辺0.163λ×厚さ0.0252λと表せる。したがって、長辺方向に約λ／２の単位セルサイズが必要となり、これは2.4ＧＨｚ帯で約60ｍｍ、5ＧＨｚ帯で約30ｍｍ、28ＧＨｚ帯で約5ｍｍの大きさに相当する。

　メタマテリアルは、周期構造が必要であるため、ある程度の単位セル数がないと十分な電磁波吸収特性の効果が得られない。すると、電磁波吸収体１０１を用いて、メタマテリアル構造の電磁波吸収ユニット１００を形成するためには、例えば、３×３セル以上の電磁波吸収体１０１が必要であるとすると、電磁波吸収体１０１は、1.4λ×0.5λ以上の大きな実装面を持つ物体にしか適用することができない。

　そこで、本実施形態では、メタマテリアルの単位構造体である電磁波吸収体のサイズを縮小しつつ適用可能な対象をより拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる電磁波吸収体の構成の一例について説明する。

（２）電磁波吸収体２０１の構成例
　図２および図３を参照して、本技術の第１実施形態に係る電磁波吸収体２０１の構成例について説明する。図２は、本実施形態に係る電磁波吸収体２０１の構成例を示す斜視図である。図３Ａは、電磁波吸収体２０１の第１配線パターンが実装された基材の一方の面を示す平面図である。図３Ｂは、電磁波吸収体２０１の第２配線パターンが実装された基材の他方の面を示す平面図である。電磁波吸収体２０１は、メタマテリアルの単位構造体であり、電磁波や音波等の波動を制御することが可能である。

　図２に示すように、電磁波吸収体２０１は、一例として、平面形状が矩形の基材２０２と、電磁波が入射される基材１０２の一方の面である上面に実装された第１配線パターン２０３と、基材１０２の一方の面に対向する他方の面である下面に実装された第２配線パターン２０４と、を備えている。第１配線パターン２０３および／または第２配線パターン２０４は、一例として、メタマテリアル構造で形成されている。

　基材２０２は、一例として、上面と下面を有する多層基板であり、誘電体基板を接着剤で張り合わせる等の一般的な製法で製造することができる。本実施形態に係る基材２０２のアスペクト比（長辺／短辺）は、１．５以上である。これにより、より小さな面積の電磁波吸収体２０１を実現することができる。

　ここで、第1配線パターン２０３の面と第2配線パターン２０４の面において外部電磁界の位相差が無視できなくなるほど基材２０２が厚い場合、外部磁界との結合が弱まり、吸収率低下につながることになる。その観点から、ある程度以上には基材２０２を厚くしないことが好ましい。そこで、一例として、基材２０２の厚さは、実効波長の１／５よりも薄く形成されている。これにより、高吸収率を維持することができる。

　図２および図３Ａに示すように、第１配線パターン２０３は、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部２１１と、外部電界によって電位差が生じる一対の容量部２１２と、ライン部２１１の両端部と各容量部２１２とを接続する第１接続部２１３および第２接続部２１４と、を有する。

　容量部２１２と第１接続部２１３との間には、蛇行して配線の長さを延長する第１ミアンダ部２１５が形成されている。同様に、容量部２１２と第２接続部２１４との間には、蛇行して配線の長さを延長する第２ミアンダ部２１６が形成されている。ここで、ミアンダ部とは、複数の蛇行した屈曲部を持つことで、ミアンダ部の両端を最短距離で結ぶ線分よりもその全長が長くなる配線部のことをいう。なお、第１ミアンダ部２１５および第２ミアンダ部２１６の形状は、本実施形態の形状に限定されず、配線の長さを延長する形状であればよい。

　ライン部２１１は、基材２０２の幅方向中心位置に、基材２０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。一対の容量部２１２は、それぞれライン部２１１から基材２０２の幅方向両側に対称に配置されている。ライン部２１１の両側には、それぞれ、ライン部２１１、容量部２１２、第１接続部２１３および第１ミアンダ部２１５、並びに、第２接続部２１４および第２ミアンダ部２１６で、１つの閉回路Ｃ１が形成されている。閉回路Ｃ１における第１ミアンダ部２１５および第２ミアンダ部２１６の配線長の合計は、ライン部２１１の延在方向の長さの２倍以上の高密度であることが好ましい。また、ライン部２１１の幅は、第１配線パターン２０３の他の配線部分の幅よりも広いことが好ましい。

　図２および図３Ｂに示すように、第２配線パターン２０４は、第１配線パターン２０３のライン部２１１と同方向に延在し、かつ、ライン部２１１と互いに対向する位置に配置されているワイヤ部２２１を有する。

　ワイヤ部２２１は、ライン部２１１と同様に、基材２０２の幅方向中心位置に、基材２０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。第２配線パターン２０４は、ワイヤ部２２１の両端部から幅方向対称に、それぞれ屈曲して分岐している第１延長部２２２および第２延長部２２３と、を有している。第１延長部２２２および第２延長部２２３は、電磁波吸収体２０１の下面の効果的な位置に配置されている。

　ワイヤ部２２１の両側には、それぞれ、ワイヤ部２２１、第１延長部２２２および第２延長部２２３で、１つの開回路が形成されている。また、ワイヤ部２２１の幅は、第２配線パターン２０４の他の配線部分の幅よりも広いことが好ましい。なお、第１延長部２２２および第２延長部２２３の形状は、本実施形態の形状に限定されず、配線の長さを延長する形状であればよい。

　第１延長部２２２の各先端は、基材２０２の延在方向一端に向かって延びている。第２延長部２２３の各先端は、基材２０２の延在方向他端に向かって延びている。第１延長部２２２および第２延長部２２３は、高密度構造に形成され、容量部２１２、第１接続部２１３および第２接続部２１４と重ならない位置に配置されている。ここで、高密度とは、延長部の配線長の合計がワイヤ部の長さ以上に長く、例えば２倍以上の長さであることをいう。これにより、基材２０２の上下面間の不要な共振を防ぎ、かつ制御困難な電磁結合が低減されるため、所望の特性が実現しやすくなる。

　上記の通り、第１配線パターン２０３は、ライン部２１１の幅方向の中心軸および／または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている。また、第２配線パターン２０４は、ワイヤ部２２１の幅方向の中心軸および／または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている。なお、第２配線パターン２０４の厚さは、第１配線パターン２０３の厚さよりも厚いことが好ましい。厚さが大きくなることにより、その部分の抵抗が小さくなるため、第２配線パターン２０４により電流を流れやすくすることができる。したがって、電磁波吸収体２０１は、ワイヤ部２２１に電流が流れやすくなることで、外部磁界と結合しやすくなり、その結果として吸収率を高めることができる。

（３）電磁波吸収体２０１の動作例
　次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係る電磁波吸収体２０１の動作例について説明する。図１Ｂと同様に、電磁波吸収体２０１の上面の外部上方にライン部２１１と平行な方向に外部電界Ｅが存在し、ライン部２１１の幅方向に外部電界Ｅと直交する外部磁界Ｈが存在し、電磁波吸収体２０１の上面に電磁波ｋが入射される場合を考える。

　電磁波吸収体２０１の上面に電磁波ｋが入射された場合、まず、外部電界Ｅによって第１配線パターン２０３のライン部２１１の延在方向に流れる電流が誘起される。次に、ライン部２１１の両側に形成された各閉回路Ｃ１に、外部電界Ｅによって誘起されるＬＣ共振電流Ｉ_ＬＣが流れる。

　このように、電磁波吸収体２０１の上面に入射する電磁波ｋによって各容量部２１２に電位差を作ることで、各閉回路Ｃ１がＬＣ共振回路として動作する。このときの共振周波数ｆは、各容量部２１２の容量をＣ、各閉回路Ｃ１の合計インダクタンスをＬとすると、以下の式（１）で表される。

　ｆ＝１／｛２π・（ＬＣ）^１／２｝　・・・（１）

　電磁波吸収体２０１は、第1配線パターン２０３の各閉回路Ｃ１に、第１ミアンダ部２１５および第２ミアンダ部２１６を形成していることにより、閉回路Ｃ１のインダクタンスＬを大きくすることができるため、従来技術と比較してより低い共振周波数ｆを実現することができる。したがって、同じ共振周波数ｆで比較すると、電磁波吸収体２０１は、従来技術よりも小さく形成することができる。

　さらに、ライン部２１１および第２配線パターン２０４のワイヤ部２２１に、互いに延在方向の反対方向に向かって外部磁界Ｈと結合する磁界を生じる環電流Ｉ_Ｈが、流れる。このように、電磁波吸収体２０１は、ワイヤ部２２１にはライン部２１１と逆向きに電流が流れ、この環電流Ｉ_Ｈが作る電磁波吸収体２０１の幅方向と平行な向きの磁界が外部磁界Ｈと結合することで入射した電磁波ｋを吸収する効果を生み出している。

　このとき、外部磁界Ｈと結合しやすくするためには、ワイヤ部２２１を含む開回路の電気長は十分に長い必要がある。電磁波吸収体２０１は、ワイヤ部２２１の両端部から幅方向両側に屈曲して分岐している第1延長部２２２および第２延長部２２３を有することにより、電磁波吸収体２０１の延在方向のサイズを小さくしても、従来技術と同等またはそれ以上に外部磁界Ｈと結合しやすくすることができる。

　したがって、電磁波吸収体２０１は、例えば、従来技術でおよそλ／２程度であった延在方向のサイズをλ／２よりも小さく形成することができる。すなわち、電磁波吸収体２０１は、従来技術と同等のサイズで製造した場合、従来技術と比較してより低周波数で動作させることが可能となる。

　本実施形態に係る電磁波吸収体２０１によれば、２つの配線面がそれぞれミアンダ部および延長部を有する高密度構造に形成されているため、電磁波の吸収性能を維持したまま単位セルサイズを従来技術より大幅に縮小することができる。したがって、電磁波吸収体２０１によれば、単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象を従来技術より拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる。なお、電磁波吸収体２０１は、電磁波の吸収だけでなく、電磁波を反射させることもできる。

（４）電磁波吸収ユニット２００の構成例
　次に図４を参照して、本実施形態に係る電磁波吸収ユニット（電磁波吸収シート）２００の構成例について説明する。図４Ａは、従来技術に係る電磁波吸収ユニット１００の構成例を示す模式図である。図４Ｂは、本実施形態に係る電磁波吸収ユニット２００の構成例を示す模式図である。

　図４Ａに示すように、従来技術に係る電磁波吸収ユニット１００は、例えば、電磁波吸収体１０１を周期的に配列した周期構造で形成されている。また、セル領域Ｓ１は、電磁波吸収ユニット１００における電磁波吸収体１０１の３×３セルサイズの領域を示している。非特許文献１に記載の単位セルと同様のサイズの電磁波吸収体１０１の面積は、上述の通り、長辺0.466λ×短辺0.163λ（厚さ0.0252λ）である。

　図４Ｂに示すように、本実施形態に係る電磁波吸収ユニット２００は、例えば、電磁波吸収体２０１を周期的に配列した周期構造で形成されている。また、セル領域Ｓ２は、電磁波吸収ユニット２００における電磁波吸収体２０１の３×３セルサイズの領域を示している。従来技術に係る電磁波吸収体１０１と同様の効果を有する電磁波吸収体１０１の面積は、上述の構成を備えることにより、長辺0.177λ×短辺0.0887λ（厚さ0.0355λ）とすることができる。

　このように、電磁波吸収ユニット２００は、従来技術に係る電磁波吸収ユニット１００と比較して、面積比で約２１％（体積比で約２９％）であり、大幅にサイズを縮小することができる。これにより、電磁波吸収ユニット２００は、適用可能な対象をより拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる。

（５）実施例（シミュレーション）
　次に、本実施形態に係る電磁波吸収体２０１を用いた電磁波吸収ユニット３００の電磁波吸収率の実施例（シミュレーション）について説明する。図５Ａは、電磁波吸収体２０１の幅方向の両側面に周期境界条件を設定した構造を示す模式図である。図５Ｂは、電磁波吸収体２０１の延在方向の両端面に周期境界条件を設定した構造を示す模式図である。

　まず、本実施例（シミュレーション）の手法について説明する。本実施例の解析手法は、有限要素法（ＦＥＭ）による３次元電磁界解析を用いている。また、本実施例のソフトウェアは、高周波構造シミュレータ（ＨＦＳＳ）を用いている。

　本実施例のモデルリングは、電磁波吸収体２０１を単位構造体とする電磁波吸収ユニット３００を用いている。本実施例の電磁波吸収体２０１は、サイズが長辺8mm×短辺4mm×厚さ1.6mmであり、誘電率εr＝3.66である。本実施例では、周波数6.65GHzで電磁波吸収体２０１を動作させる。なお、本実施例に係る基材２０２のアスペクト比（長辺／短辺）は、２としている。ここで、本実施例では、実効波長＝波長λ／(3.66)^１／２≒23.6mmとなる。したがって、厚さの実効波長比はおよそ１／１５となり、短辺の実効波長比はおよそ１／６となる。

　図５Ａに示すように、電磁波吸収ユニット３００は、電磁波吸収体２０１と、電磁波吸収体２０１の幅方向の両側面に設定した周期境界条件面３０１と、を備えている。ここで、周期境界条件とは、対向する面の電磁界が同じになるという条件のことであり、これにより無限に続く周期構造を模擬することができる。また、図５Ｂに示すように、電磁波吸収ユニット３００は、電磁波吸収体２０１の延在方向の両端面に設定した周期境界条件面３０２を備えることもできる。

　さらに、電磁波吸収ユニット３００の電磁波吸収体２０１の上方および下方には、空気領域（または真空領域）Ｒ1およびＲ２が形成されている。空気領域Ｒ1およびＲ２は、上下方向にそれぞれλ／４以上の高さで形成されていればよい。

　次に、図６を参照して、電磁波吸収ユニット３００の系への電力の出入口として、ポート（Port）という面の設定について説明する。図６Ａは、電磁波吸収体２０１の上方に電力ポートを設定した構造を示す模式図である。図６Ｂは、電磁波吸収体２０１の下方に電力ポートを設定した構造を示す模式図である。本実施例では、メタマテリアルのような周期構造である電磁波吸収ユニット３００に対して、図５に示す周期境界条件３０１および３０２とセットで用いる「フロケ・ポート（Floquet Port）」という手法を用いている。

　図６Ａに示すように、電磁波吸収ユニット３００は、電磁波吸収体２０１の上方に、電力ポート面３０３を備えている。また、図６Bに示すように、電磁波吸収ユニット３００は、電磁波吸収体２０１の下方に、電力ポート面３０４を備えている。電力ポート面３０３および３０４は、電磁波吸収ユニット３００の系への電力の出入口である。

　本実施例による解析結果から求まる値は、電力ポート面３０３と電力ポート面３０４との間の電力収支であるＳパラメータであるため、電磁波吸収体２０１の基材２０２の上面および下面の空気特性も含んだ特性が表れてしまう。ただし、求めたい値は、基材２０２だけの特性である。

そこで、解析結果から求まる値から、空気による伝達係数を差し引きして、基材２０２だけの特性を抽出する。このように求めた基材２０２だけのＳパラメータから、以下の式（２）で電力ポート面３０３からの入射波に対する電磁波の吸収率（Abs）を算出する。
ここで、式（２）において、基材２０２の上面の伝達係数をＳ１１とし、下面の伝達係数をＳ２１とする。

　Abs＝１－｜Ｓ_１１｜^２－｜Ｓ_２１｜^２　・・・（２）

　次に、図７を参照して、本実施例による電磁波吸収ユニット３００における電磁波吸収体２０１の電磁波吸収率について説明する。図７は、電磁波吸収体２０１を動作させる周波数と電磁波吸収率との関係を表すグラフである。図７の横軸は、電磁波吸収体２０１を動作させる周波数を示している。図７の縦軸は、電磁波吸収体２０１の電磁波吸収率を示している。

　図７に示す曲線Ｌ１および曲線Ｌ２は、電磁波吸収体２０１によって吸収される電磁波の「偏波」の違いによる、電力ポート面３０３からの入射波に対する吸収率を表している。曲線Ｌ１は、図１Ａに示す電磁波と同様に、電磁波吸収体２０１の長辺方向と電界Ｅのベクトルが一致する偏波に対する吸収率を表している。曲線Ｌ２は、電界Ｅと磁界Ｈのベクトルの向きが図１Ａに示す電磁波と逆転する偏波に対する吸収率を表している。

　図７に示すように、曲線Ｌ１の場合は、周波数が6.65GHz付近でピークとなり、その電磁波吸収率は、９５％以上（０．９５３４）である。一方、曲線Ｌ２の場合は、周波数が9.95GHz付近でピークとなり、その電磁波吸収率は、８％以下（０．０８弱）である。

　本実施例によれば、電磁波吸収体２０１の周期構造により形成された電磁波吸収ユニット３００は、電磁波吸収体２０１の長辺方向と電界Ｅのベクトルが一致する電磁波の偏波を、非常に高い精度で吸収できることがわかった。

２．第２実施形態
　次に、図８を参照して、本技術の第２実施形態に係る電磁波吸収体４０１の構成例について説明する。図８Ａは、電磁波吸収体４０１の第１配線パターンが実装された基材の一方の面を示す平面図である。図８Ｂは、電磁波吸収体４０１の第２配線パターンが実装された基材の他方の面を示す平面図である。

　電磁波吸収体４０１が第１実施形態に係る電磁波吸収体２０１と相違する点は、第１配線パターンおよび第２配線パターンが、それぞれの面において非対称に形成されている点である。電磁波吸収体４０１のその他の構成は、電磁波吸収体２０１の構成と同様である。

　図８Ａおよび図８Ｂに示すように、電磁波吸収体４０１は、一例として、平面形状が矩形の基材４０２と、電磁波が入射される基材４０２の一方の面である上面に実装された第１配線パターン４０３と、基材４０２の一方の面に対向する他方の面である下面に実装された第２配線パターン４０４と、を備えている。第１配線パターン４０３および／または第２配線パターン４０４は、一例として、メタマテリアル構造で形成されている。

　図８Ａに示すように、第１配線パターン４０３は、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部４１１と、外部電界によって電位差が生じる容量部４１２と、ライン部４１１の両端部と容量部４１２とを接続する第１接続部４１３および第２接続部４１４と、を有する。容量部４１２と第１接続部４１３との間には、蛇行して配線の長さを延長するミアンダ部４１５が形成されている。

　ライン部４１１は、一例として、図８Ａの紙面に向かって、基材４０２の幅方向右側に、基材４０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。容量部４１２は、図８Ａの紙面に向かって、基材４０２の幅方向左側に配置されている。

　第１配線パターン４０３は、ライン部４１１、容量部４１２、第１接続部４１３、第２接続部４１４およびミアンダ部４１５で、１つの閉回路Ｃ２を形成している。閉回路Ｃ２におけるミアンダ部４１５の配線長の合計は、ライン部４１１の延在方向の長さの２倍以上に形成されている。また、ライン部４１１の幅は、第１配線パターン４０３の他の配線部分の幅よりも広く形成されている。

　図８Ｂに示すように、第２配線パターン４０４は、第１配線パターン４０３のライン部４１１と同方向に延在し、かつ、ライン部４１１と互いに対向する位置に配置されているワイヤ部４２１を有する。

　ワイヤ部４２１は、ライン部４１１と同様に、基材４０２の幅方向右側に、基材４０２の延在方向と平行方向に延在して配置されている。第２配線パターン４０４は、ワイヤ部４２１の両端部から、それぞれ屈曲して分岐している第１延長部４２２および第２延長部４２３と、を有している。第１延長部４２２は、蛇行した形状のミアンダ部を有している。なお、第２延長部４２３にミアンダ部を有する形状であってもよい。

　第２配線パターン４０４は、ワイヤ部４２１、第１延長部４２２および第２延長部４２３で、１つの開回路を形成している。また、ワイヤ部４２１の幅は、第２配線パターン４０４の他の配線部分の幅よりも広く形成されている。

　第１延長部４２２の先端は、基材４０２の延在方向一端に向かって延びている。第２延長部４２３の先端は、基材４０２の延在方向他端に向かって延びている。第１延長部４２２および第２延長部４２３は、高密度構造に形成され、容量部４１２、第１接続部４１３および第２接続部４１４と重ならない位置に配置されていることが好ましい。

　なお、第２配線パターン４０４の厚さは、第１配線パターン４０３の厚さよりも厚く形成されている。厚さが大きくなることにより、その部分の抵抗が小さくなるため、電流を流れやすくすることができる。

　本実施形態に係る電磁波吸収体４０１によれば、第１実施形態に係る電磁波吸収体２０１と同様に、電磁波の吸収性能を維持したまま単位セルサイズを従来技術より大幅に縮小することができる。したがって、電磁波吸収体４０１によれば、単位構造のサイズを縮小しつつ適用可能な対象を従来技術より拡張し、同時に、配置自由度を向上させることができる。

３．その他の適用用途
　次に、本技術の上記実施形態に係る電磁波吸収体を有するメタマテリアルの適用用途について説明する。

　従来から、負の屈折率等の特性を有するメタマテリアルを、電波、光波、音波を含む様々な波の反射、遮蔽、吸収、位相変調等に用いることが提案されている。ここで、メタマテリアルとは、自然界に存在する物質では発揮し得ない機能を生じさせる人工的な構造体をいう。メタマテリアルは、例えば、金属、誘電体、磁性体、半導体、超伝導体などの単位微細構造体を、波長に対して十分短い間隔で配列することで自然にはない性質を発現させるように作られている。このように作られたメタマテリアルは、誘電率および透磁率を制御することにより、電磁波等の波動を制御することが可能となる。

　そこで、上記実施形態に係る電磁波吸収体を有するメタマテリアルは、ＥＴＣやレーダーなどのセンサの他、送受信または受発光を行う波動制御装置、小型アンテナ、低背アンテナ、周波数選択フィルタ、人工磁気導体、エレクトロバンドギャップ部材、ノイズ対策部材、アイソレータ、電波レンズ、レーダー部材、光学レンズ、光学フィルム、テラヘルツ用光学素子、電波および光学迷彩・不可視化部材、放熱部材、遮熱部材、蓄熱部材、電磁波の変復調、波長変換等、非線形デバイス、スピーカー、等の用途に適用することができる。

　なお、本技術では、以下の構成を取ることができる。
（１）
　基材と、前記基材の一方の面に実装された第１配線パターンと、前記一方の面に対向する他方の面に実装された第２配線パターンと、を備え、
　前記第１配線パターンは、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部と、前記外部電界によって電位差が生じる容量部と、前記ライン部の各端部と前記容量部とを接続する第１接続部および第２接続部と、を有し、
　前記第２配線パターンは、前記ライン部と同方向に延在し、かつ、互いに対向する位置に配置されているワイヤ部と、前記ワイヤ部の端部から屈曲して分岐している延長部と、を有する電磁波吸収体。
（２）
　前記第１接続部および／または前記第２接続部は、蛇行して形成されたミアンダ部を有する、（１）に記載の電磁波吸収体。
（３）
　前記ミアンダ部の配線長の合計が、前記ライン部の長さの２倍以上である、（２）に記載の電磁波吸収体。
（４）
　前記延長部は、高密度構造に形成されている、（１）から（３）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（５）
　前記延長部は、前記容量部、前記第１接続部および前記第２接続部と重ならない位置に配置されている、（１）から（４）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（６）
　前記ライン部および／または前記ワイヤ部の幅は、各配線パターンの他の配線部分の幅よりも広い、（１）から（５）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（７）
　前記第１配線パターンは、前記ライン部の幅方向の中心軸または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている、（１）から（６）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（８）
　前記第２配線パターンは、前記ワイヤ部の幅方向の中心軸または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている、（１）から（７）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（９）
　前記第２配線パターンの厚さが、前記第１配線パターンの厚さよりも厚い、（１）から（８）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（１０）
　前記第１配線パターンおよび／または前記第２配線パターンは、メタマテリアルで形成されている、（１）から（９）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（１１）
　前記基材のアスペクト比（長辺／短辺）が、１．５以上である、（１）から（１０）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。
（１２）
　前記基材の厚さが、実効波長の１／５よりも薄い、（１）から（１１）のいずれか一つに記載の電磁波吸収体。

１００、２００、３００　電磁波吸収ユニット（電磁波吸収シート）
１０１、２０１、４０１　電磁波吸収体
１０２、２０２、４０２　基材
１０３、２０３、４０３　第1配線パターン
１０４、２０４、４０４　第２配線パターン
１１１、２１１、１３１、４１１　ライン部
１１２、２１２、４１２　容量部
１１３、２１３、２１４、４１３、４１４　接続部
１２１、２２１、４２１　ワイヤ部
２１５、２１６、４１５　ミアンダ部
２２２、２２３、４２２、４２３　延長部
３０１、３０２　周期境界条件面
３０３、３０４　電力ポート面
Ｉ_Ｈ、Ｉ_ＬＣ　電流
Ｃ１、Ｃ２　閉回路
Ｓ１、Ｓ２　セル領域
Ｒ１、Ｒ２　空気領域
Ｌ１、Ｌ２　曲線

Claims

　基材と、前記基材の一方の面に実装された第１配線パターンと、前記一方の面に対向する他方の面に実装された第２配線パターンと、を備え、
　前記第１配線パターンは、外部電界が生じる方向と平行な向きに延在するライン部と、前記外部電界によって電位差が生じる容量部と、前記ライン部の各端部と前記容量部とを接続する第１接続部および第２接続部と、を有し、
　前記第２配線パターンは、前記ライン部と同方向に延在し、かつ、互いに対向する位置に配置されているワイヤ部と、前記ワイヤ部の端部から屈曲して分岐している延長部と、を有する電磁波吸収体。
　前記第１接続部および／または前記第２接続部は、蛇行して形成されたミアンダ部を有する、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記ミアンダ部の配線長の合計が、前記ライン部の長さの２倍以上である、請求項２に記載の電磁波吸収体。
　前記延長部は、高密度構造に形成されている、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記延長部は、前記容量部、前記第１接続部および前記第２接続部と重ならない位置に配置されている、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記ライン部および／または前記ワイヤ部の幅は、各配線パターンの他の配線部分の幅よりも広い、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記第１配線パターンは、前記ライン部の幅方向の中心軸または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記第２配線パターンは、前記ワイヤ部の幅方向の中心軸または延在方向の中心軸に対して対称に形成されている、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記第２配線パターンの厚さが、前記第１配線パターンの厚さよりも厚い、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記第１配線パターンおよび／または前記第２配線パターンは、メタマテリアルで形成されている、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記基材のアスペクト比（長辺／短辺）が、１．５以上である、請求項１に記載の電磁波吸収体。
　前記基材の厚さが、実効波長の１／５よりも薄い、請求項１に記載の電磁波吸収体。