无线电波吸波体 【技术领域】
本发明总地涉及一种无线电波吸波体，并且更特别地，涉及用于无回音室中的吸波体的结构(几何结构)。背景技术
我们知道使用无回音室进行与EMC(电磁兼容性)相关的噪声的测量，或者测评天线。无回音室有一个外部屏蔽墙用于阻挡外来噪声，或防止辐射波泄露到外部，同时有装在其内部的为了防止电波反射的无线电波吸波体。商业上可用的无线电波吸波体由各种不同的材料制成并且具有各种不同的形状。在它们当中，以角锥形状或楔形模制体制成的无线电波吸波体是为大家熟知的并广范用于提供高的波吸收性能。在下文中，除非另有说明，术语“角锥形”将也包括“楔形”。本说明书因此也适用于“楔形”。
这些无线电波吸波体被制成角锥形，因此相对于入射波其密度梯度是按几何形状成形加工的。这同时考虑到了阻抗匹配和频带扩展。同时，高频情况下由几何形状所造成的散射效应进一步提高了无线电波的吸收性能。为了进一步提高无线电波地吸收性能，角锥形状需要被更加尖锐地成角。
按照公知的生产角锥形模制体的无线电波吸波体的方法，通过加工用碳浸渍过的氨基甲酸乙脂泡沫材料制成的块状模制体制造氨基甲酸乙脂吸波体。结果得到的具有通过剪切获得的角形尖端的角锥形体容易破损。因此生产效率较低并且其形状可能在运输过程中被破坏。当角锥形状的尖端的角度被减小以提高散射效应时，这一缺点变得更加明显。
有一种被广泛熟知的通过使用聚苯乙烯泡沫在模具中充满泡沫来整体成形角锥模制体和底座的方法。然而，这一方法只能制成具有钝的尖端或由大尺寸切割的尖端的角锥，这样就降低了无线电波吸收性能。
【发明内容】
本发明的一个目的是，提供一种具有良好无线电波吸收性能以及高冲击阻力的无线电波吸波体，因此该吸波体不会有由于破损或其它类似情况造成的破坏。本发明的另一个目的是，提供一种具有高生产回报率的无线电波吸波体，它同时具有良好的无线电波吸收性能和较高冲击阻力。
上面所述的本发明的第一个目的是通过包括角锥形或楔形模制体的无线电波吸波体来实现的，该模制体在尖端末端处的半径‘R’处在0.5mm到7.5mm的范围之内。更明确地说，角锥形的尖端末端例如被做成弯曲表面以使尖端末端的半径‘R’处在0.5mm到7.5mm的范围之内。这里，尖端末端或类似地方的破损问题可以被显著地改善同时保持了良好的无线电波吸收性能。
上面所述的本发明的第二个目的是通过包括至少两个角锥或楔形模制体的无线电波吸波体单元以及一个承载模制体的底座来实现的。无线电波吸波体单元由聚丙烯基导电泡沫(polypropylene-based conductive expanded bead)整体形成，该吸波体单元的角锥或楔形模制体的尖端末端的一边的长度是15mm或更小。这里，当尖端末端具有弯曲的表面时，一边的长度是指除掉弯曲部分之后所得到的一个平面的一边的长度。
将聚丙烯基导电泡沫用作基体材料，根据本发明的具有复杂形状的无线电波吸波体单元可以高生产效率地被整体形成。聚丙烯具有柔韧性和弹性，因此所得到的无线电波吸波体具有高冲击阻力，以及当无线电波吸波体的角锥形状的尖端末端的一边的长度是15mm或更小时具有良好的无线电波吸收性能。
【附图说明】
图1是用于说明如何计算在尖端末端或沟槽处的半径(’R’值)的示意图；
图2是用于说明如何计算在尖端末端或沟槽处的一边长度的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的无线电波吸波体单元的视图；
图4是根据本发明的另一个实施例的无线电波吸波体单元的视图；
图5是根据本发明的再有的另一个实施例的无线电波吸波体单元的视图；
图6是根据本发明的再有的另一个实施例的无线电波吸波体单元的视图；
图7是根据本发明另一个实施例的无线电波吸波体的视图；
图8是用于说明带有GTEM箱的加热测试单元的示意图；
图9是示出聚氨脂泡沫吸波体的加热测试结果的图表；和
图10是表示不同的泡沫材料的热变形性能的图表。具体实施方式
根据本发明，在由角锥或楔形模制体2构成的无线电波吸波体1的尖端末端处的半径’R’是从0.5mm到7.5mm。这里，在尖端末端处的半径’R’(也可表示为“尖端末端R”)指的是在图3中示出的角锥形状模制体2或在图5中示出的楔形模制体2的尖端末端处的半径’R’(r1)，以及图1中所示的与尖端末端相切的圆的半径。
当无线电波吸波体中的角锥形具有’R’在0.5mm到7.5mm范围内的弯曲的尖端末端时，尖端末端的破损或类似情况可以被显著减少同时保持良好的无线电波吸收性能。尖端末端R(r1)优选地在2mm到5mm的范围内。当尖端末端R小于0.5mm时，破损就可能发生，但是，当尖端末端R大于7.5mm时，无线电波吸收性能将被降低。
在一个有两个或多个角锥或楔形模制体2以及一个承载它们的底座3的无线电波吸波体单元中，位于相邻的角锥或楔形模制体2之间的沟槽处的’R’最好是7.5mm或更小。这里，在沟槽处的’R’(也可表示为“沟槽R”)是指位于图3中的角锥形模制体之间或位于图5中的楔形模制体之间的沟槽部分处的半径“R”(r2)，即，与沟槽的末端相切的圆的半径。
处于角锥形模制体之间的沟槽R(r2)是7.5mm或更小，从而可以得到改善的散射效应和更好的无线电波吸收性能。这里，沟槽R(r2)优选地为5mm或更小，并且更加优选地为4mm或更小。其下限无须指定。然而，在下面将要介绍的由聚丙烯基导电泡沫材料做成的无线电波吸波体单元中，沟槽R最好至少为1mm以便于加工。
此外，角锥的项角以及相邻角锥之间的沟槽角度(图4或5中的θ)，每个都是25°的锐角或更小，从而能够获得进一步改善的散射效应和更好的无线电波吸收性能。考虑到模制体的强度和生产效率，这些角度最好不小于15°。
任何具有无线电波吸波体所必须的在传导损耗和非传导损耗等方面的物理属性的材料都可以被用作上面所述的无线电波吸波体或无线电波吸波体单元1的基体材料。通过切割制作的并且具有角锥形尖端末端的传统的氨基甲酸乙脂吸波体或类似的吸波体可以被打磨得具有在上面所说范围内的’R’。
然而，考虑到生产效率、强度和耐热性，聚丙烯基导电泡沫是理想的基体材料。一种在日本专利公开公报第Hei 7-300536中公开的生产聚丙烯基导电泡沫材料的方法尤其适于生产具有复杂形状和高膨胀率的泡沫材料。通过这种方法，就可以使用适用于无线电波吸波体的具有低电阻率的泡沫材料了。因为根据这种方法提供的泡沫材料具有封闭的蜂窝结构，并且聚丙烯结构不会出现潮湿，因此可以实现具有高抗湿性的无线电波吸波体。
聚丙烯的软化点比聚苯乙烯或聚乙烯的软化点要高，因此获得了具有高抗热性的无线电波吸波体。此外，聚丙烯具有柔韧性和弹性，并且可以实现不易破碎的细小的锥形尖端末端，因此提高了生产效率以及抗冲击性能。
在由聚丙烯基导电泡沫整体形成的，具有两个或多个角锥或楔形模制体2以及支撑模制体的底座3的无线电波吸波体单元1中，角锥或楔形模制体2优选地具有一边为15mm或更短长度的尖端末端。
这里，当尖端末端具有如图2的(A)中所示的平坦形状时，尖端末端的一边的长度’a’表示平面的一边的长度。在角锥形状中，在尖端末端处的平面通常是规则的正方形，但是在图5中所示的楔形中，尖端末端处的平面是一个长方形。在这种情况下，如图5所示，’a’表示短边的长度。更明确地说，在尖端末端处的平面的短边的长度必须是15mm或更小，并且这是本发明的一个基本要求。
如图2(B)所示，当一个以不同的角度倾斜的部分与尖端末端相连接并且尖端末端的面积被减少时，通过移除倾斜部分所产生的平面的一端的长度是’a’(图2(B)中在尖端末端处的梯形的较低的边)。
当尖端末端是如图2(C)所示的切角面时，在切角之前的一边长度相应为’a’。
同时，如图2(D)所示，当尖端末端是圆且尖的形状时，移除弯曲部分之后形成的平面的一边的长度相应为’a’。
如上面所述，使用聚丙烯基导电泡沫作为基体材料，根据本发明的具有复杂形状的无线电波吸波体单元1可以以高生产效率被整体形成。因为聚丙烯具有柔韧性和弹性，所以所得到的无线电波吸波体具有高抗冲击性，并因此由于破损所造成的损害能够被减少。因此，角锥形的尖端末端可以在平面和曲面中选择。
在角锥形的尖端末端处的平面的一边的长度是15mm或更小，以得到良好的无线电波吸收性能效果。当在尖端末端处的平面的一边长度是10mm或更小时，无线电波吸收性能被更加显著地提高。
位于相邻的角锥或楔形模制体2之间的沟槽的长度，在此时的无线电波吸波体单元中，最好是15mm或更小。这里，沟槽的一端的长度(距离)指的是在图4中的角锥形或图5中的楔形之间的沟槽的一边的长度’b’。该长度可以按照结合图2所描述的方式获得，换句话说，类似于尖端末端的一边的长度。
如果位于角锥形之间的沟槽的一边的长度是15mm或更小，可以得到改善的散射效应和良好的无线电波吸收性能。当沟槽的一边的长度是10mm或更小时，无线电波吸收性能会得到更大地提高。指定一个下限是没有必要的，但是在如上面所述的由聚丙烯基导电泡沫材料制成的无线电波吸波体单元中，为了便于生产，该长度最好至少为2mm。
在根据本发明的无线电波吸波体单元1中，底座3具有用于在一个方向上彼此装配的凸出的和凹进的部分5和4，这些不同的单元1的凸出部分5和凹进部分4随后被彼此装配在一起，从而使得多个单元1连接在一起(见图6)。在这种情况下，模制体彼此组合在一起并且每个在机械上都是牢固的，换句话说，它们无须粘合剂即可被可靠地紧固在一起，这样就显著地提高了可操作性。
如图3到6所示，台阶7和8被形成在底座3的相对的侧表面上。台阶7面向下方，而台阶8面向上方。如图6所示，当相邻的单元1被组合时，单元1的台阶7被放置在另一个与其相邻的单元的台阶8上，并且在此处的底座3的厚度与其余部分的厚度一致。
用作基体材料的聚丙烯基导电泡沫尤其有用，对复杂的形状来说可以被整体注模成形。聚丙烯基导电泡沫材料很坚韧并且因此能够大幅减少在工作或机械安装过程中的损坏。
在无线电波吸波体和无线电波吸波体单元1中，如果需要的话，角锥形模制体可以具有空心结构6(见图7)。微波频段的无线电波，特别地，在传播到吸波体的内部6之前就已经被衰减了，并且因此吸波体的性能不会因为其内部的这一空心结构的存在而降低。此外，当在其内部形成这一空心结构时，材料的厚度可以被减小，从而减少了材料因为收缩而造成的变形。利用空心结构还可以较少重量。这样，当空心结构6被形成时，将根据对材料性能的需要以及材料的体积电阻率适当地设置厚度。
对于应用于微波频段(3G到300GHz)的无线电波吸波体，具有相对较低的阻抗的材料是合适的。材料的体积电阻率优选地在102Ω·cm到105Ω·cm的范围内，并且更加优选地在102Ω·cm到103Ω·cm范围内。当体积电阻率超过105Ω·cm时，就无法获得充分的无线电波吸收性能。同时，当体积电阻率小于102Ω·cm时，将会有过多的反射并且成型和发泡过程都要受到损害。
膨胀率最好在这样一个范围内：体密度在0.02g/cm3到0.1g/cm3的范围内。随着体密度的增加，重量也随之增加，同样材料的耗费也随之增加。因此，体密度最好是0.1g/cm3或更小。另一方面，当体密度小于0.02g/cm3时，几何结构将无法维持，这使得成形过程将很难进行。
当导电泡沫被用作基体材料时，在考虑到如何充分地将它们充满锥形的尖端末端时，泡最好具有最多为10mm的颗粒尺寸。为了防止模制体收缩，导电泡沫的颗粒尺寸至少应为2mm。通常使用的具有圆柱形状的泡沫其直径最好在2mm到10mm的尺寸范围内。此外，如果需要，例如当角锥的尖端末端角度必须很小时，可以通过使用两种或多种具有不同颗粒尺寸分布和/或比重的泡沫来改进尖端末端的填充。这里，在圆柱形泡沫中，颗粒尺寸分布指的是表示在圆柱形的直径上的尺寸分布。(例子)实验1
现在，将详细介绍根据本发明的实施例的产品。
由聚丙烯-乙烯聚合物制成的泡沫，含有14wt％(重量百分比)到16wt％的混合比例的碳黑，并且具有0.037g/cm3到0.040g/cm3的体密度，其颗粒尺寸为4mm到6mm，被注入到一个模具中，然后用3kg/cm2G到4kg/cm2G的蒸气加热使其在模具中膨胀或起沫并熔化。
熔化后的物质从模具中取出并允许在60□的温度下干燥24小时。这样就得到了具有0.045g/cm3的体密度以及8×102Ω·cm到1.2×103Ω·cm的体电阻率的角锥泡沫模制体2。图3示出了模制体2的形状以及成型结果，并且尖端末端R(r1)在不同尺寸的情况下的无线电波吸收测量结果在表1中给出。此时沟槽R(r2)是7.5mm。
表1尖端末端/沟槽角度：θ尖端末端/尺寸：r1(mm)沟槽尺寸：r2(mm)尖端末端造型性能无线电波吸收性能(dB)1GHz3GHz10GHz30GHz50GHz例子 1 20 0.5 7.5 △-30-40-45-50-50 2 20 2 7.5 ○-30-40-45-50-50 3 20 5 7.5 ○-30-40-45-50-50 4 20 7.5 7.5 ○-30-40-45-45-45比较例 1 20 0.3 2 ×----- 2 20 10 5 ○-30-35-35-35-35
评价尖端末端的造型性能的标准：
○ 在所有的角锥中，在尖端末端没有观察到破损，并且各泡沫之间平滑熔合并且起泡成规定形状。
□ 在尖端末端没有观察到破损，但是部分泡沫结团并且彼此之间没有充分融合。
× 有一个(多个)角锥的尖端末端有破损。
正如从表1所给出的结果看到的，在例子1到4中，其中r1在0.5mm到7.5mm的范围之内，可以得到对于角锥的尖端末端的造型性能和无线电波吸收性能两方面的良好结果。当r1在2mm到5mm的范围内时，对于这两方面性能的结果尤其的好。在r1是0.3mm(比例1到例4小)的比较例1中，造型性能被降低了。在r1大于例1到例4的比较例2中，没有得到足够的无线电波吸收性能。
进一步地，在例1中，某些角锥没有被泡沫充分地填充，引起了造型性能的问题。当具有2mm到3mm的较小的颗粒尺寸的泡沫被加入并以50wt％的比例混合，并进行成型时，将得到充分的填充，具有尖端末端的良好的造型性能。
实验2
尖端末端R(r1)为5mm，而沟槽R(r2)变化的测量结果在表2中给出。可以发现，随着r2变得越来越小，无线电波吸收性能有提高的倾向。同样地可以从表2中看出，可以发现r2最好为7.5mm或更小，而更优选地为5mm或更小。
表2尖端末端/沟槽角度：θ尖端末端/尺寸：r1(mm)沟槽尺寸：r2(mm)无线电波吸收性能(dB)1GHz3GHz10GHz30GHz50GHz例子 5 20 5 5-30-40-45-50-50 6 20 5 7.5-30-40-45-45-45 7 20 5 10-30-40-40-40-40
实验3
如图4中所示的角锥尖端末端和沟槽为平面并且尖端末端处的平面的一边的长度’a’变化的测量结果在表3中给出。这里，相邻的角锥之间的沟槽的一边的距离’b’是10mm。当’a’是15mm或更小时，可以得到良好的性能，可是当’a’是10mm或更小时可以得到特别好的结果。在尖端末端尺寸’a’是20mm的比较例3中，导致了性能的不足。因此，尖端末端的尺寸必须不得超过15mm。
表3尖端末端/沟槽角度：θ尖端末端尺寸：a(mm)沟槽尺寸：b(mm)无线电波吸收性能(dB)1GHz3GHz10GHz30GHz 50GHz例子 8 20 5 10-30-40-45 -50-50 9 20 10 10-30-40-45 -50-50 10 20 15 10-30-40-45 -45-45比较例 3 20 20 10-30-35-35 -35-35
上述的例子都与角锥的形状有关，而对于如图5中所示的楔形可以观测到同样的效果。在这种情况下，图5示出θ、r1、r2、’a’和’b’。
实验4
图6示出了如何组装图3和图4中的无线电波吸波体单元的例子。每个单元1通过螺钉等紧固，并且不同的单元1的各自的凸出部分5和凹进部分4彼此装配并连接在一起。通过这种方法，各个单元可以被容易地组装起来而无需粘合剂。用于固定的螺钉由相邻的被连接的单元覆盖起来从而不会暴露在无线电波吸波体的表面上。
需要注意的是，图3和图4中的装配方式只不过是为了说明而被示出，而也可以采用不同于这个例子的类似的装配方法。
实验5
每个角锥都具有和实验2中的模制体的角锥相同的形状，只是它们的内部是如图7中所示的那样的中空的。对应于不同厚度的无线电波吸收性能被做了测量。对应于不同厚度的单元重量和无线电波吸收性能的测量结果在表4中给出。
正如可以从表4看出来的那样，对于中空结构，直到厚度为20mm，无线电波吸收性能几乎没有减弱。当角锥被制成内部中空的结构并且具有20mm的厚度，单元重量被减少接近30％，换句话说，材料消耗可以被减少这么多的数量。
表4角锥结构厚度：t(mm)单元重量(g)无线电波吸收性能(dB)1GHz3GHz10GHz30GHz 50GHz例子 11满的-2.160-30-40-45-50 -50 2中空的201,580-25-40-45-50 -50
实验6
每个角锥都具有和实验2中的模制体的角锥相同的形状，只是体密度(膨胀率)不同，并且测量了其体电阻率和无线电波吸收性能。测量结果在表5中给出。可以发现，根据测量得到的无线电波吸收性能，模制体的体电阻率最好在102Ω·cm到105Ω·cm的范围内，并且更加优选地在102Ω·cm到104Ω·cm的范围内。同样，根据成型性能和无线电波吸收性能，模体的体密度最好在0.02g/cm3到0.1g/cm3的范围之内。
表5体密度(g/cm3)膨胀率 (×)模制尖端末端的状态体电阻(Ω·cm)无线电波吸收性能(dB)1GHz3GHz10GHz30GHz50GHz例子 14 0.045 20 ○ 1.0×103-30-40-45-50-50 15 0.100 9 ○ 2.0×102-30-40-45-50-50 16 0.020 45 ○ 6.0×104-25-35-40-45-45 17 0.120 7.5 ○ 7.0×101-30-40-40-40-40
评价尖端末端的造型性能的标准：
○ 在所有的角锥中，在尖端末端没有观察到破损，并且各泡沫之间平滑熔合并且起泡成规定形状。
□ 在尖端末端没有观察到破损，但是部分泡沫结团并且彼此之间没有充分融合。
× 有一个(多个)角锥的尖端末端有破损。
为了测试由无线电波吸收所造成的加热，对氨基甲酸乙脂吸波体1施加来自GTEM(千兆赫横电磁场)箱的电场所引起的温升进行测量。如图8所示。测量结果在图9中给出。这里，60分钟之后温度升高到将近90□。
对于每个都具有0.04g/cm3的体密度的泡沫聚丙烯、泡沫聚苯乙烯以及泡沫聚乙烯，通过根据JIS K6767的检测方法测量热变形率。测量结果在图10中给出。在90□或更高的温度下，泡沫聚苯乙烯和泡沫聚乙烯严重变形，而泡沫聚丙烯只是轻微变形。更特别地，使用泡沫聚乙烯作为基体材料的无线电波吸波体将会具有较高的耐热性。
如前所述，并依照本发明，可以得到具有良好的无线电波吸收性能和高冲击阻力的无线电波吸波体或无线电波吸波体单元。聚丙烯基导电泡沫被用于整体成型，因此可以提高无线电波吸收性能和冲击阻力，并且生产效率可以被充分提高。