電波暗箱とは
電波暗箱とは、外部から内部へ電磁波を透過させない、また内部で発生した電磁波を反射させず外部へ漏洩させないように電磁シールド素材で覆った箱型の電磁波遮蔽装置のことです。
同様の機能を持ったものに電波暗室がありますが、こちらはその名の通り、電磁波を遮蔽する部屋であり、非常に大掛かりな施設です。一方で、電波暗箱はそれよりも小型のものを指し、価格も抑えられています。
電波暗箱は電磁波や高周波関連の測定器を覆うものや測定対象物を格納可能な箱型の形状をしているもの、製品によっては持ち運びができるようなものも販売されています。
電波暗箱の使用用途
電波暗箱は、外部からの電磁波の影響のない状態での無線システムの評価を実施したい場合や、開発途中で未認証の周波数信号の電磁波の外部での測定を実施したい場合などに広く用いられています。モバイルネットワークや無線LAN、RFIDなど無線通信を用いたシステムやそれに関する製品の開発において、試験を行う際は十分な注意が必要です。
試験の段階では、開発途中の製品は技術基準適合証明が取得できておらず、外部に信号電波が漏洩すると電波法違反になるためです。電波暗箱は、このような状況を防ぐために使用されています。また、反対に外部で使用中の電波の影響を排除した測定目的にも活用されます。
電波暗室でも同様の目的は達成できますが、電波暗室の設置は非常に高額な上場所も必要とするため、試験を行うものがさほど大きくなければ、電波暗箱のほうが導入しやすいです。
電波暗箱の原理
電波暗箱の原理は、暗箱の内部を電波吸収体と呼ばれる電磁波を吸収する素材で覆い、評価に際しその影響を排除することを可能としている点にあります。電波暗箱は内外からの電磁波を遮断することはもちろん、試験の目的で使用する際は内部で電磁波が反射しないことも要求されます。
そのため、電波暗箱の内部は電波吸収体で覆われているのが特徴です。電波吸収体の素材はフェライトを焼き固めたものやフェライト粒子やカーボンをウレタン樹脂などに練り込んだものなどが用いられます。この際、広い周波数帯で電波吸収を実現させるために、フェライトやカーボンの濃度に勾配をつけます。
しかし、実際には塗装によって勾配を実現するのは製造コストの観点から現実的ではありません。そこで、ピラミッド上の構造に加工してそれを並べることで、吸収材を何層にも積層した効果を得ています。
したがって、電波暗箱や電波暗室の内部の壁は、このような立体的幾何学形状をしています。電波吸収材のシールド特性に応じてピラミッドの山の高さを変えることで、吸収できる電磁波の周波数などをコントロールすることが可能です。
電波暗箱のその他情報
1. 電波暗箱で扱われる周波数帯
電波暗箱で遮蔽可能な周波数帯は、一般によく取り扱われるマイクロ波帯のLow Band帯である700MHzからSub6GHzの6GHzまでを扱うものが多いですが、ミリ波帯の30GHz程度まで評価可能な機種もあります。
高い周波数は比較的対応できますが、低い周波数はその波長が長いために小型化との両立には高い技術力が必要です。内部の電波吸収体の形状や素材を工夫し、複数の吸収体の組み合わせにより、各社遮蔽周波数の広帯域化を図っています。
2. 電波暗箱の性能指標
電波暗箱の性能指標は、電波を遮蔽可能な周波数とその電磁波のシールド (遮蔽) を意味する反射減衰量が代表的です。目安としては、反射減衰量 (絶対値) 10dBではほとんど効果はありません。20dBで最低限のシールド効果あると言えます。
平均値は30～60dBであり、このレベルはちょうど携帯電話がその電波を認知できずに圏外と扱われるレベルです。よって、所望の電波周波数で60dBのシールド効果が性能指標の目安です。また、電波暗箱内部においてシールド効果の性能指標である反射減衰量の分布値が、大きくばらつくのも好ましい状態ではありません。
実際にアンテナを内部に格納し、電波の指向性分布から好ましいばらつきを抑制された反射減衰量分布となるように、各メーカーにて電波吸収体の配置に創意工夫が施されています。
参考文献
http://www.micronix-jp.com/products/shield-box/
http://t-sato.in.coocan.jp/terms/rf-absorber.html