電磁波媒質特性計算機

電磁波が媒質を通過するときの波長・反射率・透過率・電力半減深度・表皮厚みを計算。電磁波シールド設計・基板設計・電波吸収体の検討に。

入力

周波数 (f) [MHz]

例: 2400 MHz = 2.4 GHz、100 MHz = FMラジオ帯

媒質の種類

比誘電率 (εr)誘電正接 (tan δ)比透磁率 (μr) ※非磁性材は1

計算結果

波長

真空中の波長 λ₀	124.9135 mm
媒質中の波長 λ_m	59.5502 mm

反射・透過（空気からの垂直入射）

媒質インピーダンス Z	179.5991 Ω
パワー反射率 \|Γ\|²	12.5559 %
パワー透過率	87.4441 %

電力半減深度（絶縁体損失）

電力が半分になる距離

328.4723 mm

電磁波と媒質の関係

電磁波が媒質（絶縁体・導体）を通過するとき、その挙動は媒質の電気的特性（比誘電率 εr、誘電正接 tan δ、比透磁率 μr、電気抵抗率 ρ）に依存します。本ツールは、電磁波シールド設計・基板設計・電波吸収体の検討で必要な5つの代表的な物理量を計算します。

計算する物理量

真空中の波長 λ₀：λ₀ = c/f（光速 ÷ 周波数）
媒質中の波長 λ_m：λ_m = λ₀ / √(εr × μr)（絶縁体）
反射率 |Γ|²：媒質境界での電力の戻り割合（空気からの垂直入射）
透過率 1 − |Γ|²：媒質に進入する電力の割合
電力半減深度：絶縁体内で電力が半分に減衰する距離（tan δ > 0 のとき）
表皮厚み δ：導体内で電界振幅が 1/e（約 36.8%）になる距離

主要な公式

λ₀ = c / f（c = 299,792,458 m/s）
λ_m = λ₀ / √(εr × μr) ［絶縁体］
Z = η₀ × √(μr/εr)、η₀ ≈ 377 Ω
Γ = (Z − η₀) / (Z + η₀)　反射係数
電力半減深度 = ln(2) / (2α)、α ≈ (ω/c)√(εr·μr)·(tan δ / 2)
表皮厚み δ = √(2ρ / (ωμ₀))［導体・μr=1の場合］

代表的な材料の比誘電率（εr）と誘電正接

材料	εr	tan δ（@ 1GHz）
空気・真空	1.0	0
PTFE（テフロン）	2.1	0.0002
ポリエチレン	2.3	0.0005
FR-4 基板	4.4	0.02
ガラス（一般）	7	0.005
アルミナ	9.8	0.0001
純水（液体）	80	0.04
コンクリート（乾燥）	6	0.05

主要な金属の電気抵抗率（20℃）

金属	ρ [Ωm]
銀	1.59 × 10⁻⁸
銅	1.68 × 10⁻⁸
金	2.44 × 10⁻⁸
アルミニウム	2.65 × 10⁻⁸
鉄	9.71 × 10⁻⁸
ステンレス SUS304	7.2 × 10⁻⁷

よくある使い方

電磁波シールド設計：表皮厚みの数倍以上の金属厚みで効果的にシールド
基板設計：FR-4 内の波長から伝送線路の長さ・反射係数を見積もる
電波吸収体検討：媒質中の電力半減深度から必要な厚みを計算
建材の電波透過性：コンクリート壁・ガラスでの電波減衰を予測
電子レンジ設計：水分（εr=80, tan δ=0.04）での電力吸収特性

よくある質問（FAQ）

Q. 比誘電率と誘電正接の違いは？

A. 比誘電率（εr）は実部で電磁波の伝播速度を遅くする度合い、誘電正接（tan δ）は虚部で損失（熱化）の度合いを示します。低損失材は tan δ が小さい（PTFE: 0.0002）、損失材は大きい（コンクリート: 0.05）です。

Q. 表皮厚みより薄い金属でも電磁波を遮蔽できる？

A. 表皮厚みは電界振幅が 1/e（約 37%）になる距離。実用的なシールドには通常 5δ 以上の厚みが推奨されます。例えば 1MHz の銅では δ ≈ 66μm なので、330μm 以上が望ましいです。

Q. 高周波になるほど表皮厚みは薄くなる？

A. はい、δ ∝ 1/√f なので周波数が高くなるほど表皮厚みは薄くなります。GHz 帯では数μm以下になるため、薄い金属箔でも高い遮蔽性能が得られます。

Q. 反射率が高いほどシールド性能が高い？

A. 反射率はインピーダンス整合のミスマッチに依存します。金属は反射が大きく（>99%）、誘電体は εr によって変わります。シールドには反射損失と吸収損失（表皮効果）の両方が寄与します。

Q. 電子レンジ（2.45GHz）で水が温まる仕組みは？

A. 水の εr ≈ 80 で大きく、tan δ ≈ 0.04 のため、電力半減深度は数 cm 程度。電磁波エネルギーが水分子を振動させて熱に変わる「誘電損失加熱」が原理です。

Q. 入力データはどこに保存されますか？

A. 入力データはあなたの端末（ブラウザ localStorage）にのみ保存され、当社のサーバーを含む外部に送信されることはありません。

注意事項

本ツールは平面波・垂直入射・線形等方均質媒質を仮定した近似計算です。
誘電率・透磁率・抵抗率は周波数依存性があり、本ツールでは入力値を一定として計算します。
導体の比透磁率 μr は1（非磁性）として計算しています。磁性体（Fe、Ni、フェライト）では別途補正が必要。
厳密な設計では電磁界シミュレーション（HFSS、CST等）の使用を推奨します。

出典・参考

NIST「CODATA Recommended Values」 — 物理定数（光速、真空透磁率等）
国際度量衡局（BIPM）「SI Brochure」
総務省電波利用ホームページ
Pozar, D. M. Microwave Engineering, 4th ed., Wiley, 2011 — マイクロ波工学の標準的教科書
Balanis, C. A. Advanced Engineering Electromagnetics, 2nd ed., Wiley, 2012

最終更新日: 2026年5月8日

変更履歴

2026/05/08 — 公開

電磁波 媒質特性計算機

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