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ケーブルシールド効果

転送インピーダンスモデルを使用した同軸ケーブルまたはシールドケーブルのシールド効果 vs 周波数を計算します。

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公式

SE = 20·log₁₀(V_no-shield / V_shield)

仕組み

ケーブルシールド効果は、ケーブルの金属シールドがケーブル内部と外部環境との間の電磁結合をどの程度防ぐかを数値化したものです。重要なパラメータは伝達インピーダンス Z_t (mΩ/m) です。これは、内部導体に誘導される開回路電圧と、それを引き起こすシールド電流との比率です。低周波数では、Z_t ≈R_DC (DC シールド抵抗) となります。周波数が高くなると、表皮効果によってシールドの実効厚が減少し、z_tが増加しますが、編組シールドの場合、編組開口部からの漏れにより、Z_tは最終的に数MHz以上に上昇します。シールド効率 SE = 20·log( z_ref/Z_T) dB。ここで Z_ref は基準インピーダンスです。CISPR 22 に準拠するには、一般に 40 dB を超える SE が必要です。二重シールドケーブル（外側にフォイルに編組したもの）は SE が 60 dB を超えます。

計算例

問題: シールドケーブルのR_dc = 10 mΩ/m、長さは 2 m です。簡略化された伝達インピーダンスモデル z_t = R_dc × l × √ (1+ (f/10MHz) ²) を使用して、1 MHz、10 MHz、および 100 MHz での SE を計算します。
解決策 (Z_ref = 10 mΩ (参考値)):
1.1 MHz で: z_T = 10 × 2 × √ (1+ (1/10) ²) = 20 × 1.005 = 20.1 mΩ; SE = 40 − 20·log( 20.1/10) = 40 − 6 = 34 dB
2.10 MHz で: z_T = 20 × √ (1+1) = 28.3 mΩ; SE = 40 − 20·log( 28.3/10) = 40 − 9 = 31 dB
3.100 MHz で: z_T = 20 × √ (1+100) = 201 mΩ; SE = 40 − 20·log( 201/10) = 40 − 26 = 14 dB
結果: このモデルでは、10 MHz を超えるとシールド効果が大幅に低下します。100 MHz を超えると、二重シールドケーブルまたはソリッドフォイルケーブルが必要です。

実践的なヒント

  • ✓ケーブルシールドは必ず、コネクタのバックシェルに360°円周方向にボンディングしてください。ピグテールの接地は、高周波でシールドをバイパスするインダクタンスを追加します。
  • ✓100 MHz を超える周波数では、シングルブレードシールドではなく、二重シールドケーブル (フォイル+ブレード) またはソリッド銅箔を指定します。
  • ✓ケーブルの配線を変更できない場合は、ケーブルのフェライトクランプをシールド効果を高めることができます。両端をコネクタの近くに配置してください。

よくある間違い

  • ✗片端だけで終端されたシールドで完全なシールドが得られると仮定すると、一端を接地したシールドは電界のみをブロックし、数kHzを超える磁場は遮断しません。両端を接地すると、EMC効果を最大限に高めることができます。
  • ✗コネクタに対処せずにシールド効果だけに頼る場合、多くの場合、ケーブルシールド自体ではなく、コネクタの遷移不良 (ピグテールの接地接続) が主な故障モードです。
  • ✗ケーブルの共振を考慮しない場合、問題のある周波数でケーブルが1/4波共振器として機能すると、その特定の周波数で放射が増加する可能性があります。

よくある質問

頑丈なアルミホイルシールドは、低周波数で100％のカバレッジと低い伝達インピーダンスを提供します。銅編組は直流抵抗が低くなりますが、編組に開口部があると、高周波シールドが劣化します。最高の性能を得るには、フォイルとブレードの組み合わせを使用してください。
オーディオおよび低周波信号アプリケーションでは、両端を接地するとグランドループが発生し、50/60 Hzのハムが発生する可能性があります。シングルエンド接地では、10 kHz 以上では磁気シールドが減少するという犠牲を払ってグランドループを回避できます。RF/EMC では、両端を接地してグランドループのインピーダンスを制御します。
決まった最小値はありませんが、CISPR 22 Class Bでテストされた製品に接続されたケーブルでは、ケーブルが主要な放射アンテナの役割を果たさないように、通常は30 MHz～1 GHzの範囲で40 dBを超えるSEが必要です。実際の要件は、製品の内部ノイズレベルによって異なります。

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