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。
公式
仕組み
ケーブルシールド効果計算ツールでは、シールドケーブルの伝送インピーダンスとシールド効果を計算します。これは、EMCコンプライアンス、システムレベルの放射エミッション制御、および外部干渉に対する耐性に不可欠です。EMCのエンジニアはこれを利用して、CISPR 32クラスBコンプライアンスおよびMIL-STD-461G RE102に必要な、40～80dBのケーブル・シールドを実現しています。
ヘンリー・オットの「EMCエンジニアリング」とMIL-HDBK-1857によると、重要なパラメータはシールド電流を内部導体の誘導電圧に関連付ける伝達インピーダンスZ_t（mohm/m）です。V_inner = z_T x I_Shield x Lです。低周波数（約1 MHz未満）では、Z_tはシールドDC抵抗に等しくなります。周波数が高くなると、表皮効果によって最初は Z_t が減少しますが、三つ編みの開口により Z_t が約 10 MHz 以上に上昇します。
シールド効果 SE = 20 x log10 (z_ref/(z_T x L))。ここで、Z_ref は通常 10 ミリオームの基準値です。100 MHzでZ_t = 10 mohm/m、L = 2mのケーブルは、100 MHzでSE = 20 x log10 (10/ (10x2)) = -6 dBになります。負のSEは、ケーブルが実際にノイズ入力を結合していることを意味します。CISPR 32によると、ケーブルが主要な放射源にならないようにするには、SE が 40 dB を超える必要があります。
二重シールドケーブル (フォイル+ブレード) は、フォイルの 100% の被覆率とブレードの低い DC 抵抗を組み合わせることで、SE が 60 dB を超えます。MIL-C-17によると、三軸ケーブルのSE は 100 dB を超えています。ほとんどの産業用アプリケーションでは、カバレッジが 85% 以上の単一編組で 100 MHz 未満で 30 ～ 50 dB の十分な SE が得られます。
計算例
問題:シングルブレードシールド付きの 2 m USB ケーブルのケーブルシールドの評価 (Z_t = DC で 20 mohm/m、立ち上がりは sqrt (1 + (f/10 MHz) ^2)) です。CISPR 32 クラス B には十分ですか?
オットごとのソリューション: 1.30 MHz (CISPR 32 放射スタート): z_t = 20 x sqrt (1 + 9) = 63 ミリオーム/m 2.100 MHz の場合:z_t = 20 x 平方フィート (1 + 100) = 201 ミリオーム/m 3.300 MHz の場合:z_t = 20 x sqrt (1 + 900) = 600 ミリオーム/m 4.100 MHz での SE: SE = 20 x log10 (10/ (201 x 2)) = 20 x log10 (0.025) = -32 dB 5.100 MHz で 10 mA の内部シールド電流を使用する場合:V_Coupled = 201e-3 x 0.01 x 2 = 4 mV 6.50オームのLISNにおけるこの電圧 = 4mV/50 = 80uA、3mでの放射フィールドは約66 dBuV/m
分析:このケーブルは 10 MHz 以上ではネガティブシールドとなり、アンテナの役割を果たします。CISPR 32 に準拠するには、二重シールドケーブル (100 MHz で Z_t < 10 mohm/m) を使用するか、フェライトクランプを追加して 20 dB の抑制を強化してください。
実践的なヒント
- ✓コネクタには360度シールドターミネーションを使用してください。MIL-STD-461Gによると、ピグテールグランドには20〜50nHのインダクタンスが加わり、30MHzを超えるとSEが10〜20dB低下します。バックシェルのクランプまたはクリンプ終端の出力は 1 nH 未満です。
- ✓ケーブルの両端にフェライトクランプを追加します。村田製作所によると、スナップオンフェライトは30〜500MHzで10〜20dBのCM減衰量を増やし、終端品質が不確かな場合にケーブルシールドを補完します。
- ✓100 MHzを超える周波数には二重シールドケーブルを指定してください。CISPR 32設計ガイドによると、シングルブレードSEは100 MHzを超えると大幅に劣化しますが、二重シールド（フォイル+ブレード）は60+ dB～1 GHzを維持します。
よくある間違い
- ✗一端のみの接地シールド — Ottによると、シングルポイント接地では電界のみが遮蔽されます。磁場結合（約1MHz以上では主流）にはシールド電流が流れ、両端の接地が必要です。例外:20 kHz 未満のオーディオ周波数では、グランドループが 50/60 Hz のハム音を発生させます。
- ✗MIL-HDBK-1857によると、ピグテールの接地終端では、10MHzを超えるとシールドをバイパスする10～30nHのインダクタンスが増えます。コネクタのバックシェルには 360 度の円周ボンディングを使用してください。
- ✗フォイルシールドがブレードよりも優れていると仮定すると、フォイルは 100% の光学カバレッジを実現しますが、薄いアルミニウム（通常は10 um）のため、DCでのZ_tはブレードよりも高くなります。Ottによると、フォイルとブレードの組み合わせが最高の性能を発揮します。フォイルは高周波用、ブレードは低周波数用です。
よくある質問
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