シールド効果計算ツール
導電性エンクロージャーの電磁シールド効果の計算
公式
参考: MIL-STD-285, Schulz et al.
仕組み
シールド効果計算ツールでは、EMCコンプライアンス（CISPR 32、FCC Part 15）、医療機器の耐性（IEC 60601-1-2）、および軍事仕様（MIL-STD-461G）に不可欠な導電性エンクロージャーの電磁減衰を計算します。EMCのエンジニアはこれを利用して、敏感な電子機器の保護に必要な 40～80 dB の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-419Aによると、シールド効果SE = A + R+Bによると、Aは吸収損失、Rは反射損失、Bは再反射補正（Aが10 dBを超える場合は無視できる）です。吸収損失 A = 8.686 x t/delta、ここで t は厚さ、デルタ = sqrt (2/ (オメガ x mu x シグマ)) は皮膚の深さです。1 GHz では、銅スキンの深さは 2.1 um です。1 mm の銅シートでは A が 400 dB を超えます。
反射損失 R = 20 x log10 (Z0/4Zs)。ここで、Z0 = 377 オーム (自由空間)、Zs = sqrt (オメガ x ミュー/シグマ) はシールドインピーダンスです。1 GHz の銅は Zs = 0.026 オームなので、R = 20 x log10 (377/ (4 x 0.026)) = 67 dB になります。銅の合計 SE は 100 dB を超えていますが、実際のエンクロージャーには開口部があります。
Ottによると、遮蔽不良の大半は開口部です。長さ L のスロットが 1 つあると、L > ラムダ/2 の周波数で SE が約 20 x log10 (ラムダ/ (2L)) に減少します。10 cm スロット (f_cutoff = 1.5 GHz) では、1.5 GHz ではわずか 0 dB のシールドが得られ、それ以上では SE (共振増幅) が負の値になります。CISPR 32 クラス B では 40 dBuV/m の制限が必要です。エンクロージャの開口部は、20 dB 以上のマージンが得られるサイズにする必要があります。
計算例
問題：1 GHzで40dBのシールドを実現するために、壁厚が2mmのアルミニウム製エンクロージャー（シグマ=3.77e7 S/m、mu_r=1）を設計します。換気スロットの最大長は?
Ott あたりのソリューション: 1.1 GHz でのスキン深度:デルタ = sqrt (2/ (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7 x 3.77e7)) = 2.6 um 2.吸収損失:A = 8.686 x 0.002/2.6e-6 = 6680 dB (壁は制限要因ではありません) 3.反射損失:Zs = sqrt (2 x pi x 1e9 x 4 x pi x 1e-7/3.77e7) = 0.032 オーム; R = 20 x log10 (377/ (4 x 0.032)) = 66 dB 4.エンクロージャー SE (アパーチャなし): 100 dB 以上 5.アパーチャ付き 1 GHz で 40 dB の場合:SE_Aperture = 20 x log10 (lambda/ (2L)); lambda = 1 GHz で 0.3m
- 40 = 20 x log10 (0.3/ (2L))、100 = 0.3/ (2L)、L = 最大スロット長 1.5mm
結果:2 mm のアルミニウムでは 100 dB を超える材料 SE が得られますが、40 dB ではスロットが 1.5 mm 未満でなければなりません。換気にはハニカムフィルターを使用してください。
実践的なヒント
- ✓アパーチャのサイズをラムダ/最大20（Ottあたり）にすると、ラムダ/2の共振に対して26 dBのマージンが得られます。1 GHz (ラムダ=30cm) では、最大アパーチャは 15 mm、3 GHz では最大アパーチャは 5 mm です。
- ✓すべての継ぎ目に導電性ガスケットを使用 — EMIガスケット（BeCuフィンガーストック、導電性フォーム）は、MIL-HDBK-419Aあたり40+ dBSEに必要な接触抵抗を10ミリオーム未満に維持します。
- ✓ケーブルの入口にEMIフィルタを配置します。フィードスルーコンデンサは40～60dB、PIフィルタは60～80dBを供給します。接地基準を正しく保つには、フィルタをエンクロージャに接着する必要があります。
よくある間違い
- ✗材料SEがエンクロージャーSEと等しいと仮定すると、材料は60〜100dB以上になりますが、開口部（継ぎ目、換気、ディスプレイ）は通常、実際のエンクロージャーは20〜60dBに制限されます。Ottによると、未処理の継ぎ目を1つ使用するだけで、SEを10 dB未満に低減できます。
- ✗高周波数の計算にDC導電率を使用する — 表皮効果により電流が表面に限定され、表面仕上げ（酸化、塗装）により10〜20dBの損失が発生する可能性があります。測定した表面抵抗を使用するか、導電仕上げを指定してください。
- ✗ケーブルの貫通部は無視してください。フィルタリングされていないケーブルは、シールドされたエンクロージャー内のスロットアンテナとして機能します。MIL-STD-461Gでは、すべてのケーブルを入口でフィルタリングするか、シールド/フィルタ付きコネクタを使用する必要があります。
よくある質問
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.