日本シールド株式会社
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シールド概要

1.電磁環境とEMC

1−1.電磁環境

最近のパーソナルコンピューターをはじめとする各種電子機器の高度化や、携帯電話に代表される移動体通信の普及によって、私たちの生活は著しく向上しました。
この半面、これらの電子機器等の高速化や電子回路の高度化にともなってこれらから発生する電磁波はテレビ・ラジオの受信障害や各種電子機器に対する誤動作等の原因になってきました。これらは今までにはなかった新しい形の公害として大きな社会問題として取り上げられています。
電気を使用する機器は、すべてこれらの動作時にその周囲に電界や磁界を発生し、また電磁波を放射します。同時に、機器に接続されている電源線の電圧・電流に変動を与え、不要なサージ波を発生させることがあります。このほか放送局や携帯電話などの無線機器からも当然電磁波が放射されています。このように人間や機器の環境には、常に電磁界が存在し電磁波が飛び交っています。また、機器に接続されている電源等の電圧・電流も他の機器の影響を受けています。
以上のように、どのような装置も常に電界の中に存在しているため、その電磁環境によって何らの影響を受けており、最悪の場合は機器が誤動作したり、壊れることがあります。このため電磁環境を出来るだけ汚さないようにすることが重要であり、機器の動作によって生じる電源線の電圧・電流の変動や、機器から周囲に漏れる電磁界や電磁波を極力低減する必要があります。また、強い電磁環境下におかれた機器の誤動作を防ぐには、予めその電磁環境を把握して十分な耐性を持たせることが必要になります。


1−2.EMC

電波利用が拡大し、電子機器が普及するにしたがって、使用している機器・システムが他の機器・システムから電磁妨害を受けることが大きな問題となり、妨害波の発生側でこれを抑えるEMI対策ばかりでなく妨害を受ける側でも上記のような電磁環境において性能劣化を起こしにくくするイミニティ向上が必要になっています。このような両面を考えた機器・システムの能力がEMCです。EMCとは許容できないような電磁妨害波を如何なるものに対しても与えず、かつ、その電磁環境において満足に機能を有するための機器・装置システムの能力と定義されています。


2.シールドルームと電波暗室

2−1.シールドルーム

その内外の電磁環境を電磁気的に隔離するために設計された部屋のことで、その使用目的および扱う周波数範囲によって静電シールド用・磁気シールド用・平面電磁シールド用に分けられ、電磁妨害波の測定室・病院の電子機材を設備した医療室・機密に係わるコンピュータールームなどに使用されています。
EMC対策でシールドという際には、この電磁シールド用を意味することが多く、電子機器のEMC対策やイミニティ対策には、ほとんどの場合電磁シールドが適用されます。
電磁シールドの原理は、金網や金属板などの導電性材料が到来電磁波を反射する性質を利用しています。電磁シールドルームではこの導電性材料ですっぽりと覆う必要があります。

シールド効果の基準として次の表2のような目安があります。

表2 シールド性能とその効果
シールド性能効 果
10dB以下ほとんど効果なし(鉄筋コンクリートの壁と同等)
10〜30dB最小限のシールド効果あり
30〜60dB平均(携帯電話が圏外になるレベル)
60〜90dB平均以上
90dB以上最高技術によるシールド(テンペスト)

電波シールドルームを製作するには空間に伝搬する電磁波をシールドするだけではなく、電源及び信号ケーブルを通して漏洩する電波ノイズをシールドする必要があります。
また、出入りのための扉・窓・空調口などの開口部もシールド対策する必要があり、シールドルームのシールド効果を左右するのは、まずこの開口部のシールド処理といえます。


2−2.電波暗室(電波無響室)

電波暗室とは、シールドルームとは違い部屋内部に電波吸収体を設置し電波を反射させず、テレビやラジオのような外来波の影響を受けなくするようシールドを施した部屋です。一般的には床面には電波吸収体を置かずにシールド面を残していて、そのため床面のみ電波が反射するようになっています(5面電波暗室という)。これは人のいないような山奥を平地にし、電波の発信源を置くと受信側では大地からの反射はあるが発信源からの直接の電波を受信したことになります。実際にこのような場所をオープンサイトといいます。このような状況はかなり広い敷地や外来波の影響を受ける事のない場所が必要になってきます。これではあまり現実的ではないため、オープンサイトを想定した物が電波暗室となります。
また、床面にも吸収体を設置し、宇宙空間を想定した6面電波暗室といった暗室もあります。


3.電磁シールドの施工

3−1.周波数

2−1でも述べたように空間を外部の高周波電磁界の影響から保護することを電磁シールドといいます。磁気シールドと分類すると電磁シールドは10kHz〜40GHzとされていますが、電波暗室の性能検査等をする規格により30MHz〜1GHzまでが主流です。
上記周波数範囲で電磁シールドを構築した場合、性能検査を行います。その性能検査は米軍規格のMIL−STD 285や防衛庁規格NDS C 0012があります。性能検査は通常シールドを構築した時点で一度計測します(中間シールド検査)。中間検査にて要求性能を満たした場合、内装工事に入ります。内装工事完了後も計測を行いシールドに不具合がないかを調べます(完成検査)。


3−2.電磁シールド材料

電磁波シールド効果(SE)はシールド材表面の反射及び減衰吸収によって得られ、一般にシールド材に入射した電磁波はシールド表面で大きく反射されます。
そのためにシールド材としては特性インピーダンスの小さいもの選ぶ必要があります。
電磁波シールド効果(SE)はシールド材に入射した電磁波と透過電磁波の比で示され、次式で与えられます。

SE=-20log(Eo/Ei) =-10log(Po/Pi)

SE:シールド性能(dB)
Ei:入射電界(V/m)  Eo:透過電界(V/m)
Pi:入射電力 (W)  Po:透過電力 (W)

電波は電磁波の一種で、電界と磁界が伴って進む波です。電界に対しては銅、アルミニウム、などの導電性の高い方がよく、また磁界に対しては初透磁率が高い材料を選ぶ必要があります。
表3にそれぞれ金属の体積抵抗値と透磁率を示します。

表3 各種金属の体積抵抗値と透磁率
金 属体積抵抗率 (10-8 Ω・m)透 磁 率
1.72
1.62
2.4
アルミニウム2.75
マグネシウム4.5
亜鉛5.9
黄銅5〜7
ベリリウム6.4
ニッケル7.24250
鉄(純)9.8300
鉄(鋼)10〜20300
鉄(鋳)57〜114
21
パーマロイ1610000


4.電波吸収体

電波吸収とは、電波エネルギーが熱エネルギーに変換される現象です。
例えば電子レンジは2.45GHzという高い周波数の大電力の電波を食物に照射することにより、食物が電波を吸収し熱を発生するため、火を使わずに食物を熱することができます。

電波吸収材料は各種ありますが、大きく次の3つに分類できます。

  1. 導電性電波吸収材
  2. 誘電性電波吸収材
  3. 磁性電波吸収材
  • 導電性電波吸収材とは、抵抗体、抵抗皮膜でこれに流れる導電電流によって電波を吸収させるものです。
  • 誘電性損失材料には、カーボンゴム、カーボン含有発砲ウレタン、カーボン含有発砲ポリスチロールなどがあります。広帯域特性を得るために、多層構造にして表面近くの減衰を少なくし、内部に入るほど大きな減衰を得られるようにします。
  • 磁性損失材料としてはフェライトが代表的です。整合する周波数は材質により、およそ0.3GHz〜1.5GHzの範囲です。

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