軍事的シールド

Jul 04, 2023

EMIを制御するためのシールドは現代のエレクトロニクスでは必須であり、軍事用途でも重要な役割を果たしています。 商業用および産業用電子機器の EMI を制御するには、内部設計を実践することで多くのことができますが、できることには限界があります。 軍用電子機器における EMI 要求は非常に高いため、適切な内部設計慣行では不十分であり、通常はシールドが必要です。

シールド理論は、多くの良書や軍事文書で詳しく取り上げられています。 しかし、私たちの経験では、ほとんどの EMI シールド問題は分析によって解決されるのではなく、基本に細心の注意を払うことによって解決されます。 これらの基本事項については説明し、詳細な分析については参考文献に任せます。

シールドの要求は設計や環境によって異なりますが、一般的なシールド効果 (SE) のニーズは、軍事設計では通常約 80 dB です。 80 dB が 10,000 倍であることを考慮すると、ニーズを満たすには非常に優れたシールドが必要であることがわかります。 幸いなことに、基本に注意深く従えば、最小限の手間でそこに到達できるということです。

シールド材料の選択は確かに設計の要素ですが、実際には、材料の SE が影響する前に、開口部とワイヤ貫通部を非常に適切に処理する必要があります。 材料のSEが高周波シールドに不十分なケースはほとんどありません。 材料について説明してから、シールドの真の核心である開口部と貫通部に進みます。

シールド材

まずは材料から始めましょう。 材料の SE は導電率と透磁率の両方の関数ですが、高周波シールドの場合は導電率が支配的です。 導電率が高いと優れたシールドが得られるのは明らかですが、これはどのように機能するのでしょうか?

シンプルにしていきたいと思います。

高周波シールドの場合、材料の導電率が支配的な要素となります。 一般的に使用されるシールド材の一部を表 1 に示します。

表 1: シールド材料の導電率

シールド材の厚さの役割は非常に小さく、これは「表皮効果」によるもので、周波数が増加すると、電流が表面に集中します。

表皮深さは次の式で求められます。

δ = 1 ∕ √ π * f * μo * σ

これは、電流密度が 1/e = 1/2.7182 に低下する深さです。 電流の大部分は表面の 1 表皮深さ以内に集中し、追加の厚さはほとんどインポートされません。 表 2 に、いくつかの一般的な材料の表皮深さを示します。 見てわかるように、表皮深さは電力線の周波数でも要因になり始めます。 周波数が 1 MHz になると、表皮深さは非常に薄くなるため、追加の材料の厚さが要因になる可能性は低くなります。

表 2: 一部の材料の表皮深さ (インチ)

ご想像のとおり、銅は優れたシールドになりますが、アルミニウムもそれに劣りません。 実際、これらの材料のシールド効果は非常に優れているため、より低い導電率の材料を選択する余裕があります。 たとえば、スチールの導電率は銅の約 1/6 ですが、それでも優れたシールドを提供します。 ステンレス鋼でも、導体としては劣っていますが、ほとんどの場合にはまだ十分です。con

要するに、EMI を考慮せずに素材を選択できるということです。 EMI 以外の理由 (重量、耐久性、材料の適合性、腐食など) で選択してください。

腐食保護が必要な場合、継ぎ目の合わせ面のコーティングは導電性である必要があり、金属メッキは問題なく機能します。 比較的高い表面抵抗率を克服するのに十分な合わせ表面積がある限り、化成皮膜であっても通常は許容されます。

表 3: 導電性仕上げ

プラスチック上の導電性コーティングでも、適切なシールド材を作ることができることに注意してください。重要なのは、継ぎ目を導電性で閉じることです。 軍事環境、特に携行装備でプラスチックが使用されることが増えていますが、これは重量が重要な要素です。 ここでも、薄いコーティングのシールド効果は、ほとんどの軍用シールドのニーズに十分対応します。 重要なのは、合わせ面で適切な接触面積が得られるように設計することです。