パワーエレクトロニクスの EMC - EMC 設計の基礎(月刊EMC)

2018.9.6 更新
パワーエレクトロニクスの EMC - EMC 設計の基礎(月刊EMC)

【電磁波の周波数と真空中での波長】

 電磁波には、ごく低い周波数のものから、光、X 線、γ線を含む高い周波数のものまでが含まれる。 EMCでは、通常は 10 kHz から 300 GHz 程度の周波数範囲の電磁波が取り扱われ、実際の EMC 試験ではその周波数範囲の一部についての試験が行なわれる。 これよりも低い周波数の現象である電源高調波電流や低周波磁界なども EMC でカバーされているが、これらは電磁波として扱われているわけではない。

 真空中や空気中における電磁波の速度は c(約3×108 m/s)で、周波数 f の電磁波の波長はλ= c / f となる。 例えば、周波数が 1 GHz であれば波長は約 0.3 m、周波数が 1 MHz であれば波長は約 300 m となる。比誘電率 ε r の媒質中では 電磁波の速度は c / ε r1/2 に低下し、波長もそれと同じ割合で短くなる。例えば、FR-4(ガラス・エポキシ基板)の比誘電率は 4.1 ~ 4.5程度で、その中を伝搬する電磁波の速度や波長は真空中での速度や波長の半分弱となる。

 電磁波の周波数、及びその真空中や空気中での波長を、周波数帯の呼び方の例(但し、周波数帯の区切りや呼び方は一通りではない)とともに図に示す。 これを見ると、10 kHz から 300 GHz の電磁波の波長には 30 km から 1 mm という非常に大きい開きがあること、また実際の試験でしばしば出会う 150kHz から数 GHz の周波数に限っても km のオーダーから 10 cm のオーダーという大きな開きがあることがわかるだろう。波長は EMC 試験や EMC のための設計に様々な影響を持ち、ある周波数の電磁波の波長がどの程度となるかの理解は有用である。


導体はアンテナとして働く

 電磁波を空間に放射させたい場合、あるいは電磁波を受信して電気信号に変換したい場合には、そのように効果的に働くように設計されたアンテナが使用される。 だが、導体は、アンテナとして設計されていない場合であってもアンテナとして働き、外部に電磁界を放射したり、外部からの電磁界を拾い上げたりする。

 筐体の外を引かれる長いケーブルは特に効果的なアンテナとして働きやすく、実際、しばしば問題を引き起こす。 だが、筐体内のハーネス、プリント板上のパターン、様々な電子部品そのものも同様にアンテナとして働き、電磁波を放射したり、あるいは電磁波を受信して回路上にノイズを生じさせたりする。

導体の長さの影響

 単純な例として、装置から 1 本のケーブルが出て、その先端が開放されているという状況を考える。この場合、ケーブルが波長λに対して非常に短い(例えば λ/400 程度以下の)ものであれば アンテナとしての効率はかなり低く、それが意図せずにアンテナとして働いて問題を起こすリスクは低いと考えられる。

続きは『月刊EMC No.352』にて


【月刊EMC No.352 目次情報】

<特集>
◇基礎講座!EMC 設計とシミュレーション
・EMC 設計の基礎
 (拓殖大学 高橋丈博)
・ケーブル・プリント基板・筐体の放射ノイズに関する数値シミュレーションの基礎事例
 ((株)JSOL 志賀章紀)

<Technology>
・パワーエレクトロニクスのEMCーEMC 設計の基礎
 ((株)e ・オータマ 佐藤智典)
・ウェアラブルECG におけるコモンモードノイズ除去回路
 (名古屋工業大学 王建青)

<Information>
・CISPR 杭州会議 I 小委員会報告(IT、マルチメディア機器及び受信機のEMC)
 (情報通信審議会情報通信技術分科会 雨宮不二雄)

<New&Now 規格・規制情報>
・半導体EMI 試験規格とVDE 法解説
 ((株)東芝 生産技術センター 飯田幹也)

<実践講座>
・対策事例に学ぶパワーエレクトロニクスのノイズ対策 ⑤
 ノイズ障害対策編(その2)
 (双信電機(株) 碓氷哲之)
・EMC測定・試験のポイント-2.EMC測定・試験は何故必要か
 規制の法的枠組みと動向 ⑥
 イミュニティ規格の必要性と規格値・試験法に関する基本的な考え方
 ((株)ノイズ研究所 石田武志、(株)東陽テクニカ 中村哲也)
・製品の信頼性を高めるLSI のEMC 設計 ⑥
 現象別半導体集積回路の電磁両立性検証(2)
 (ローム(株) 稲垣 亮介)

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