ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要
株式会社 e・オータマ

佐藤智典

2022 年 1 月 31 日

目次

1

概要

1

概要

1

2

遮蔽減衰量の測定
2.1 測定の方法 . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 ケーブル — IEC 62153-4-4 . . .
2.1.2 コネクタやケーブル・アセンブリ— IEC 62153-4-7 . . . . . . . . .
2.2 遮蔽減衰量 as の算出 . . . . . . . . . . .
2.3 測定周波数範囲 . . . . . . . . . . . . . .
2.4 測定対象ケーブルの外径の範囲 . . . . . .

2
2
2
3
4
4
5

遮蔽減衰量の測定について述べている。使用する測結合減衰量の測定
3.1 測定の方法 . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 平衡型のコネクタやケーブル・ア
センブリ . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 平衡型のケーブル . . . . . . . . .
3.2 結合減衰量 ac の算出 . . . . . . . . . . .

55

ルド性能を持つケーブルの評価も可能である。

566

ケーブルが充分に長くなる高い周波数範囲、例えば伝達インピーダンスの測定
4.1 測定の方法 . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 伝達インピーダンス ZT の算出 . . . . . .

777が、そのケーブルが電気的に短くなる低い周波数範補足
5.1 ケーブルとコネクタの測定 . . . . . . . .
5.2 ケーブル取付用以外のコネクタの処理 . .
5.3 ケーブルの影響を除きたい場合 . . . . . .
5.4 特性インピーダンスの同定 . . . . . . . .
5.5 その他の測定法の例 . . . . . . . . . . . .
5.5.1 IEC 62153-4 シリーズ . . . . . .
5.5.2 MIL-STD-1344A Method 3008 .
5.5.3 その他 . . . . . . . . . . . . . . .

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参考資料

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4

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6

IEC 62153-4-4[1] は、例えば 200 MHz から 3 GHz程度の周波数範囲でのシールド・ケーブルのシール
ド性能の評価に適した、比較的長い (例えば 2〜3 m
程度の) 測定用チューブを用いた三重同軸法による定器などに依存するものの、比較的高いダイナミッ
ク・レンジでの測定を達成可能で、例えば二重の外部導体を持つ同軸ケーブルのようなかなり高いシー
遮蔽減衰量の測定は測定用チューブ内を引かれる

200 MHz 程度以上について行なうことができる。また、低い周波数では遮蔽減衰量の測定は行なえない
囲、例えば 10 MHz 程度以下の周波数範囲については遮蔽減衰量と同様の測定方法で伝達インピーダ
ンスに容易に換算可能な結果を得ることができる。
遮蔽減衰量や伝達インピーダンスを測定可能な周波数範囲は限られているが、類似のケーブル間の相対的な比較などの目的の場合、遮蔽減衰量や伝達インピーダンスへの換算を行なわずに、また上記のような周波数の制限を気にせずに、広い周波数範囲(例えば kHz のオーダーから数 GHz までの全周波数範囲) で測定された減衰量をそのまま比較することもできるであろう。

IEC 62153-4-7[2] はシールド・コネクタやシール
ド・ケーブル・アセンブリの評価を意図したもので、

IEC 62153-4-4 と良く似ている。
IEC 62153-4-7 の遮蔽減衰量の測定は IEC 621534-4 と同様の測定原理に基づくが、測定対象となる
短いコネクタやケーブル・アセンブリへの対応のため、測定対象のコネクタやケーブル・アセンブリまでを測定用チューブ内を引かれる適切な長さの接続ケーブルで接続することで遮蔽減衰量の測定のために必要な長さを確保するように、また接続ケーブ1

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

ルからの漏洩の測定の結果への影響を抑えるためにฆଅଅఈ

測定用チューブ内を引かれる接続ケーブルを金属のഇਇȆȆ R1

延長チューブに通して遮蔽するようになっており、「チューブ・イン・チューブ法」と呼ばれている。

IEC 62153-4-7 では平衡型のコネクタやケーブル・
アセンブリの結合減衰量 (差動信号からの漏洩を抑制する能力の指標となる) の測定についても述べられている。
本稿ではこの IEC 62153-4-4 と IEC 62153-4-7の概要を述べる。なお、本稿はその内容全てをカĉఅฆଅԇ

バーするものではなく、また正確であるとも限らないので、正確な情報は規格そのもの[1][2]



図 2: 多芯ケーブルの処理 — 全ての芯線を一括接続して一本の同軸ケーブルのように扱う

を参照さ

れたい。
シールド・ケーブルの芯線とシールドのあいだに信号を注入する。†2†32

遮蔽減衰量の測定

2.1

測定の方法

2.1.1

ケーブル — IEC 62153-4-4

ケーブルに注入された信号はケーブルの芯線とシールドのあいだを伝搬して終端抵抗で吸収されるが、その一部はケーブルのシールドを通して漏れ出してケーブルのシールドとその外側の測定用チュー
ブから成る同軸状の二次回路上を伝搬し、チューブ

IEC 62153-4-4 ではシールド・ケーブルの遮蔽減の反対側に接続されたレシーバに到達する。

衰量 (screening attenuation) の三重同軸法による測定用チューブは電気的に長く、レシーバには測測定について述べられている。

定対象のケーブルやコネクタの様々な箇所からの漏この測定では、図 1 に示すように測定対象のシー

洩、測定用チューブの近端での反射波、測定対象のルド・ケーブルの芯線 (多芯ケーブルの場合は図 2の伝達インピーダンスによって遠端に現れる信号など

ように全ての芯線を一括接続する) とシールドのあが到達して互いに強め合ったり打ち消し合ったりす

いだにその特性インピーダンスと等しい終端抵抗をることからレシーバで受信される信号のレベルは周

接続して終端した上でしっかりと遮蔽したもの†1 を波数によって大きな変動を生じる (図 4)。だが、そ銅や黄銅の測定用チューブの中に通し、測定対象のの包絡線は測定対象のケーブルやコネクタからの漏洩の電力と関係し、そのシールドの効果が低ければฆଅଅఈ
ąЅ̆ഇഇਇȆȆ R1

༄̅ฆ

包絡線のレベルは高くなるので、測定用チューブの(  1

(VNA 2)

U1†2 この測定法の「三重同軸 (triaxial) 法」という呼称は、シールド・ケーブルの芯線、シールド、及び測定用チューブの 3 つが同軸状となることに由来する。
†3 図 1などの図は測定対象のケーブルを信号源に直接接続するような形となっているが、実際には測定用チューブの直近まで同軸ケーブルで接続して測定対象ケーブルに繋ぎ込むような形となる (図 3)。測定対象のケーブルと測定系の同軸ケーブルとの接続には工夫が、場合によってはある程度強引な手段が必要となるかも知れない。測定対象ケーブルの余長 (測定用チューブの外側を引かれる部分) が長いと信号を不必要に減衰させることになる (一般のケーブルの高い周波数の同相信号に対する減衰は非常に大きいものとなることがあり、例えば 20 cm 程度の余長も測定の結果に著しい影響を与えるかも知れない) ので、この余長は最小限とすべきである。信号源からの、またレシーバへの同軸ケーブルの影響は VNA の校正†4 (望ましくはフル 2 ポート校正) を同軸ケーブルを含めて行なえばキャンセルできる。
†4 本稿で言う「校正」は、例えば 1 年毎に行なわれるような校正ではなく、VNA の使用の都度行なわれる誤差補正のための作業を指す。

U2ഇЅԉ lĉఅฆଅԇ

図 1: IEC 62153-4-4 での遮蔽減衰量の測定†1 終端部のシールド性は測定対象ケーブルのシールド性よりも高いべきであり、さもなくば終端部からの漏洩が測定結果に有意に影響することになる。従って、測定対象ケーブルのシー
ルド性が高い場合、終端部のシールドは非常にしっかりと行なうことが必要となる。だが、大抵の場合は、銅テープで隙間を生じないように覆ってケーブルのシールドとしっかりと接続する程度でも充分かも知れない。必要な場合、終端部のシールドが測定結果に影響していないかどうかのチェックは、例えば測定対
象ケーブルを追加のシールド (金属のチューブや銅テープなど)で覆って測定されたシールド性が上がるかどうかを確認することで行なえるだろう。

2

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

入力と出力のあいだで測定された減衰量 (S21 †5 ) を0

測定対象のケーブルやコネクタのシールドの効果の指標として考えることができる。†6−20

図 1や上の説明では信号発生器とレシーバを用い
S21 (dB)るような形で述べているが、実際の測定は S パラ
メータ・テスト・セットを備えたベクトル・ネット
ワーク・アナライザ (VNA) で行なうことが推奨さ

S21

−40

ÿ ÿ

ÿ

−60

れる。(図 3)。

ÿÿÿÿÿÿÿÿÿ ÿÿ ÿÿÿÿÿ

−80

S 21

ÿÿÿÿ ÿ ÿÿÿÿÿ

VNA

0.1

1

10

100

1000

3000

Frequency (MHz)1 2

図 4: IEC 62153-4-4 測定セットアップでの S21 の測定
結果の例

ฆଅଅఈ

この測定は §2.1.1で述べたような IEC 62153-4-4と同じ原理に基づくが、短い測定対象のコネクタやケーブル・アセンブリへの対応のため、測定対象のコЅจ
ฆଅଅఈฆଅఇЅจ̆ഇ

ネクタやケーブル・アセンブリまでを測定用チュー

図 3: IEC 62153-4-4 測定での VNA の接続のイメージ

ブ内を引かれる適切な長さの接続ケーブルで接続することで遮蔽減衰量の測定を行ないたい周波数範囲の下限に見合った結合長 l を確保するようになって§2.3 で述べるように、遮蔽減衰量に換算可能な結いる。

果を得られる周波数範囲の下限には結合長 l、すなだが、そのままでは測定対象ではない接続ケーブ

わち測定用チューブ内を引かれたケーブルの長さがルのシールド性が測定の結果に影響する可能性が生影響し、低い周波数からの測定のためには結合長 l

じるため、図 5 や図 6に示すように測定用チューブを長くすることが必要となる。

内を引かれる接続ケーブルを金属の延長チューブ†7

この周波数範囲での S21 の包絡線のレベルは結に通して遮蔽してその影響をできる限り排除するよ

合長 l には依存しないと考えられ、結合長 l を変えうになっており、この測定法はこの理由から「チューた場合もその補正などは不要である。

ブ・イン・チューブ法」と呼ばれている。
̆ഇ

2.1.2

コ ネ ク タ や ケ ー ブ ル・ア セ ン ブ リ—ฆଅଅఈ

ąЅ̆ഇ

IEC 62153-4-7

ഇਇȆȆ R1

༄̅ฆ(VNA 1)(VNA 2)

IEC 62153-4-7 はシールド・コネクタやシールド・
ケーブル・アセンブリ (短いもの) の遮蔽減衰量の三U1

重同軸チューブ・イン・チューブ法による測定に関

U2
ഇЅԉ l

する情報を含む。

ĉఅฆଅԇ
ĉఅฅԉ

図 5: IEC 62153-4-7 でのコネクタの遮蔽減衰量の測定†5 S
21 は S パラメータでのポート 1 からポート 2 への伝達を示すパラメータで、ポート 1 からの入射波の電力の平方根に対するポート 2 からの出射波の電力の平方根を示す複素数の値となり、これは関係する全ての箇所のインピーダンスが等しければそれらの電圧の比率と一致する。より詳しく知りたい方はS パラメータに関する解説を参照いただきたい。S21 自身は減衰量ではないが、換算可能で、本稿ではそれらの表現を区別せずに用いる。
†6 意味があるのは包絡線で、個々の周波数での値そのものではない。例えば図 4で 200 MHz や 300 MHz 近傍での減衰量が小さくなっているのが見られるが、これはそれらの周波数でのシールド性がその前後の周波数よりも悪いことを意味するわけではない。

この測定法では測定用チューブ内を引かれる接続ケーブルでの減衰も測定結果に影響するため、その考慮も必要となる。IEC 62153-4-7 は VNA の校
正 (望ましくはフル 2 ポート校正) を接続ケーブルを含めて行なうように述べており、これに従えば接†7 適切な太さの、厚さ 1 mm 以上の銅や黄銅のチューブ。

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衰量が高く測定される) 影響の補正のためのもので、

ฆଅଅఈ
̆ഇ
ąЅ̆ഇഇਇȆȆ R

Z1 = Z0 の場合は 0 dB、Z1 ̸= Z0 の場合は < 0 dB

1

༄̅ฆ



(VNA 1)(VNA 2)

U1

U2となる。†9

S21 の測定に際して補正されていない損失 (例えば §2.1.2 で触れた IEC 62153-4-7 における接続ケー
ブルでの損失のような) が他にある場合はその考慮ഇЅԉ lĉఅฆଅԇも必要となる。


ĉఅฅԉ

図 6: IEC 62153-4-7 でのケーブル・アセンブリの遮蔽減
衰量の測定

2.3

測定周波数範囲

この方法での測定結果 (S21 ) から遮蔽減衰量 as

続ケーブルでの損失はキャンセルされる。だが、その算出を行なえる周波数範囲の下限は結合長 l と誘のコネクタと組み合わせて使用される実際のシール

電率の影響を受け、結合長 l、測定対象ケーブルの誘

ド・ケーブルを接続ケーブルとして使いたい、接続

電体の比誘電率 εr1 、測定対象ケーブルのシールド

ケーブルの端に測定対象の (あるいはそれと嵌合すや延長チューブとその外側の測定用チューブとからる) コネクタをあらかじめ取り付けておきたい、な成る同軸状の二次回路の誘電体の比誘電率 εr2 ≈ 1

どの理由から、VNA の校正を接続ケーブルを含めとして、て行なうことは難しいものとなるかも知れない。接続ケーブルでの損失が測定結果に有意に影響しそうf>であるが、その影響を VNA の校正でキャンセルすc0√√
2 × l × | εr1 − εr2 |となる。

ることが実際的でない場合、接続ケーブルでの損失

この周波数は、例えば測定対象ケーブルの誘電を別に測定して補正を行なうなどの対応が必要とな体の比誘電率 εr1 = 2、結合長 l = 2 m とすると

りそうである。

180 MHz 程度、l = 3 m とすれば 120 MHz 程度という計算となる。

2.2

遮蔽減衰量 as の算出

また、低損失のマイクロ波用同軸ケーブルのように誘電体に発泡材が用いられている場合は実効的150 Ω†8 に正規化された遮蔽減衰量 as は、§2.1でな εr1 は 1.3 程度となるかも知れず、その場合は述べたような方法での測定結果 (S21 ) から、測定系

l = 2 m で 530 MHz 程度、l = 3 m でも 350 MHzの特性インピーダンスを Z0 (= 50 Ω)、測定対象程度という計算となる。

のケーブルやコネクタの特性インピーダンスを Z1 、必要な場合、非常に長い測定用チューブを用いる

信号源と測定対象のケーブルやコネクタとのあいだことでより低い周波数からの遮蔽減衰量測定を行なでの反射係数を γ = |(Z0 − Z1 )/(Z0 + Z1 )| としてうことも可能であろうが、そのような周波数での遮以下の式の包絡線 (envelope) として求められる:

蔽減衰量の測定が必要な場合は他の評価方法、例えば IEC 62153-4-5 で述べられている吸収クランプ{
as = Env− 20 log10 |S21 |+ 10 log10 1 − γ 2 + 10 log10

300 Ω
Z1

法の使用などを考えた方が良さそうに思われる。

}

一方、測定周波数範囲の上限は結合長やケーブル
内の誘電体とは無関係で、測定対象ケーブルのシー
ルドや延長チューブとその外側の測定用チューブと

ここで、10 log10 1 − γ 2 は信号発生器と測定対象から成る同軸状の二次回路のカットオフ周波数からのケーブルの特性インピーダンスの不整合によって決まる。

測定対象のケーブルの入り口で信号発生器から出力

同軸線路のカットオフ周波数 fc は高次モードの電された信号の一部が反射される (測定対象のケーブ

磁界が伝搬できるようになる最低の周波数であり、ルやコネクタを伝搬する信号のレベルが低下し、減†9 IEC 62153-4-4:2006 や IEC 62153-4-7:2006 では Z ̸=
1
Z0 の場合はインピーダンス整合回路網を通して接続するように述べられていたが、それらの規格のより新しい版ではインピー
ダンス整合回路網なしで測定できるようになっている。

†8 150 Ω は典型的なケーブルの設置での特性インピーダンスを代表すると考えられるものであり、また吸収クランプ法 (§5.5.1)で想定されるインピーダンスでもある。

4

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

外部導体の内径を D、内部導体の外径を d、外部より求めることができる。

導体と内部導体のあいだの誘電体の比誘電率を εr 、

εr ≈ 1 の場合は D/d ≳ 2.3 で Z0 ≥ 50 Ω とな

誘電体の比透磁率を µr (ここでは誘電体は空気で、るので、測定用チューブの内径が 50 mm の場合はεr ≈ 1、µr ≈ 1) として、シールドの外径が 20 mm 程度以下のサンプルを測

fc =定可能ということになる。

c0
c0
=
√
π((D + d)/2) µr εrπ(D + d)/2

より求めることができる。

3

結合減衰量の測定で、この場合、ケーブルのシールドの外径 d =

3.1

測定の方法

10 mm の場合は fc ≈ 3.2 GHz、d = 20 mm の場合でも fc ≈ 2.7 GHz となり、概ね 3 GHz 程度

3.1.1

平衡型のコネクタやケーブル・アセンブリ

測定用チューブの内径 D は標準的には約 50 mm

実際の使用で差動信号の伝送に用いるシールドさまでの測定が可能と考えられる。

れた平衡型のコネクタやケーブル・アセンブリの場

より高い周波数までの測定が必要な場合、測定用

合、図 7に示すように、芯線とシールドのあいだに信チューブを細くすればカットオフ周波数 fc をある†10

ものの、そのような周波数で号を印加する代わりに通常の差動信号と同様に平衡の評価が必要な場合は他の評価方法、例えば §5.5.2

ペアに差動信号を印加した時に測定対象のコネクタで触れるような方法の使用を考えた方が良さそうにやケーブル・アセンブリのシールドと測定用チュー思われる。

ブとのあいだに現れる信号のレベルを測定すること程度は高くできるも考えられる。IEC 62153-4-7 ではこれは結合減衰

上で述べたように、測定可能な周波数範囲に主に

量 (coupling attenuation) の測定として述べられて

測定用チューブの内径から決まる上限があるだけでいる。

なく、遮蔽減衰量への換算が可能な周波数範囲にはこの測定では、ケーブル内の平衡ペアに印加され下限もあり、この方法での遮蔽減衰量の測定が可能

た差動信号の一部がその不平衡に伴って同相信号にな周波数範囲は比較的限られている。だが、類似の変換され、その同相信号の一部がシールドを介してケーブルやコネクタ間の相対的な比較などの目的の漏洩して測定用チューブの出力で測定されるような場合、遮蔽減衰量や伝達インピーダンス (§4) など状況となる。

への換算を行なわずに、また上記のような遮蔽減衰

この測定の結果は、例えば HDMI や USB のよ

量測定に関する周波数の下限を気にせずに、図 4にうな差動信号を用いた高速通信における差動信号の例示したような、広い周波数範囲で測定された減衰シールド・ケーブルからの漏洩を抑制する能力の指量 (S21 ) をそのまま比較することもできるだろう。

標となると考えられる。
図 7では信号をバランを介して差動信号に変換し測定対象ケーブルの外径の範囲て印加するように示しているが、その代わりにミク

測定対象ケーブルのシールドや延長チューブとそ

スト・モードの S パラメータの測定が可能なベクトの外側の測定用チューブとから成る同軸状の二次回

ル・ネットワーク・アナライザを用いることもでき

路の特性インピーダンスが測定系のインピーダンス

る (図 8)。

2.4と整合している必要はないが、それが測定系のインピーダンスよりも高いことが求められている。



同軸線路の特性インピーダンス Z0 は、外部導体ฆଅଅఈ
ഇਇȆȆ̆ഇ

༄̅ฆ

(VNA 1)(VNA 2)の内径を D、内部導体の外径を d、外部導体と内部
導体のあいだの誘電体の比誘電率を εr として、
( )60D
Z0 = √ ln
εr
d

U1

U2
ഇЅԉ l

ĉఅฆଅԇ
ĉఅฅԉ

図 7: IEC 62153-4-7 での結合減衰量の測定†10 例えば D = 20 mm、d = 5 mm の場合は f ≈ 7.6 GHz
c
となる。

5

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

S SD12測定する代わりに、その不平衡減衰量 au と §2で述

VNA

べたような方法で測定した遮蔽減衰量 as とから結ਈЇ2合減衰量 ac を推定することもできるかも知れない。

ਈЇ13.1.2

平衡型のケーブル

シールドされた平衡型のケーブルの結合減衰量の三重同軸法による測定は IEC 62153-4-9†11 で別に扱われており、IEC 62153-4-4 はこれに関する記載を̆ഇ

含まない。

図 8: IEC 62153-4-7 での結合減衰量の測定 (ミクスト・
モード S パラメータ測定)だが、その長さのサンプルでの結果が得られれば良い場合は、ここで述べたような測定法を準用して、だが延長チューブは用いずに同様に測定を行なうこ

この測定に際しては信号を印加する平衡ペアは例とができるかも知れない。

えば図 9に示すように測定対象の差動モードと同相モードの双方の特性インピーダンスで終端する。他の平衡ペアは両側とも開放のままで良い。
図 9のような終端の場合、定数 R1 、及び R2 は、

3.2

差動モードの特性インピーダンスを Zd 、同相モー

結合減衰量 ac の算出

結合減衰量 ac は、測定された減衰量の最小値をドの特性インピーダンスを Zc として、

am,min †12 、バランの挿入損失を az 、測定対象のケー

R1 = Zd /2ブルの特性インピーダンスを Z1 として、

R2 = Zc − R1 /2

ac = am,min − az + 10 log10

となる。

300 Ω
Z1

から求められる。
R1

R2

この式では遮蔽減衰量の算出のための式 (§2.2) と異なり不整合に伴う損失の補正は明示的に示されてR1いない。この測定ではバランで整合が取られている
図 9: 結合減衰量測定に際しての終端べきであろうし、バランの不整合に伴う損失があればそれも az に含まれることになるだろうが、場合
によっては遮蔽減衰量の場合と同様にその補正を別測定で使用するバランや終端、接続ケーブルに考慮することが必要となるかも知れない。

(IEC 62153-4-7 の場合)、またそれらのあいだの接減衰量 am,min の測定に際して補正されていな

続部の不平衡は測定結果に影響する可能性があるの

い損失が他にある場合はその考慮も必要となる。

で、それらが測定周波数全域でかなり良い平衡を持IEC 62153-4-7 では、遮蔽減衰量測定 (§2.1.2) のつことが必要となりそうである。

場合と同様、接続ケーブルでの損失が VNA の校正

このためもあり、この測定の実施は遮蔽減衰量のでキャンセルされていないならばその補正が必要と測定よりもかなり難しいものとなることが予期さなりそうである。

れる。
原理上、結合減衰量 ac は、不平衡減衰量を au 、
遮蔽減衰量を as として、

ac = au + as
†11 これは本稿で述べる測定法と似ているが、ケーブルの不平
衡減衰量の影響を反映させるための 100 m のサンプルの使用を伴う。
†12 一般に、ameas = 10 log10 (P1 /P2 ) = −20 log10 |S21 |。

となると考えられる。従って、測定対象のケーブルやコネクタの不平衡減衰量 au を別の方法で把握できれば、結合減衰量 ac をここで述べたような方法で6

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4

伝達インピーダンスの測定

4.1

測定の方法

達インピーダンス ZT (長さに依存しないように 1 m
当たりに正規化した値としている) と U1 、及び U2の関係は、

ZT × l ≈ Z1 ×高い周波数範囲については §2 で述べたような方法で遮蔽減衰量 as を得ることができるが、結合長がU2U1のようになる。

電気的に短い周波数範囲については、ケーブル†13 、

R1 ̸= Z0 の場合は補正が必要となるが、R1 = Z0

コネクタ、またケーブル・アセンブリのいずれにつ(= 50 Ω)†14 として S21 を測定した場合は ZT は単いても遮蔽減衰量の測定と同様の方法での測定の純に結果から表面伝達インピーダンス (surface transfer

ZT ≈ R1 × |S21 | /l

impedance) ZT を容易に算出することができる。

として求められる。

電気的に短いシールド・ケーブルの伝達インピー

例えば、ケーブルの誘電体の比誘電率 εr1 = 2 のダンス ZT は場合、結合長 l = 2 m では 10 MHz 程度以下、結• シールドを流れる電流に対する、その電流に合長 l = 0.5 m であれば 40 MHz 程度以下の周波伴って内部回路に誘起する電圧の比率 (図 10)、数については伝達インピーダンスを上記のような単あるいは純な式で得られると考えられる。
この方法で伝達インピーダンスを算出できる周波I1数の上限は結合長 l を (従って測定用チューブを)短くすればそれに応じて高くなり、またより高い周U2l << ̀

波数での伝達インピーダンスの算出についての情報

Z T = U2 / I 1もあるものの、より高い周波数の伝達インピーダン

図 10: 伝達インピーダンス (1)スの測定が必要な場合はそのような周波数での測定に適した方法の使用、例えば IEC 62153-4-3 を参照• 内部回路を流れる電流に対する、その電流にしての短い測定用チューブでの測定を考えた方が良伴ってシールドに誘起する電圧の比率 (図 11)

さそうに思われる。

U2

I1

l << ̀
Z T = U2 / I 1

図 11: 伝達インピーダンス (2)

5

補足

5.1

ケーブルとコネクタの測定

IEC 62153-4-4 はシールド・ケーブルの三重同軸法での測定について述べており、コネクタを含むアとして定義することができ、ここで述べる測定法でセンブリの扱いについては触れられていない。または後者が測定される形となる。

IEC 62153-4-7 はコネクタや短いケーブル・アセン
ブリの三重同軸チューブ・イン・チューブ法での測定について述べており、接続ケーブルと延長チュー4.2

伝達インピーダンス ZT の算出

ブの使用を伴う。

結合長 l が電気的に短い場合、すなわちf<だが、ケーブルとコネクタを一括で評価したい、あるいはケーブルがコネクタよりも高い遮蔽減衰量c0√10 × l × εr1を持つであろうことがわかっている†15 ような場合、
図 12のように、IEC 62153-4-4 での通常の測定と同となる周波数範囲について、図 1 のセットアップで終端抵抗 R1 = Z1 として測定を行なった場合の伝†14 サンプルが電気的に短い場合、整合は重要ではない。
†15 高い周波数ではコネクタの影響 (大抵はケーブルとコネク†13 ケーブルの三重同軸法での伝達インピーダンス測定はIEC 62153-4-3 でも扱われている。

タとのシールドの接続、あるいはコネクタの嵌合箇所での接続の不完全さに伴う) が支配的となることが多い。

7

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

様、ケーブルとコネクタを測定用チューブ内に入れ

実際の使用でコネクタの外部導体 (シールド) をプて延長チューブなしで測定を行なうこともできるだ

リント基板のグランド・プレーンには接続するがシーろう。

ルド・ケースには接続するようになっていないコネ

但し、このセットアップで測定対象のコネクタをクタの場合、例えば実際の取り付け状況を模擬する

流れる信号のレベルはケーブルでの損失に応じて低ために片面をグランド・プレーンとした小さい両面下するため、ケーブルでの損失が大きければコネク基板に実装して必要な範囲でシールドする (図 14)、

タからの漏洩の影響はその分甘く評価されるであろあるいはシールドを行なわずにレシーバへの接続はうことに注意した方が良いかも知れない。

基板のグランド・プレーンから直接行なって測定するなど、コネクタの構造や意図された取り付け方、ฆଅଅఈ
ഇਇȆȆ R1

またどの部分からの漏洩までを評価に含めたいかな༄̅ฆ

どに応じて個別に対応を考えることが必要となるか(  1

(VNA 2)

も知れない

U1

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U2ഇЅԉ lĉఅฆଅԇ



図 12: IEC 62153-4-4 を準用してのケーブルとコネクタの遮蔽減衰量の測定の例

ケーブル取付用以外のコネクタの処理

5.2ഇਇȆȆ R1ฆଅଅఈ 
ĉఅฆଅԇ

測定対象のコネクタのペアの一方が基板実装型な

図 14: 基板実装型コネクタの処理の例 — 終端は遮蔽す
るがレセプタクルは遮蔽しないことにした場合

どケーブル取付用のものの場合、図 5などで示したような形で処理することができないため、状況に応じた工夫が必要となるだろう。
パネル取り付け型の同軸コネクタのように実際の5.3ケーブルの影響を除きたい場合使用でコネクタの外部導体 (シールド) をシールド・
ケースに接続することが意図されたコネクタの場合

IEC 62153-4-7 では接続ケーブルの影響の低減のは、図 13の例のように、小さいシールド・ケース

ために接続ケーブルを金属の延長チューブで覆い接にコネクタを取り付けて測定することができそうで

続ケーブルのシールドと延長チューブをコネクタのある。

近くで接続するようになっている (図 5)。だが、この接続では接続ケーブルの一部が露出した状態とな

り、その測定の結果への影響が懸念されることもあഇਇȆȆ R1

るかも知れない。
接続ケーブルの影響をより確実に除きたい場合は、
図 15で示すように延長チューブをコネクタの金属のボディーに直接接続することで、接続ケーブルの、
また接続ケーブルとコネクタとの接続部の影響を除いて測定を行なうことも可能だろう。
ฆଅଅఈ 
ĉఅฆଅԇ5.4

図 13: パネル取り付け型コネクタの処理の例

特性インピーダンスの同定

測定対象のケーブルの特性インピーダンスが不明な場合、以下のいずれかの方法で測定することがで8ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

ฆଅଅఈ

̅అ‫܆‬
ഇਇȆȆ R1

≥8

00

mm

≥ 600 mm

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m

0c

0

60

cm

±1

ąЅ̆ഇ ༄ค)ĉఅฅԉ

Ѕ̅

図 15: 接続ケーブルの影響の排除

きる:

• 立ち上がり時間 200 ps 以下の TDR (time doഇਇmain reflectometer) で測定する。

図 16: IEC 62153-4-5 (吸収クランプ法) の測定セット
アップの例• サンプルの長さが λ/8 程度となる周波数、
ftest ≈

c0
8 · Lsample ·

√

ąԉ Ȃ

εr1

を測定対象のコネクタやケーブルがどの程度拾い上における、遠端を短絡とした時のインピーダ

げるかを測定し、その結果を参照アンテナ (シールンス Zshort 、及び開放した時のインピーダンス

ドされていないワイヤ) で行なわれた同様の測定のZopen を測定し、サンプルの特性インピーダン

結果と比較することで、測定対象のコネクタやケー

ス Z1 をブルの遮蔽の性能を知ることができる。

Z1 =このようなシールド・チャンバー内の電磁界は壁√
Zshort · Zopen

面での反射に伴って著しく不均一となるが、適切に設計されたリバブレーション・チャンバーでは、スより求める。

ターラ (撹拌子) でチャンバー内のモードを乱すことによって統計的に均一な、またランダムな偏波や5.5

その他の測定法の例

5.5.1

IEC 62153-4 シリーズ

入射方向の電磁界を得ることが可能である。この測定法では、またチャンバー内での測定対象のコネク
タやケーブルの位置や配置、また偏波や指向特性†16の測定結果への影響が抑えられるとともに、チャンIEC 62153-4 シリーズでは表 1に示すような測定

バー内の別の位置に設置された参照アンテナで得ら法が述べられている。

れた結果と直接比較することが可能となっている。

例えば IEC 62153-4-5 では、図 16のように吸収クランプを用いて結合減衰量や遮蔽減衰量を測定す

MIL-STD-1344A ではこの測定法は 1〜10 GHz

る方法が述べられている。

までに対するものとして述べられている。だが、その適用が 10 GHz までに制限される技術的な理由は

5.5.2

なく、より高い周波数までの測定に用いることも可

MIL-STD-1344A Method 3008

MIL-STD-1344A Method 3008[5] では、図 17に†16 単純にワイヤを真っ直ぐに引いただけのものであっても、それが電気的に長くなれば複雑な放射パターンを示すようになる。これと同様の測定をリバブレーション・チャンバーではなく電波暗室で行なう (例えば電波暗室内で測定対象のケーブルやコ
ネクタにアンテナから電磁波を照射してケーブルやコネクタで拾われた信号のレベルを測定する、あるいはその逆に測定対象のケーブルやコネクタに信号を流してそれから漏洩した電磁波をアンテナで測定するような) ことも考えられるだろうが、その場合はこれらの影響の考慮も必要となりそうである。

示すような、シールド・コネクタのシールド性のリバ
ブレーション・チャンバー (モード撹拌チャンバー)を用いた評価方法が述べられている。
この評価では、シールド・チャンバー内の入力アンテナ (図 17ではワイヤで示しているが、通常は広帯域アンテナが用いられる) から放射された電磁界

9≥ 800 mmąЅ̆ഇ

̆ഇ

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要

IEC 62153-4-2

遮蔽減衰量と結合減衰量 — 注入クランプ法

IEC 62153-4-3

表面伝達インピーダンス — 三重同軸法

IEC 62153-4-4遮蔽減衰量 — 三重同軸法

IEC 62153-4-5

遮蔽減衰量と結合減衰量 — 吸収クランプ法

IEC 62153-4-6

表面伝達インピーダンス — ライン注入法

IEC 62153-4-7

伝達インピーダンス、遮蔽減衰量、結合減衰量 — 三重同軸チューブ・イン・チューブ法

IEC 62153-4-8

容量性結合アドミタンス

IEC 62153-4-9

シールド付き平衡ケーブルの結合減衰量 — 三重同軸法

IEC 62153-4-10貫通/電磁ガスケットの伝達インピーダンスと遮蔽減衰量

IEC 62153-4-11

パッチ・コード、同軸ケーブル・アセンブリ、コネクタ付きケーブルの結合減衰量と遮蔽減衰量— 吸収クランプ法

IEC 62153-4-12

接続ハードウェアの結合減衰量と遮蔽減衰量 — 吸収クランプ法

IEC 62153-4-13

リンクとチャネルの結合減衰量 — 吸収クランプ法

IEC 62153-4-14

ケーブル・アセンブリの結合減衰量 — 吸収クランプ法

IEC 62153-4-15

伝達インピーダンス、遮蔽減衰量、結合減衰量 — 三重同軸セル
表 1: IEC 62153-4 シリーズの測定法

ケーブル

コネクタ、ケーブル・アセンブリ

遮蔽減衰量 asIEC 62153-4-4

IEC 62153-4-7

結合減衰量 ac

IEC 62153-4-9

IEC 62153-4-7

伝達インピーダンス ZT

IEC 62153-4-3, -4-4

IEC 62153-4-7

表 2: IEC 62153-4 シリーズの三重同軸法の適用能だろう。†175.5.3

一方、低い周波数で均一性を得るためには大きな

例えば [7] は他のいくつかの評価法に関する情報

チャンバーとスターラが必要となるため、この測定を含み、その他にもケーブルやコネクタのシールド法は低い周波数での測定にはあまり適さない。

に関連する多くの論文が出されている。

[4] はケーブルのシールドに関する書籍で、評価ІȆ
̅ć

法のみでなく、ケーブルのシールドに関連する様々

ഇਇ؅

な話題が扱われている。

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ԆЅഇЅ؅

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ąȅ

参考資料[1] IEC 62153-4-4, Metallic communication cable
test methods – Part 4-4: Electromagnetic compatibility (EMC) – Test method for measuringof the screening attenuation as up to and above
3 GHz, triaxial method

ഇਇ؅

༄̅ฆ

その他

[2] IEC 62153-4-7, Metallic communication cable
test methods – Part 4-7: Electromagnetic compatibility (EMC) – Test method for measuringof transfer impedance ZT and screening attenuation as or coupling attenuation ac of connectors
and assemblies up to and above 3 GHz – Triaxial
tube in tube methodฆଅଅఈ

図 17: MIL-STD-1344A Method 3008 の測定の原理(MIL-STD-1344A Notice 2[5] Figure 2 に基づく)†17 例えば [6] では 40 GHz までの測定について報告されている。

10

ケーブルのシールド性能の評価 — IEC 62153-4-4, -4-7 の概要[3] Measuring the EMC on RF-connectors andconnecting hardware. Tube in tube test procedure, Bernhard Mund, 2019,https://bda-connectivity.com/wp-content/uploads/
2019/08/bda_EMCzuerich_script.pdf[4] Cable Shielding for Electromagnetic Compatibility, Anatoly Tsaliovich, Springer, 1995,
ISBN: 1441947396[5] MIL-STD-1344A Notice 2 (1981), Test Methods
for Electrical Connectors[6] Shielding eﬀectiveness measurements for an
SHF/EHF field-to-wire coupling model, Andrew T. McMahon et al., National Symposium
on Electromagnetic Compatibility, IEEE, 1989,
DOI: 10.1109/NSEMC.1989.37221,
https://doi.org/10.1109/NSEMC.1989.37221[7] Cable Shielding Test Methods: A comparison of diﬀerent Test Methods, Joachim
Mueller, 2007 IEEE International Symposium
on Electromagnetic Compatibility, IEEE, 2007,
DOI: 10.1109/ISEMC.2007.231,
https://doi.org/10.1109/ISEMC.2007.231

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