株式会社e・オータマ佐藤智典2023年12月16日
目次
1 表面伝達インピーダンスの測定(100 kHz～30 MHz) 2 2.1 測定法. 2.2使用機器シールド効果の測定(1～10 GHz) 3 3.1シールド損失測定. . . . . . .校正測定3.2シールド効果の計算 . . . . . . . . 3.3 4補足MIL-STD-1377に含まれるその他の測定法4.1シールド性の評価に関するその他のMIL規格4参考資料5 4
概要
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MIL-STD-1377[1]では、ケープル、コネクタ、エンクロージャのシールド特性、またフィルタの特性の評価の方法が述べられている。これは1971年に発行された極めて古い規格であるが、改訂版は発行されておらず、当時のままの内容となっている。本稿ではMIL-STD-1377で述べられている測定法のうち、ケープルのシールド特性の評価の方法、すなわち● 100 kHz～30 MHzの表面伝達インピーダンスの測定(§2) ● 1～10 GHzのシールド効果の測定(§3)について解説する。但し、ここでの説明は充分に正確なものであるとは限らないので、正確な情報は MIL-STD-1377[1]そのものを参照していただきたい。なお、この規格には30～1000 MHzに対する測定法は含まれていないが、その周波数範囲の利用が限定的である(少なくとも当時の海軍において)こと、またその周波数範囲でのシールドの欠陥は他のいずれかの測定に現れるであろうため30～1000 MHzでのシールド効果の測定は不要と考えられることがその理由として述べられている。
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表面伝達インピーダンスの測定
(100 kHz～30 MHz)
この測定は、試験対象ケープルかそのセグメントが電気的に短い周波数範囲について、単純にケープルのシールドに電流を流してシールドの2点間に現れる電圧を測定してその結果から表面伝達インビーダンスを算出するという、非常に単純なものである。 11
2.1 測定法
測定は以下のように行なうことができる: 1.図1のように接続する。試験対象ケープルが多芯の場合、接続する導体の選択は任意である; 2. 測定周波数範囲内の1オクタープを超えない周波数毎に、遠端を短絡した試験対象ケープルにRF電流計を通して信号発生器からRF電流Iを注入する; 3.試験対象ケープルの両端のシールドのあいだのRF電圧Vを測定する; 4.試験対象ケーブル(その全長での)のそれぞれの測定周波数における表面伝達インビーダンス(surface transfer impedance; STI) Z Tは、この測定結果からZ T (Ω) = V/Iによって求めることができる。また、規格では表面伝達インピーダンスを長さで正規化するようには書かれていないが、 ↑¹表面伝達インピーダンスのより洗練された測定法は例えばIEC 62153-4-3[3]に見られる。長さで正規化された表面伝達インビーダンスZT(norm)はその結果を試験対象ケープルの長さ(RF電圧Vの測定点間の距離L (m))で割ることで、すなわちZT(norm) (Ω/m) = ZT/Lによって求めることができる。試験対象ケープルが波長の1/10よりも長い場合、波長の1/10以下の長さ毎に測定を行ない、それぞれで得られた電圧を加算する。†²測定限界はRF電圧計(差動プロープ)の入力雑音、また周囲の電磁環境からのノイズの結合の影響を受け、これは試験対象ケープルの入力側を短絡した時(あるいは信号発生器の出力をオフとした時)のRF電圧計の測定値から判断できる。これはケープルのシールドで測定された電圧よりも充分に低いべきであり、必要な場合、例えば低入力雑音の能動差動プロープや差動増幅器の使用、狭帯域の電圧測定器の使用、あるいは一次側の電流を大きくすることで改善できるかも知れない。
2.2 使用機器
●信号発生器は必要な周波数範囲で所望の電流を出力できる必要がある。出力を短絡状態とする(図1)ため、その特性によっては直列に制限抵抗を入れることが必要となるかも知れない。 ● RF電流計は例えば電流プロープ(プロープにケーブルの芯線のみを通し、全体をシールド・ケースに入れる)とその出力の測定に適した任意のRF電圧測定器とで実現できる。 ● RF電圧計は平衡入力のものが必要で、RF差動プロープや差動増幅器(低レベル信号用のもの)が必要となりそうである。
3　シールド効果の測定
(1～
10 GHz)
ある種のリバブレーション・チャンバー (モード同調チャンバー)を用い、チャンバー内に張られたワイヤを入力アンテナと出力アンテナ†³とするもので、試験対象ケープルのシールド効果を出力アンテナとして用いられるシールドされていないワイヤを基準として求めることができる。†4周波数範囲は1～10 GHzとなっているが、必要であれば上限周波数は40 GHzまで拡大できる旨の記載がある。パドル・ホイール・チューナー (スターラ)の形状も具体的に示されている(図3)が、規格に厳格に従う必要がない場合、これに準じた測定は、必要な周波数範囲でのフィールドの均一性が確認された現代的な設計のリバブレーション・チャンバーを用いて出力アンテナと試験対象ケープルを均一性が確認された領域内に引き、また入力アンテナとしてチャンバー内に引かれたワイヤの代わりに広帯域アンテナを用いて行なうこともできると思われる。この測定は図2で示すようなセットアップを用いて以下のように行なうことができる: 1.試験対象ケープルを用いてのシールド損失測定(§3.1); 2.基準となる出力アンテナを用いての校正測定(§3.2); 3.それらの結果からのシールド効果の算出(§3.3)。
3.1 シールド損失測定
1. 茸通コネクタから出力アンテナを外し、先端を短絡絡端した試験対象ケープルを接続する(図2)。賃通コネクタへの試験対象ケープルの接続をケーブルにコネクタを取り付けて素直に行なえる場合もあるかも知れないが、そのようなコネクタを取り付けることができない場合、工夫が
必要となるかも知れない。
また、コネクタ周辺(ケーブルとコネクタの接続部、またコネクタの勘合部)からの漏洩も一緒に測定されることになるため、シールド性の高いケープルの測定に際してはコネクタ周辺からの漏洩を抑えるように工夫が必要となるかも知れない:
2.それぞれの周波数について、
(a)ダブル・スタブ・チューナーを調整し、出力側で測定される電力が最大となるようにする; (b)パドル・ホイール・チューナーを回転、また前後させ、出力側で測定される電力が最大となるようにする; (c)ダブル・スタプ・チューナーを再調整する; (d) 出力側の最大電力(Pos)とキャビネットに注入される進行波電力(Pis)を測定する。
3.2 校正測定
1.貨通コネクタから試験対象ケーブルを外し、出力アンテナ(図２のように張られた、シールドされていないワイヤ)を接続する; 2.それぞれの周波数について、 (a) §3.1と同様に出力が最大となるようにダプル・スタプ・チューナーとパドル・ホイール・チューナーを調整する; (b) 出力側の最大電力(Poc)とキャビネットに注入される進行波電力(Pic)を測定する。
3.3シールド効果の計算
それぞれの周波数について、 Pis · Pocシールド効果(dB) = 10 log Pos · Picを計算する。
補足
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MIL-STD-1377に含まれるその他
4.1
の測定法
MIL-STD-1377にはその他に以下のような測定法が含まれる: ●コネクタのシールド効果の測定(100 kHz〜 30 MHz) ●兵器エンクロージャのシールド効果の測定(100 kHz～30 MHz) ●兵器エンクロージャのシールド効果の測定(1 ～10 GHz) ●負荷が既知なフィルタに対する30 MHz以下での効果の測定●負荷が不明なフィルタに対する300 MHz以下での効果の測定●負荷が不明なフィルタに対する300 MHz以上での効果の測定
シールド性の評価に関するその他の
4.2
MIL 規格
● MIL-STD-285, Attenuation Measurements for Enclosures, Electromagnetic Shielding, for Electronic Test Purposes, Method ofシールド・ルームなどのシールド性の評価の方法が示されている。 ● MIL-STD-1344A, Test Methods for Electrical Connectorsコネクタの試験に関する規格で、その一部としてシールド性の評価の方法を含む。 [2][4]
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参考資料
[1] MIL-STD-1377 (1971), Department of Defense Test Method Standard:  Effectiveness of Ca- ble, Connector, and Weapon Enclosure Shield- ing and Filters in Precluding Hazards of Electro- magnetic Radiation to Ordnance (Hero), Mea- surement of [2] MIL-STD-1344A Notice 2 (1981), Test Methods for Electrical Connectors [3] IEC 62153-4-3, Metallic communication cable test methods – Part 4-3: Electromagnetic com- patibility (EMC) — Surface transfer impedance — Triaxial method [4]ケープ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, 2021, https://www.emc-ohtama.jp/emc/reference.html © 2023   e-OHTAMA, LTD. All rights reserved.免責条項—当社ならびに著者は、この文書の情報に関して細心の注意を払っておりますが、その正確性、有用性、完全性、その利用に起因する損害等に関し、一切の責任を負いません。