電波測定器、EMC/EMI測定システム

電波測定器、EMC/EMI測定システムとは

まずは電波測定器やEMC/EMI測定システムがどのようなものなのかについて解説します。

EMCとは

まず、EMCはElectromagnetic Compatibilityの略で、JIS規格では電磁両立性と定義されるものです。

電気や磁気を利用する機器は、外部からの電磁気によって影響を受け、誤作動を起こす可能性があります。また、電気や磁気を利用することにより、自身が電磁気を放出し、ほかの機器に影響を与えることもあるでしょう。

EMCは想定される電磁波によって機器が動作に影響を受けず、かつ自身がほかの機器が想定していないような電磁波を出さないことを意味します。

最近はスマートフォンやIoT機器といった電波によって動作する機器が増加しており、また自動車分野では高周波スイッチングノイズを出すパワー半導体が普及するなど、EMC対策は以前に比べて重要になっているのです。

EMIとは

EMCには大きく分けて2つの観点があります。1つ目が自身のノイズ放出に着目したEMI（Electromagnetic Interference、電磁障害）です。

たとえば電子レンジを動作させると無線LANの通信がしづらくなる、PCの近くにラジオを置くとノイズだらけになるといったように、電気機器は放出するノイズによって互いに影響を受け合います。

EMIは放出側に着目したもので、回路にシールドやローパスフィルター、コモンモードチョークコイルを取り付ける方法が具体的な対策例です。

また、ケーブルにGNDラインを沿わせることもノイズ対策につながります。

EMSとは

もう1つの観点が、電磁気によって自身の動作が影響を受けないようにするEMS（Electromagnetic Susceptibility、電磁感受性）です。

具体的なEMS対策としては、たとえば機器にシールドをつけることで電磁波が回路に伝わらないようにするというものが挙げられます。

また、長い配線はアンテナの役割を果たしノイズが回路に伝わる可能性があるため、配線を短くしてアンテナループを短くするのもEMS対策の1つです。

雷や静電気への対策もEMCで必要

EMC対策では、人工的に起こる電磁気のみ考えればよいわけではありません。自然界で発生する電磁波である雷や静電気への対応も求められます。

雷のエネルギーが大きいのは多くの方が知っているかと思いますが、実は静電気のエネルギーも大きく、その電圧は3,000ボルト以上あるとも。これほど高い電圧が印加された場合、対策をしないと静電気によって電子回路が故障する可能性があります。

対策には測定が必要

EMIおよびEMSには国際規格が存在しており、これに準拠するには規格で定められた測定をおこなう必要があります。

このためにはまず、測定対象以外の機器からの電磁気を測定しないよう、電波暗箱と呼ばれる電磁波を遮断する環境が必要です。

EMIの測定では、この電波暗箱のなかにアンテナを入れ、箱の外に置いたスペクトラムアナライザで、測定対象が発する電磁波を測定します。

また、EMSの測定では電波暗箱の外からシールド処理された信号線を介して、規格で定められた電磁波を与えて正常動作を確認します。

PCなどと連携して測定および解析を自動的におこなえる測定装置もあり、そのようなものを利用すればより効率的にEMC対策がおこなえるでしょう。

EMCの測定および解析をトータルでおこなえるシステムも販売されており、目的に応じて一貫性を持った機器およびソフトウェアの導入が可能です。

電波測定器、EMC/EMI測定システムの構成

EMC対策をおこなうための構成機器を解説します。

電波暗箱（電波暗室）

電波暗箱あるいは電波暗室とは、外部からの電磁波を受けず、外部に電波を漏らさないようにし、かつ電磁波が内部で反射しないようにした部屋のことを指します。

ほかの機器からの電磁波がなく、自身が発した電磁波の反射による影響がないため、再現性の高い実験が可能です。

また、電波を利用する場合は一般に電波法の制限から無線局免許を取得する必要がありますが、電波暗室のなかであれば免許が不要であることが多く、実験や解析がしやすいというメリットもあります。

このために電波暗室は金属板でおおわれており、内部には電波吸収体が貼り付けられている構造です。

サイズはさまざまで、手軽に使える1m以下のサイズのものから、規格で定められた3m/10m法の電波暗室などがあります。

小型のものは比較的安価で購入できますが、大型のものは購入費（建設費）も維持費も高価であることから、レンタル（施設の有償利用）での利用も可能です。

アンテナ

EMC対策では機器が発する電磁波の測定、および機器に対して電磁波を加える目的の両方でアンテナが必要です。

アンテナには安価なものも存在しますが、高価なものを利用することで高周波数に対応したり、広範囲に均一に電磁波を放出したりできるでしょう。

スペクトラムアナライザ

スペクトラムアナライザはスペアナとも呼ばれ、信号に含まれる周波数成分の分布を調べるためのものです。

EMI対策では、自身がどのような周波数帯の信号をどれだけの強度で放出しているか解析しなくてはなりませんが、アンテナで受信した信号をスペクトラムアナライザに入力することでその解析ができます。

一口にスペクトラムアナライザといってもその機能は機器によってまちまちで、マイクロ波やミリ波といった5G等の通信で必要とされる高周波数帯に対応するものから、周波数帯が限られている安価なものまでさまざまです。

用途に合った機能を備えたものを導入する必要があります。

測定ソフトウェア

EMC対策のためにはさまざまな条件での測定をおこなう必要があるため、すべてを人手でおこなうと時間がかかります。また、人手による入力値の誤りによって測定のやり直しが起こることもあるでしょう。

EMI測定ソフトウェアを利用するとスペクトラムアナライザの設定値を自動で設定したり、自動で記録をおこなったりと半自動的に測定をおこなえます。

また、測定結果を可視化して解析しやすくしたり、車やモバイル機器向けにGPSによる位置情報と紐付けたりと、工数を大きく削減することが可能です。

雷サージ試験器

ここまでは機器間の電磁波について解説してきましたが、自然界の電磁波である雷や静電気への対応をおこなうための機器も存在します。

雷による影響を調べるための機器が雷サージ試験器です。

これは電力線や電話線によって伝わる雷のノイズを擬似的に発生させる機器であり、国際規格やJIS規格に沿った試験ができます。

たとえば無停電電源装置は停電時にPCなどに電力を供給するための装置ですが、落雷による停電の際に無停電電源装置が故障してしまっては意味がありません。そこで雷サージ保護機能がついたものがあります。

また、人にとってはバチッとするだけの静電気ですが、その電圧は3,000ボルト以上あるといわれており、対策をしないと静電気によって電子回路が故障する可能性も。

静電気試験器（ESDシミュレータ）を用いると、規格に沿った静電気への耐性を持っているかの試験が可能です。

電波測定器、EMC/EMI測定システムを導入するメリット

電波測定器やEMC/EMI測定システムを導入するメリットを解説します。

規格に沿った製品開発ができる

電波測定器やEMC/EMI測定システムを利用することで、国際規格やJIS規格などに沿った製品開発ができます。

規格に沿うことで電磁波の影響による機器の誤作動を避け、信頼性の高い製品作りができるでしょう。

特にスマートフォンなどの電波によって通信をおこなう機器においては、技術基準適合証明/技術基準適合認定の認証を受けていることを示す「技適マーク」の取得が必須です。

規格を満たさず、認証を受けないまま販売すると法律違反になる可能性があるため注意してください。

電波暗室利用の時間や費用を削減できる

規格に沿った電波暗室の導入は高価かつ維持費も高いため、レンタルにも多額の費用がかかります。また、レンタル希望者が多ければ試験待ちの状態になることもあるでしょう。

このため、正式な試験はできるだけ少ない回数で終わらせることが望ましいといえます。

そのために役立つのが簡易的な電波測定器やEMC/EMI測定システムです。

小型かつ安価なシステムを導入しておくことで事前に問題点を解決でき、正式な試験の回数を減らせるでしょう。

テント型や箱形といった大がかりな工事不要で導入できる電波暗室もあるなど、予算や用途に応じて多くの選択肢があります。

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