21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線(GND)は両端接続が基本!

機器間又は装置間をケーブル接続した状態でのノイズ放射リスクに関して、グランドループ(コモンモード)のモデルを使ってその回避方法についてはEMC関連の業界誌やセミナー等の中で紹介されています。しかしながら、当社の解釈の仕方としては、当ホームページの記事“19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも!”でも紹介していますが、やはり少し違うのではないかと考えております。

先ず、グランドループ自体はGND電極同士が繋がったものなので、何もなければ至る所DC・AC的に0Vになります。従って、このループがノイズを放射(アンテナ条件が揃ったとして)する場合、ノイズ電源となるものが外部の真のノイズ源(例えば外部のモーターのようなもの)の電源配線等から誘導結合・誘電結合によってグランドループに侵入する、との説明がなされています。これによりグランドループにノイズ電源ができ、そこから出た高周波ノイズ電流がグランドループを周回してノイズ電源に戻ると説明されています。

しかしながら、上記のモデルを解釈するためにはちょっとキビシイのではと思われるところがあり、下記に列挙してみます。

①誘導結合、誘導結合を挙げていますが、例えば誘導結合に関して、その結合度がどの程度を想定しているのでしょうか?トランスをイメージして頂けると分かりますが、1次と2次のコイルの巻き方を工夫し、磁性材料をコア材にして、1次と2次のコイルの結合係数を1に近づける訳ですが、コイル状でもない配線同士(1次:真のノイズ源と接続/2次:グランドループ/双方とも線状だとするとインダクタンス性としてのQ値は極めて低い)が、磁芯となるコアもない空間で且つ距離数十センチ程度離れた状態でどの程度の結合係数が得られるでしょうか?静電結合についても同様で、前述の1次と2次の配線間の静電容量はそれらの距離が数十センチ程度離れた状態では0.1pFにもならないでしょう。高周波帯(1GHz以下程度)では極めて高抵抗(ハイインピーダンス)な状態です。1次側の配線におけるノイズのエネルギーが極めて大きければ、2次側の配線にも影響が出てくるのかもしれませんが、そのような場合は1次側の配線からの直接のノイズ放射が問題となり、むしろそのノイズ対策を優先すべきでしょう。

②ノイズ電流が上記のグランドループを水のようにスイスイ流れていくようなイメージで説明されていますが、ノイズと言っても高周波(当ホームページの記事“11. ノイズという電磁波。では電磁波とは?(1)~(3)”で解説)なので、安定したインピーダンスの伝送路でなければ高周波電流を安定して流すことはできず、不安定な変化しやすいインピーダンスで単線に近いような構造の導体に対しては、高周波電流は高い反射を受けて流れ込んでいかないでしょう。

③ループ状となる配線構造については、当ホームページで度々記してきました(“8. ノイズも電磁波。検出するのはアンテナ?プローブ?”“ 19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも!”“ループ状配線 ➡ノイズのアンテナは考えすぎ”)が、基本的にプローブとして磁界成分を検出しやすい構造であるものの、ノイズを電磁波として遠方に放射するアンテナにはなりにくいものなのです。ループ状構造だから即アンテナと断定するのは単なるイメージ先行でしかないのです。

以上のことから、グランドループモデルによるノイズ放射の解説には無理があると考えております。しかし、機器の放射ノイズ測定をされている多くの方々は機器のACケーブルや機器間を接続するケーブルの姿勢を変えることでノイズの放射レベルが変わることを経験していると思います。

これはただそのように観えるだけなのです。

当ホームページの記事“19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも!”でも説明していますが、機器間を接続するケーブルのGNDラインの処理の仕方に問題があるのです。即ち、ケーブルの部分(区間)のGNDラインがノイズの放射体になり、そのGNDラインと機器との接続部がノイズの励振源になるのです。従って、ケーブルの姿勢を変えることでノイズの放射レベルが変わるのは、放射体の姿勢により放射状況(振幅や放射の指向性)が変化するためなのです。

上記のこの課題の背景及びケーブルのGNDラインの処理の仕方の詳細を当方のセミナー及びテキスト”EMC設計 MBDでDX! 技術&学術の中で解説しております。

実際、私も装置(又は機器)を接続するケーブルによる不要輻射の問題をいくつか経験しましたが、全く問題ない場合もあったりしてその違いを見比べ、検討してまいりました。同様な経験をされている方々は是非当社のセミナーを聴講して頂きますと考え方の整理がつくかと思います。

※関連ページ

8. ノイズも電磁波。検出するのはアンテナ?プローブ?

19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも!

ループ状配線 ➡ノイズのアンテナは考えすぎ

13. ノイズという電磁波。では電磁波とは?(3)

12. ノイズという電磁波。では電磁波とは?(2)

11. ノイズという電磁波。では電磁波とは?(1)

EMC設計 MBDでDX! 技術&学術

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