ファラデーケージに関する質問

質問

ファラデーケージはグラウンドに接続した導電体で回路を囲むことで
電磁波を防ぎノイズを落とすことが出来るというものですが、
もしこれをグラウンドに接続しなかった場合どうなるのでしょうか？

全く電磁波を防ぐことは出来ないのか、わずかだけ出来るのかどちらなのでしょうか？

回答No.1

KEN_2 · ベストアンサー

ファラデーケージはグラウンドに接続した状態で使用されますが、静電シールド
に対してはグラウンドに接続しなければ効果が無くなりますが、電磁シールドに
関しては効果があります。
航空機や車が落雷を受けても内の人間が無事なことを考えると予想できませんで
しようか？
　身近な物で携帯電話は高周波から音声周波数をあの小さな筐体内で処理して
いますが、要所要所にシールド板やグランドパターンでシールドを施しています。
携帯電話本体は大地から浮いた状態で使用しますが、問題は発生しないのは電磁
シールドの効果です。
使用周波数とシールド材の形状を適切に選択すれば、電磁シールド効果でノイズ
を低減できます。

回答は、かなり電磁波を防ぐことが出来ると考えるのが妥当と思います。

お礼

ありがとうございます。

静電シールド
に対してはグラウンドに接続しなければ効果が無くなる、
というのは例えばどういう場合のことを指しているのでしょうか？

落雷というのは電磁場ではなく静電気に相当すると思うのですが、飛行機は落雷を受けて無事でいられるのはなぜなのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.4

KEN_2

No.1 です。　（暫らく留守で補足回答遅れました。）
静電シールド・磁気シールドと電磁シールドの３つの条件で考えれば理解できると
思います。
１．静電シールド
　直流の成分で静電誘導で、信号源と逆の電荷が誘導されます。
　雷の場合途中の空気が絶縁体ですが、絶縁破壊を生じて雷電流が流れた場合には
　雷の衝撃電流が途中の金属や水分を含んだ立ち木などを経由して流れるので、
　周囲が金属で覆われていた場合内部の人間には周り込まないのです。
　表皮に吸収される表皮効果と呼ばれる現象です。
　＊静電シールド　は下記サイトを参照してください。
　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E9%9B%BB%E3%82%B7%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%89
２．磁気シールド
　低周波の30KHz以下の信号で、主に磁界誘導成分を遮蔽する必要があり、強磁性
　体の鉄板など高い透磁率の物質で磁気シールドを施します。
３．電磁シールド
　金属などで遮蔽すると、電磁波は反射や吸収減衰することでシールドします。
　周波数によっては吸収減衰効果が無くなるのでフエライト材などを混ぜた電波
　吸収体を併用します。

＊ちなみに、３つのシールドを実現したのが電波暗室で周波数帯を考慮して以下
　の構造となります。周波数に対して材質の組み合わせで対応しています。
１．外側を鉄板で覆います。鉄板の接続部は銅版で隙間を接続して漏れを防止し
　ます。基礎部分で大地アースに接地します。外部から引き込む電源や信号線は
　ラインフイルタや貫通コンデンサなど　で外来雑音成分を遮断します。電源
　ラインの入力に絶縁トランスを挿入してます。これが静電シールドルームと
　なります。
２．電波暗室は上記静電シールドルームの内側にフエライトタイルを全面に張り
　付け、ウレタン加工の四角錐の電波吸収体を張り付けることで電波暗室内での
　電磁波の反射を吸収減衰させているのです。

＊電磁シールド　も参考にしてください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E3%82%B7%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%89

回答No.3

sawa001

>1.ケージのケーブルを出すための隙間から電磁波が混入する
>2.ケージの外に出ているケーブルから電磁波が混入する
>3.ケージ自体が、電磁波が筒抜けになる

1と2です。ケージからケーブルを出したら、内部回路の一部がケージの外に出ているのと同じですよね。
1はケーブルを引き出さなくても、ケージに穴が開いていると電磁波が内部に侵入します。ただし、電磁波の波長に対し穴が十分小さい場合には内部には侵入しません。逆にいえば穴よりも極端に波長の短い電磁波である光などは穴から入り放題ですよね。

またケージに全く穴がなくても、電磁波の周波数が極端に低くなると(だいたい10kHz以下)磁界の作用が支配的になり、電磁波が内部に侵入するようになります。遮蔽性能を上げるためには珪素鋼板などの強磁性体による磁気シールドを併用する必要がでてきます。

お礼

非常に詳細な回答ありがとうございます。

後１つ質問させてください。

電磁波の周波数が極端に低くなると(だいたい10kHz以下)磁界の作用が支配的になり・・・・
というのはどういう原理で起こるものなのでしょうか？
マクスウェル方程式でもあるように電場と磁場が対称ではないということからくる帰結なのでしょうか？

回答No.2

sawa001

まず、グラウンドとアースを混同してはいけません。
グラウンドとは回路の基準電位のことで、アースとは大地のことです。
アースする(接地する)とは、何かを導体で大地につないで、大地と等電位にすることです。

ファレデーケージは、導体の内部に電場が侵入しないことを利用して、内部回路を外部電場から遮蔽するためのものです。

従ってケージを内部回路のグラウンドにつながなくても、内部回路からケージ外へ信号線や電源線が出ていないなら、ケージの遮蔽効果は変りません。

ケージ外へ信号線を出す場合には、ケージを内部回路のグラウンドに接続し、信号線をケージに接続したシールドで覆わないと、内部回路を外部電場から遮蔽することはできません。ケージはおもにこのように使われるので、ケージをグラウンドに接続するのです。

ケージをアースしてもしなくても遮蔽効果は変りませんが、アースするのはケージが帯電しないようにするためでしょう。主に保安目的だと思います。

お礼

非常に詳細な回答をありがとうございます。

どうしても気になるのですが、

>ケージ外へ信号線を出す場合には、ケージを内部回路のグラウンドに接続し、信号線をケージに接続したシールドで覆わないと、内部回路を外部電場から遮蔽することはできません。ケージはおもにこのように使われるので、ケージをグラウンドに接続するのです。

という部分なのですが、これはどのような原理で起こるものなのでしょうか？

1.ケージのケーブルを出すための隙間から電磁波が混入する
2.ケージの外に出ているケーブルから電磁波が混入する
3.ケージ自体が、電磁波が筒抜けになる

恐らく答えは1だと思うのですが、
もしそうだとすると、例え内部回路からケージの外にケーブルを出していなくともケージに穴が開いているとノイズは混入するのでしょうか？
そうだとするとその穴は小さいほど混入するノイズの量は減ることになります。

よろしくお願いいたします。