EMI对策的基础｜EMI屏蔽的原理和种类
随着“5G”等无线通信设备技术水平的提高，工厂等生产现场和社会层面不断推进IoT化，汽车电动化等电子控制机构也越来越多样和复杂化。
在电气/电子设备的小型化和高功能化进程中，传播着各种频率的电磁波，电磁波变成噪声，造成通信障碍和设备误动作等，不仅无法发挥原本的能力，还暗藏着引发重大事故的风险。因此，作为防止电磁噪声扩散的措施，“EMI对策”必不可少。
下面对EMI相关的基础知识以及EMI对策中尤为重要的“EMI屏蔽”原理和种类进行解说。
EMI是什么
“EMI：Electromagnetic Interference”是指电磁干扰，也叫“Emission”，意思是电气设备等向周围发出不必要的电磁噪声。电子设备和各种部件运行时产生的电磁噪声不仅可能引起周围其他电子设备的误动作和通信障碍等，还可能对人体健康产生不利影响。
电磁波是什么?
电磁波是由电场和磁场连续产生的波。有电流流经的地方必定会产生电磁波，电场和磁场交替振荡，以光速在空间中传播。
“频率：Frequency”是一秒内重复的波数，根据频率的不同，电磁波具有各种各样的特征。
传输线等电力设备和电视/收音机的无线电波等日常生活中在我们身边产生的电磁波频率可能会有很大差异，但不同电子设备使用的频段也有可能非常接近。
微波炉（使用电磁波加热和烹饪食品的设备）和无线LAN使用相同的2.4GHz，如果没有采取充分的EMI对策，那么微波炉中泄漏的电磁波就可能成为无线LAN的噪声，并导致通信障碍。
EMI与EMS的不同
“EMS：Electromagnetic Susceptibility”是指电磁敏感性，也叫“Immunity”。
EMI是由于电磁波产生而对内外产生的不利影响，EMS则是指电子设备和各种部件对电磁波具有抗性，即使受到EMI的影响也能正常运行。
EMI与EMC的不同
“EMC：Electromagnetic Compatibility”是指电磁兼容性，意思是EMI的影响力小，且具有EMS的状态。
换句话说，具有EMC就意味着EMI（电子设备和各种部件产生的电磁波干扰周围设备的运行）的影响较小，且EMS（即使受到外部或内部电磁波的影响也能正常运行）优异。
用于自动控制等的精密电子设备需要具有高水平的EMC保证。
EMI引发的问题
电气/电子设备只要用电就必然会产生电磁波。当以特定频率进行设备控制或信息通信时，电磁波就会变为噪声并受到各种影响。
1. 电气/电子设备的误操作
汽车、飞机等运输设备和生命维持相关设备等与人命直接相关的设备中使用的仪器，正在推进电子化和高功能化。智能手机等产生的电磁噪声可能会影响信号电缆和通信设备，导致电子控制无法发挥原本的功能。为了防止重大事故，采取多重安全措施和彻底的噪声对策。
此外，在工厂等引入新设备时，电磁噪声可能会影响EMC不足的现有设备并导致误动作。
2. 通信障碍和信息泄露
使用Wi-Fi和Bluetooth等频段相近的多个设备时，可能会引起电波干扰，导致通信速度变慢或通信中断。
2020年正式推进引入的“5G”可进行高速、大容量的通信。由于它使用与传统“4G”不同的频段，信息量也有所增加，因此可能会对其他电子设备造成意想不到的电波干扰。
此外，计算机等设备的各种信号还会间歇性地变为电磁波向外辐射。由于此种电磁波还包含机密信息，因此还存在因接收/分析导致信息泄露的危险。
3. 对人体健康的损害
平常身边产生的电磁波并不会对人体健康造成严重的损害。医院的X光拍摄和工厂中分析装置使用的X射线均采取了安全措施。此外，智能手机等移动终端也有义务遵守电波防护指针中的标准。
但存在热作用和刺激作用等生物作用也是事实，并且对电磁波过度焦虑也会导致健康风险。
EMI的对策方法
为了提高EMC水平以防止电磁噪声的影响，EMI对策必不可少。如下所示，电磁波会从电气/电子设备的各个部位泄漏。
■ 框体：根据外壳材质和厚度的不同，会泄漏能给外部造成影响的电磁波
■ 开口部：从透气孔或检修窗等泄漏电磁波
■ 电缆：信号传输电缆等天线化并发射电磁波
另外，泄漏的电磁噪声也可根据传播方式分类如下。
■ 传导噪声：通过电源电缆、LAN电缆等传播的噪声
■ 辐射噪声：在空气中传播的噪声
换言之，EMI对策既要针对传导噪声的发生源和传播路径，还需要采取措施防止辐射噪声的扩散。
EMI对策的种类
EMI对策有多种方法，以下是代表性方法。
| 对策方法 | 目标噪声 | 对策的种类 |
|---|---|---|
| 屏蔽 | 辐射噪声 | 电源电缆的屏蔽 导电性垫片 电波吸收体 拉伸网、金属网格等 |
| 过滤 | 传导噪声 | 铁氧体磁芯 共模扼流圈 EMI滤波器 等 |
| 接地 | 传导噪声 | 信号地 框架接地 电源地 等 |
电源电缆和通信电缆等不仅是噪声的传播路径，还会产生辐射噪声。因此，必须以电线的物理防护和电磁波的屏蔽对策为出发点采取措施。
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基于EMI屏蔽的EMI对策
“EMI屏蔽”是用于防止电磁波辐射噪声扩散的方法。下面对EMI屏蔽的原理、效果和种类进行解说。
EMI屏蔽的原理
EMI屏蔽的目的在于衰减电磁波的能量，并减少泄漏到外部的量。通过组合以下三种损耗衰减电磁波。
1. 反射损耗
屏蔽材料表面反射造成的损耗。反射损耗因屏蔽材料的导电性而异，金属等导电率越高的材质，反射损耗越大。
2. 衰减损耗
通过屏蔽材料时由于过电流造成的损耗，也称为趋肤效应。屏蔽材料的厚度越厚，磁导率和导电性越高，衰减率就越高。
3. 多次反射损耗
电磁波在屏蔽材料内部反复反射造成的损耗。
EMI屏蔽效能的计算
与EMI屏蔽性能相关的屏蔽效能由“谢昆诺夫公式”计算得出。反射损耗、衰减损耗和多次反射损耗的总和就是屏蔽效能的性能，是将入射电场强度Ei与衰减后电场强度Et之比对数化后的数值。
EMI屏蔽的性能标记和测试方法
EMI屏蔽的性能以“dB：decibel”值来评价，性能分类如下。
| 屏蔽效能[dB] | 衰减量 | 屏蔽率 |
|---|---|---|
| 20 | 1/10 | 90% |
| 40 | 1/100 | 99％ |
| 60 | 1/1,000 | 99.9％ |
| 80 | 1/10,000 | 99.99％ |
| 100 | 1/100,000 | 99.999％ |
测量EMI屏蔽性能的方法有“KEC法”、“DFFC法”、“FS（自由空间）法”等，此外还有“爱德万测试法”和“BEKISCAN法”。可根据要测量的电磁波频率和目标物形状进行选择。
EMI屏蔽的种类
为了增强EMI屏蔽的噪声衰减效果，理想的做法是将噪声发生源用高导电率和磁导率的材料不留间隙地包围起来。金属板作为框体材料预期可以获得很高的EMI屏蔽效果，但是事实上在实际的设备设计中，因为存在框体间隙（外壳与盖罩间的电气不连续性）、通风用的开口部分、电缆突起等，仅凭金属框体很难实现EMI屏蔽。
因此，根据使用场所和目的，会将以下材料用于EMI屏蔽。
| 屏蔽构件 | 概要 |
|---|---|
| 导电性橡胶 | 在硅胶中填充导电性填料的片状或绳状EMI屏蔽垫片 |
| 软屏蔽 | 用导电织物（镀镍尼龙材料）包覆聚氨酯海绵芯材的EMI屏蔽垫片 |
| 屏蔽弹簧片 | 采用弹性尤其突出的铍铜合金材料的接地/EMI屏蔽产品 |
| 屏蔽线 | 将特殊金属网成型为绳状的EMI屏蔽垫片 |
| Cho-Form (FIP Gasket) | 自动安装在金属或塑料框体上的导电性硅基垫片 |
| 精密拉伸网 | 用于需要透气及可见性开口部分的EMI屏蔽用精密拉伸网 |
| 屏蔽蜂窝网 | 用于要求高透气性能的开口部的蜂窝状EMI屏蔽产品 |
| 导电胶带 | 内侧涂有导电性感压胶水的金属箔（铜或铝）胶带 |
| 导电塑料 | 通过将镀镍石墨纤维分散到PC-ABS中来赋予导电性能的导电塑料 |
| 电波吸收体 | 用于吸收电磁噪声的EMI对策构件。有原理不同的“抑制型电波吸收体”和“共振型电波吸收体”。 |
| 坡莫合金胶带 | 将镍合金等磁性体制成箔状的磁场屏蔽产品 |
| 屏蔽罐 | EMI屏蔽用精密钣金部件 |
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EMI屏蔽有很多种类，必须根据使用环境选择材料，并提前验证EMI屏蔽效果。太阳金网株式会社经营垫片、导电性橡胶、海绵垫片和屏蔽弹簧片等各种EMI屏蔽产品。
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