電磁シールド

電磁シールドとは

電磁シールドは、導体で構成された障壁を使って電磁場を遮断する技術です。このシールドは、電磁波の影響を軽減するためにさまざまな形で使用されます。具体的な使用例としては、電子機器の外部からの干渉を防ぐために設ける囲いや、ケーブルに施すシールドが挙げられます。

電磁シールドによって、RF遮蔽が行われることもありますが、静電場を遮るためにはファラデー・ケージのような特別な構造が必要です。電磁シールドは外部から来る不必要な電波や静電場の影響を減少させることができますが、静磁場や低周波の磁場には効果が薄い点には注意が必要です。

材質

電磁シールドには、板金、金属網、発泡金属、プラズマ（イオン化気体）などが代表的な素材として利用されます。シールドのメッシュ部分は、侵入を防ぎたい電磁波の波長よりも小さな穴であることが求められます。そうしないと、電磁波は簡単にその隙間を通過してしまいます。また、電子機器のプラスチックケースの内側に金属インクを使ってシールドを施す技術も一般的です。金属インクは銅やニッケルの微細粒子を含んでおり、ケースの表面に噴霧されて金属の連続した導電層を形成します。

応用例

一例として、シールド・ケーブルがあります。このケーブル内には、芯線を取り囲むようにワイヤメッシュが配置されており、外部からの電磁波を遮断しつつ、内部の信号漏れを防ぎます。ケーブルによっては、二重にシールドが施されているものもあり、電磁場と静電場の両方を遮蔽します。また、電子レンジのドアには金属のファラデー・ケージが組み込まれており、マイクロ波は通さず、可視光は容易に通過できます。さらにRF遮蔽は、生体認証を用いたパスポートや特定のデバイス内に搭載されたRFIDチップへのアクセスを制限するために使用されていることもあります。

RF 遮蔽の仕組み

電磁波は、電場と磁場の組み合わせから成り立っています。電場が導体に加わると、即座に電流が流れ、荷電粒子が移動して内部で電場を打ち消します。変化する磁場も同じように、電流の渦を生じ、内部の磁場を抑えます。理想的には、外部の磁場は内部に到達せず、反射することになりますが、実際には導体の電気抵抗により完全には打ち消されず、低周波数の磁場に対しては強磁性現象が起こることもあります。そのため、完全な遮断は難しいのが現実です。一方、高周波数の電磁波については、エネルギーが導体の表面で吸収されます。この現象を表皮効果と呼び、電磁波が深く浸透できる深さは表皮深さとして知られています。

磁気シールドの仕組み

外部の磁場からの隔離が必要な場合、物理実験や特定の医療機器においては、静電シールドとは異なるアプローチが求められます。外部の磁場を遮断することは容易ではなく、高い透磁率を持つ鋼やミューメタルといった素材が利用されることがあります。しかし、医療機器の磁気シールド能力は限界があり、別の磁石を使用して能動的に遮蔽する方法も取られることがあります。また、超伝導体のマイスナー効果により、臨界磁場内で磁場を追い出す技術も利用されています。

結論

電磁シールドは、電子機器を外部の干渉から守るために必須の技術です。その原理や応用について理解することで、さまざまな産業や日常生活に役立てることができます。

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