ケーブルシールドの種類: フォイル、編組、スパイラルなど

ケーブルシールドは、ケーブルの周囲に巻き付けられた導電層です。 ケーブル の内部導体が電磁干渉 (EMI) と無線周波数干渉 (RFI) をブロックします。 ケーブル シールドの 4 つの主なタイプは、フォイル シールド、編組シールド、スパイラル (サーブ) シールド、および組み合わせシールドです。 — それぞれが異なる環境、周波数、柔軟性の要件に適しています。間違ったタイプを選択すると、信号の劣化、データ エラー、または完全なシステム障害が発生する可能性があるため、産業用、オーディオ、またはデータ アプリケーション用のケーブルを指定する前に、違いを理解することが重要です。

ホイルシールド

フォイルシールドは、ポリエステルフィルムに接着されたアルミニウムまたは銅の薄い層で構成されています。それは提供します 100% カバー これは、高周波 EMI (通常は 100 kHz 以上) に対する最も効果的なバリアの 1 つになります。

仕組み

金属箔はファラデーケージとして機能し、入ってくる電磁場を反射および吸収します。ドレイン ワイヤはフォイルの内側に沿って延びており、連続した接地経路を提供します。これは不可欠であり、接地せずにフォイルのみで最小限の保護を提供します。

代表的な用途

• Cat5eおよびCat6ツイストペアネットワークケーブル（F/UTP構造）
• スタジオ環境のオーディオおよび計装ケーブル
• 蛍光灯や可変周波数ドライブの近くを通るデータ ケーブル

制限事項

フォイルシールドは壊れやすいです。繰り返し曲げると、フォイルに亀裂が入り、導通が失われます。一般的に評価されているのは、 静的または低フレックスのインストールのみ 。一般的なフォイルの厚さは 0.025 mm ～ 0.05 mm であり、機械的応力によってすぐにカバレッジに隙間が生じるほど十分に薄いです。

編組シールド

編組シールドは、裸銅線または錫メッキ銅線の細いより線からケーブル コアの周囲にかみ合うメッシュ パターンで編まれています。フォイルとは異なり、100% の被覆率を提供するわけではありません。典型的な編組被覆率の範囲は次のとおりです。 85% ～ 98% — しかし、機械的強度と低周波性能では優れています。

周波数別のシールド効果

編組シールドは 10 MHz 未満の周波数で最高のパフォーマンスを発揮します。その範囲を超えると、編組の開口部により高周波信号が通過できるようになります。 50/60 Hz の電力線干渉などの低周波ノイズの場合、カバー率 90% の編組は優れた減衰を実現します。多くの場合、これらの周波数では 60 dB を超えます。

代表的な用途

• RF およびビデオ伝送用の同軸ケーブル (RG-58、RG-6)
• 連続的な屈曲にさらされる産業用制御ケーブル
• USB、HDMI、その他のハイサイクルコネクタケーブル
• 機械的耐久性が重要な軍事および航空宇宙用配線

主な利点: フレックス寿命

連続フレックス用途 (ロボット アームやケーブル ドラッグ チェーンなど) の編組ケーブルは、次のことを達成できます。 数百万のフレックスサイクル 数百回使用すると亀裂が入る可能性があるフォイルシールドと比較して、故障する前に。これにより、ケーブルが連続的に移動する場合には、編組が標準的な選択肢となります。

スパイラル（サーブ）シールド

スパイラル シールド (サーブ シールドまたはヘリカル シールドとも呼ばれます) は、ワイヤのより線をメッシュに織り込むのではなく、ケーブル コアの周囲にしっかりとしたらせん状に巻き付けます。その結果、編組と同様の被覆率を備えた柔軟性の高いシールドが得られます ( 95～98% ) ですが、機械的および電気的特性が異なります。

柔軟性と安定性のトレードオフ

スパイラル シールドは、すべてのシールド タイプの中で最も柔軟性があり、ハンドヘルド マイク ケーブル、ヘッドフォン ケーブル、その他のハンドフレックス アプリケーションに最適です。ただし、ケーブルを伸ばすとらせんが開き、カバレージが減少し、インピーダンスが増加します。 スパイラル シールドは、ケーブルが引っ張られる用途では決して使用しないでください。 .

代表的な用途

• プロフェッショナルオーディオケーブル (XLR マイクリード、楽器ケーブル)
• コイルの巻き取りと巻き戻しを繰り返す必要がある医療機器ケーブル
• ハンドヘルドツールケーブルおよびポータブル機器のリード線

組み合わせシールド

組み合わせシールドは、2 つ以上のシールド タイプを積み重ねて、個々の方法の制限に対処します。最も一般的な組み合わせは、 ホイルブレード 、ただし、フォイルスパイラル構造や二重編組構造も存在します。

ホイルブレード: 業界の主力製品

この構造では、フォイル層が高周波ノイズを 100% カバーし、外側の編組が構造の完全性と低周波の減衰を実現します。この組み合わせは、次のような高性能データ ケーブルで一般的です。 Cat7 (S/FTP) 、個々のペアはホイルシールドされており、ケーブル全体には編組の外側シールドがあります。この構成での一般的なシールド効果は、 90dB 広い周波数範囲にわたって。

ダブルブレイド

多くの場合逆方向に巻かれる 2 つの編組層は、最大限の低周波シールドと機械的保護の両方が必要な要求の厳しい RF 同軸ケーブル (RG-11 や特定のプレナム定格同軸など) で使用されます。また、対向する撚り角により、時間の経過による伝送インピーダンスの劣化に対するケーブルの耐性も向上します。

代表的な用途

• 電気ノイズの多い産業環境における高速データ ネットワーク
• 広帯域シールドと耐屈曲性の両方が必要なブロードキャストおよび RF ケーブル配線
• 航空宇宙、防衛、医療計装ケーブル

ケーブルシールドタイプの比較

以下の表は、選択に役立つ各シールド タイプの主な特性をまとめたものです。

シールドのカバレッジ評価の説明

シールド範囲はシールド効果と同じではありません。カバレッジは幾何学的測定値であり、下にある導体表面の何パーセントがシールド材料によって包まれているかを表します。有効性 (dB 単位で測定) は、シールドが実際に干渉信号をどの程度減衰させるかを表します。

カバー率 100% のフォイル シールドは、薄膜の抵抗が高いため、低周波数での減衰が 40 ～ 50 dB しかない可能性があります。銅編組の伝達インピーダンスが低いため、カバレージ 90% の編組シールドは同じ周波数で 60 dB 以上に達する可能性があります。 ケーブルを比較するときは、シールド効果の数値と被覆率を常に評価してください。 .

グラウンディング: 最も見落とされがちな要素

無シールドタイプは適切に接地しないと正しく機能しません。接地されていないシールドは、信号導体に干渉を結合するアンテナとして機能するため、実際には EMI 性能を悪化させる可能性があります。正しい接地方法はアプリケーションによって異なります。

• 片端接地 (ソース側のみ): グランド ループを防ぐためにオーディオおよびアナログ信号ケーブルに推奨します。バランスの取れた XLR 設置で一般的です。
• 両端接地 : RF 周波数で低インピーダンスのリターン パスを提供するために、高周波データ ケーブル (イーサネット、同軸) に必要です。 Cat6A および Cat7 ケーブルは、定格シールド性能を満たすために両端の接地が必要です。
• 多点接地 : 産業用の長距離配線で、ケーブル長に沿って差動接地電位が蓄積するのを防ぐために使用されます。

産業用イーサネット設置に関する 2019 年の調査では、 EMI関連の障害の40%以上は、不適切なシールド接地が原因であった 不適切なシールド タイプではなく、正しい終端処理が行われなければ、机上の最良のケーブル仕様は失敗するということを裏付けています。

適切なケーブルシールドのタイプを選択する方法

次の決定ポイントを使用して、特定の設置に適切なシールドを絞り込みます。

1. 干渉周波数を特定します。 100 kHz を超える高周波 EMI には、フォイルまたは組み合わせシールドが必要です。モーターや電力線からの低周波磁気干渉には、編組シールドが必要です。
2. フレックス要件を評価します。 静的固定ランはフォイルを許容します。連続的なマシンフレックスには編組が必要です。人間の手によるフレックス (オーディオ、医療) はスパイラルで最も効果的です。
3. コネクタの互換性を確認します。 編組シールドは標準のバックシェルとクランプで簡単に終端できます。フォイルにはドレイン ワイヤ終端が必要です。コネクタがドレイン ワイヤに対応していない場合は、シールド タイプを再検討してください。
4. 適用される標準を確認します。 一部の業界では、シールド要件が義務付けられています。たとえば、IEC 61000-4 EMC 規格と軍用同軸の MIL-DTL-17 は、オプションを制限する最小シールド性能レベルを指定しています。
5. 総設置コストを考慮します: 組み合わせシールド ケーブルのコストは、単一シールドの同等品より 30 ～ 60% 高くなります。良性の環境の場合、その割増額は正当化されません。本当に厳しい EMI 条件のために保留しておきます。