マイクロ波通信モジュールにおけるEMI低減のためのシールド技術

電子通信モジュールが高周波化・小型化へと移行するに伴い、電磁干渉（EMI）は、システムの性能を脅かす重大な課題となっています。5Gミリ波（mmWave）システム、航空宇宙用アビオニクス、およびハイテクレーダーにおける不要なEMIは、信号の完全性に悪影響を及ぼし、クロストークを引き起こすだけでなく、最終的にはシステム全体の故障を招く可能性があります。したがって、規制遵守および正常な動作を確保するためには、シールド対策が不可欠です。Linkworld社は20年以上の RF 実績を有しており、現代におけるシールド対策は多層構造であることを熟知しています。本ガイドでは、マイクロ波通信モジュールにおけるEMI低減のための4つの基本戦略について解説します。

高度なコネクタシールドおよびフィルタ付きインターフェース

コネクタインターフェースは、電磁エネルギーの非常に重要な入力ポートです。360度完全なグランド接触の連続性を確保する構造により、不要なアンテナとして機能する可能性のある部分を完全にシールドした設計が実現されます。I-PEX MHF® 7SシリーズはZenShield®アーキテクチャを採用しており、受容側のグランドコンタクト上にストリップライン上の信号ピンを終端させること、および電磁界を閉じ込めることが可能な制御された中空構造の5G mmWaveインピーダンス環境を構築することにより、15 GHzまでの周波数帯域における5G mmWave機器のEMIを低減します。さらに、フィルタ付きRFコネクタには内蔵型EMI抑制機能が組み込まれています。アンフェノール社のBNCフィルタ付きコネクタでは、シールドとマウントパネルの間に応力分離型チップコンデンサを装着することでEMIをグランドに逃がし、信号の損失を抑えながら所望の信号を確実に伝送します。リンクワールド社は、自社の製品ポートフォリオにおいて、特定のEMI課題に対応したカスタマイズ可能なバリエーションを提供しています。

モジュールレベルのシールド向けギャップウェーブガイド・パッケージング

従来のシールド技術では、空洞モードおよび平行平板モードによる回路間結合が生じる場合があります。ギャップウェーブガイド技術は、こうした課題に対する革新的な解決策です。この技術では、釘ベッド（beds of nails）またはピン蓋（lids of pins）といった周期構造を用いて、すべてのアセンブリ（大型化されたものも含む）における全平行平板モードに対して、グローバルにカットオフ条件を適用します。この構造は、これらのストップバンド内において不要な空洞モード、基板モードおよびEMIフィードバックを抑制するために用いられ、それらが性能劣化を引き起こすのを防ぎます。ギャップウェーブガイドパッケージングに関する研究によると、マイクロストリップ回路素子の高周波モジュール内における分離度（アイソレーション）を向上させるために、ギャップウェーブガイドパッケージを適用することが可能です。周期構造はモジュールハウジングまたはカバーに直接構築されるため、複雑な内部微調整を必要とせず、スペースが極めて限られたアプリケーションにおいて、はるかに優れた電磁両立性（EMC）を実現します。Linkworld社のエンジニアリングチームは、こうした先進的なパッケージング技術を活用し、最適なシールド性能を提供しています。

基板レベルのシールドおよび吸収材

基板レベルでは、電磁波吸収材と組み合わされた導電性シールドが、PCBレベルにおけるEMI抑制に非常に効果的です。基板レベルのシールドは、放射を遮断するための導電性バリアとして機能し、不要な電磁エネルギーは吸収材によって熱に変換されます。新しいソリューションでは、周波数帯域に応じて複数の技術が統合されており、反射のないバリアは導電性ガスケットおよび予め成形されたシールドで構成され、本来であれば他の場所で反射してしまうエネルギーを、金属とポリマーのハイブリッド吸収材が吸収します。この二重戦略は、特に厚手の基板において有効です。シールドの減衰量は、主に使用される材料に大きく依存しており、軽量銀／ポリアミドメッシュでは50 dB～70 dB、銅／ニッケル／ポリエステル複合材では70 dB～100 dBの減衰が得られ、特殊な銅／ポリエステル材ではさらに高い性能が実現されます。従来の手法では必要なマージンを確保できない場合でも、吸収材強化型シールドにより、マイクロウェーブモジュールにおいて必要なマージンを確保できます。これらの新世代高技術材料は、Linkworld社によりEMI感受性アプリケーション向けのカスタムアセンブリに適用されています。

周波数選択性表面によるターゲット型干渉制御

周波数選択表面（FSS）は、特定の周波数帯域による干渉が発生した場合に採用されることがあり、望ましい周波数帯を通過させ、不要な周波数帯を遮断することができる。このような周期構造は、空間フィルターとも呼ばれ、特定の周波数におけるエネルギーをフィルタリングする。最近の研究により、FSS構造が航空機用無線高度計（4.2–4.4 GHz）の5Gサブ6 GHz帯（3.7–3.98 GHz）干渉に対する耐性というような、甚大なEMI課題を解決する「万能薬」であることが明らかになった。本提案では、4.3 GHzで狭帯域通過帯域（挿入損失0.5 dB）を形成し、干渉周波数帯で遮断帯域を形成するデュアルバンドFSSユニットセルを用いるという提言を活用している。このような構造はアンテナ直下に配置可能であり、既存機器への変更を一切必要としない。混雑したスペクトラム環境で運用されるモジュールのラドーム、ハウジング、またはグラウンドプレーンには、所望の信号周波数を考慮した広帯域減衰を伴わない周波数選択的保護を提供するためにFSSが装着される。Linkworld社は、特定のEMI課題に対してFSSソリューションを評価している。

EMIを低減するためには、すべての潜在的な干渉経路に対処する多層的な手法のみが有効です。信号整合性の維持には、フィルタリング機能を備えた高精度コネクタ、導波管構造のギャップパッケージング、吸収材を用いた基板レベルシールド、周波数選択性表面（FSS）などが関係します。周波数帯域の拡大および実装密度の増加に伴い、包括的なシールド計画の重要性はさらに高まっています。Linkworld社は、RFおよびEMI対策分野で20年以上の実績を有し、部品・カスタムアセンブリの提供に加え、顧客向けのエンジニアリング支援を通じて、過酷な応用環境においても高い信頼性が求められる場面でのソリューションを提供しています。マイクロウェーブモジュールのシールドに関するご要望について、ぜひお気軽にお問い合わせください。