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電磁界解析を外部に頼むとき——放射ノイズの解析で渡すものと、実測と食い違う理由

調達購買ノウハウ

投稿日：2026年11月9日

電磁界解析を外部に頼むとき——放射ノイズの解析で渡すものと、実測と食い違う理由

この記事のポイント（結論先出し）

電磁界解析（電磁界シミュレーション）は、放射ノイズがどこから出ているか、対策案のどれが効きそうかを、試作の前に比べるための道具である。基板の厚さを変えた比較では、1 GHz で 26 dB の差が計算で示された例がある^[2]。一方で、結果は渡したモデルと材料の数値、ノイズ源の置き方で決まり、コネクタの締め付けのような小さな接触の状態でも放射は変わる^[5]。しかも実測のほうも、電源線にだけノイズを流した実験で、同じ暗室でも電源の違いだけで最大 12 dB ほど値が変わった報告がある^[3]。だから解析を頼むときは、何を比べて何を決めたいかを先に書き、渡すモデルの範囲と材料の数値を揃え、実測で確かめる段取りまで一緒に決めておく。

解析で何を決めたいのかを、先に一文で書く

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電磁界解析を頼むとき、最初に決めるべきなのは解析の手法ではなく、解析の結果で何を決めるかである。放射ノイズの相談でよくある目的は次の三つに分かれる。

ノイズがどの部分から出ているかの見当をつけたい（基板の配線か、ケーブルか、筐体のすき間か）
対策案をいくつか比べて、試作する案を絞りたい（層構成、配線の引き回し、シールドの付け方）
新しい設計が、今の設計よりノイズの面で悪くならないかを確かめたい

この三つはどれも、同じ条件の中で比べる使い方である。神奈川県産業技術センターの土屋明久氏の報告は、その典型例になる。厚さの違う基板の上に同じ特性インピーダンスの線路（マイクロストリップ線路）を作った場合の不要輻射を電磁界解析で比べ、基板厚 0.05 mm の線路の放射電界強度は、基板厚 1.6 mm に比べて 1 GHz で 26 dB、6 GHz で 16 dB 弱くなった^[2]。そして報告の最後に、今後は実際に測定を行って解析結果を検証する予定である、と書いている^[2]。解析は「比べて方向を決める」段階で力を発揮し、絶対値は実測で確かめる、という順序がよく分かる。

出どころの見当をつける方法は解析だけではない。基板の近くで磁界の分布を測り、そこから基板の中の電流の分布を推定する研究もある。ただし、測った分布から源を推定するのは本質的に逆問題で、条件を与えないと一意で物理的に意味のある答えを得るのは難しく、測った分布には測定系に由来するノイズも含まれる、と論文自身が書いている^[7]。測るにしても解くにしても、どこまでの精度で何を決めるかを先に置くことに変わりはない。

逆に、「解析だけで規格に合格するかを判定したい」という目的は、後で述べるように実測側のばらつきもあって難しい。合否の判定は試験で行い、解析はそこに至るまでの案の絞り込みに使う、と役割を分けておくと、見積や納期の話も噛み合いやすい。

解析の手法は、解析先が対象に合わせて選ぶ

電磁界解析には、有限要素法、モーメント法、境界要素法、FDTD 法（時間領域差分法）などの方法がある^[1]。三重県の研究報告は、このうち FDTD 法を次のように説明している。電磁界を表す方程式を時間と空間で細かく区切って差分化し、直接解いて電界と磁界を求める方法で、任意の形状を扱え、定常状態だけでなく過渡的な状態も解析できる^[1]。

同じ報告は、この方法の制約も書いている。解析する空間は有限なので、空間の端には反射が起きないようにする吸収境界という条件を置いて、有限の空間を自由空間として扱う。また、大きな空間を解析するには計算機のメモリと速度が要るので、あまり大きな空間を解析するのは難しい^[1]。報告では、作成した解析プログラムをダイポールアンテナに当てはめ、理論値とよく一致することで妥当性を確かめている^[1]。

実際の基板の解析では、こうした設定が具体的な数値で決められる。電気学会論文誌の中山健一氏らの論文では、基板の部分を 1 mm（厚さ方向は 0.4 mm）、まわりの空間を 5 mm の格子で区切り、1,200 mm 角の領域を解析している。吸収境界には 5 層の PML を使い、ガラスエポキシ基板の比誘電率を 4.2、誘電正接を 0.02 として計算した^[6]。格子の大きさや領域の取り方は、解析先が対象の大きさと周波数から決めるものだが、報告書にはこれらの値を必ず書いてもらう。

依頼する側がこの細部を決める必要はない。ただし、解析する範囲が広いほど、計算の負担が増え、形を簡略化する必要が出てくることは知っておきたい。装置全体を丸ごと解析したいのか、問題の基板と近くのケーブルだけでよいのかで、見積も結果の細かさも変わる。熱や応力と一緒に解く必要がある場合の考え方はマルチフィジックス解析で扱っている。

依頼する前に揃えるもの——形、材料の数値、ノイズ源、見る場所

解析の結果は、渡したデータの範囲でしか正しくならない。上の神奈川県の報告で、解析の条件として決められていたものを並べると、何を揃える必要があるかが見えてくる^[2]。

決めたこと	報告での値	依頼するときに相当するもの
基板の厚さ	1.6 mm から 0.05 mm まで変化	層構成と各層の厚さ
誘電率・誘電正接	2.55・0.0022	基板材料の数値（どの周波数での値か）
導体	銅、厚さ 0.018 mm	銅箔の厚さ、めっきの有無
線路と終端	特性インピーダンス 50 Ω、片側 1 mW を給電、他端を 50 Ω で終端	ノイズ源の位置と強さ、つながる部品のインピーダンス
見る場所	3 m 遠方の放射電界、線路近くの電界分布	規格の測定距離、近傍の分布も見たいか
周囲の条件	床面からの反射はないものとして計算	試験場の床（金属面）を入れるかどうか

表の最後の行は見落とされやすい。この報告では床面からの反射を入れずに計算している^[2]が、放射ノイズの試験では、この資料の時点では、金属のグラウンドプレーンを持つ測定場が標準とされ、測定距離は 3 m・10 m・30 m の 3 種類が規定されていた^[4]。解析結果を試験の値と比べたいなら、床の扱いと距離を試験に合わせるかどうかを、依頼の段階で決めておく必要がある。

周波数の範囲も、目的から決める。大阪産業技術研究所の技術シートは、EMI の測定規格ではおおむね 30 MHz 以下を電源線や信号線を伝わる伝導 EMI として、30 MHz 以上を空間を伝わる放射 EMI として測るよう定めていると説明している^[4]。困っているのがどちらの帯域かで、解析で見るべき対象（線路を伝わる成分か、空間に出る成分か）が変わる。試験の規格とクラスの確かめ方はEMC 試験の指定で扱っている。

小さなつなぎ目が、結果を左右する

解析のモデルを作るとき、計算の負担を減らすために細かい形は省かれることが多い。ところが放射ノイズでは、その細かい部分が効いてくることがある。電気学会論文誌の松田和樹氏らの論文は、電子機器の接続部のコネクタが規定のトルクで締め付けられていないと、GHz 帯の放射電磁雑音が増えることを扱っている^[5]。論文は、緩んだコネクタの接触部では、規定トルクで締めた場合に比べてインダクタンスだけが増える場合と、インダクタンスと抵抗の両方が増える場合があることを明らかにし、その増加分と放射の主要因であるコモンモード電流との関係を調べている^[5]。

同じ論文は、規格の改正によって規制対象となる放射電磁雑音の周波数の上限が 1 GHz から 6 GHz まで広がったことも紹介している^[5]。周波数が上がるほど、こうした接触の状態や小さなすき間が無視できなくなる。解析を頼むときは、次の点を伝えておくとよい。

筐体の部品どうしがどこで、どう接しているか（ねじ止めの間隔、塗装の有無、ガスケット）
ケーブルの種類、長さ、引き回し、シールドの処理とその接続先
コネクタの種類と、組立での締め付けの管理

これらをすべてモデルに入れるのは現実的でないことも多い。その場合は、何を省いたかを報告書に明記してもらい、省いた部分が効いていないかを実測で確かめる。対策の考え方そのものは放射ノイズの対策、車載機器の場合は自動車の EMC 対策の考え方で扱っている。

実測で確かめる理由——実測の側もばらつく

解析と実測が合わないとき、解析の側だけを疑いがちである。しかし実測の側にもばらつきがある。岐阜県産業技術総合センターの浅井博次氏らの報告は、放射妨害波の測定結果がテストサイトの間でばらつく要因の一つとして、電源線から出るノイズが電源供給網のインピーダンスの違いで変わることを取り上げている。規格には電源インピーダンスの要件が定められていないことも、ばらつきの原因になると書いている^[3]。

報告では、ノイズを出さない白熱電球をダミーの負荷にし、結合・減結合回路（CDN）を通して電源線にだけノイズを流したうえで、センターの 3 m 暗室 1 か所で、安定化電源とノイズフィルタを通した商用電源の 2 つの電源で、電源線に何も入れない場合、CMAD を入れた場合、VHF-LISN を入れた場合の放射を比べた。2 つの電源の間の差は次のとおりだった^[3]。

電源線に入れたもの	最大差分（水平偏波）	最大差分（垂直偏波）	標準偏差（水平・垂直）
何も入れない	12.01 dB	12.81 dB	2.41 dB・2.82 dB
CMAD	6.47 dB	4.09 dB	0.76 dB・0.64 dB
VHF-LISN	3.02 dB	5.45 dB	0.73 dB・0.82 dB

報告は、電源ラインに VHF-LISN を入れて放射妨害波を測ることが望ましいと結論している^[3]。これは電源線から出るノイズに条件を絞った 1 か所の暗室での比較だが、同じ物・同じ暗室でも、電源の条件だけで 10 dB を超えて値が変わりうることを示している。試験場どうしを比べた結果ではない点には注意したい。解析と実測を比べるときは、同じ試験場、同じ配置、同じ電源条件で測った値どうしで、対策前後の差を見るのが確実である。

解析と実測の関係を具体的に示した例がある。上の中山氏らの論文は、電源層にスリット（切れ込み）のある基板とない基板について、電波暗室の 3 m の距離で測った放射と、FDTD 法による解析を比べた。測定と解析では電源電圧と観測点の距離が違うため、放射電界強度の絶対値には約 30 dB の差があった。一方、スリットを入れたことによる変化は、測定で 1 次モードの水平偏波が 16 dB 低下し（3 次モードは逆に 10.5 dB 上昇した）、解析でも対応する成分が約 15.4 dB 低下して、ほぼ一致した。放射が強くなる周波数も、測定と解析でよく一致した^[6]。ただし、解析では山の出ないはずの 3 次モードに相当する周波数で、測定では山が見られ、論文は基板の設置の傾きで値が上がった可能性を挙げている^[6]。差は合い、絶対値や細部は合わないことがある、という読み方の手本になる。

試験そのものも、手順で値が変わる。大阪産業技術研究所の技術シートによれば、放射 EMI の測定では水平と垂直の両方の偏波について、アンテナの高さと供試機器の向きを変えながら、受信レベルが最大になる状態を探して測る^[4]。解析で「この方向に強く出る」と分かっていれば、試験の段取りにも役立つ。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

区分	中身	注意すること
渡すもの	解析の目的（何と何を比べ、何を決めるか）	合否判定ではなく比較に使うのか、を明記する
渡すもの	基板の設計データ、筐体の 3D データ	秘密保持の取り決めを先に結ぶ。解析に要らない部分は外してよいか相談する
渡すもの	材料の数値（誘電率、誘電正接、導体の厚さ）	分からない値は「分からない」と伝え、仮定の値を報告書に書いてもらう
渡すもの	ノイズ源の情報（クロック周波数、信号の立ち上がり、困っている周波数）	実測のスペクトルがあれば一緒に渡す
渡すもの	ケーブル・コネクタ・筐体の接続の状態	写真があると早い
受け取るもの	解析条件の一覧（範囲、省いた形、材料の値、境界の条件）	床の反射を入れたか、測定距離をいくつにしたか
受け取るもの	比較の結果と、電流や電界の分布図	どの案がどれだけ違うかを、同じ条件の差で示してもらう
受け取るもの	解析のモデルファイル（受け取れる場合）	次の設計変更で再利用できるか、権利の扱いを見積の前に決める

依頼先を比べるときは、解析ソフトの名前より、上の条件の一覧をどこまで書いてくれるか、実測との突き合わせまで手伝ってくれるかを見る。解析の会社と試験場が別の会社でもよいが、その場合は試験の配置と電源条件を解析の側にも伝え、比べられる形にしておく。

解析と試験のどちらから始めるか決めかねるときは → ノイズの課題を相談する

よくある質問

解析で問題がなければ、試験を省いてもよいですか

省かないほうがよい。解析は渡したモデルの範囲で正しく、省いた接続や小さなすき間が効く場合がある^[5]。また、法的規制や業界団体の自主規制の対象になる EMI は、規格の手順で測った値で判断される^[4]。解析は、試験に出す案を絞るために使う。

解析と実測が 5 dB ずれました。解析が間違っているのでしょうか

すぐにはそう言えない。実測の側も、電源の条件だけで最大差分が 12 dB を超えた例がある^[3]。絶対値に約 30 dB の差があっても、対策前後の変化量はほぼ一致した例もある^[6]。まず、同じ試験場で対策前後を測った差と、解析での対策前後の差を比べる。差の向きと大きさが合っていれば、解析は比較の道具として使える。

装置全体を一度に解析してもらえますか

できる場合もあるが、解析する空間が大きいほどメモリと計算時間が要り^[1]、形の簡略化も大きくなる。まず問題の基板と、つながるケーブル・筐体の一部に絞り、必要なら範囲を広げる段取りのほうが、費用と結果のバランスを取りやすい。

まとめ

電磁界解析は、放射ノイズの出どころの見当をつけ、対策案を試作前に比べるための道具である。依頼する前に、何を比べて何を決めたいかを一文で書き、形・材料の数値・ノイズ源・見る場所を揃える。コネクタやすき間のような小さな接続でも放射は変わるので、何を省いたかを報告書に残してもらう。実測の側も電源の条件だけで 10 dB を超えて変わった報告があるので、同じ試験場・同じ条件での差で、解析と実測を突き合わせる。

熱の解析を頼む場合の考え方は伝熱解析で部品の温度を予測する、流れの解析はCFD 解析を外部に頼むときで扱っている。

出典・参考資料

FDTD（Finite Difference Time Domain）法による電磁界解析（第1報）（谷澤之彦・田畑康晴・林一哉・小磯賢智／三重県研究報告／発行年は資料に記載なし）
プリント基板の厚みによる不要輻射への影響（土屋明久／神奈川県産業技術センター研究報告 No.21／2015 年）
放射妨害波測定における電源インピーダンスの影響（浅井博次・山田俊郎・西嶋隆／岐阜県産業技術総合センター研究報告第3号）
電磁波測定設備によるＥＭＩ測定（大阪産業技術研究所技術シート No.01024／2002 年 2 月）
コネクタの緩みによる放射電磁雑音増大のメカニズムに関する一検討（松田和樹・林優一・水木敬明・曽根秀昭／電気学会論文誌 A 132 巻 5 号／2012 年）
プリント基板におけるスリット構造の不要放射特性（中山健一・鹿子嶋憲一・武田茂樹／電気学会論文誌 A 132 巻 6 号／2012 年）
プリント基板に搭載されたMPUの放射磁界源推定（土井達也・増田則夫／電気学会論文誌 A 120 巻 10 号／2000 年）

ノイズの出どころが分からない、解析と試験のどちらから始めるか決めたい、という段階からご相談ください

newji の「技術課題の解決」は、困っている周波数や製品の構成、これまでの試験の結果を伺って、何を比べて何を決めるかを一緒に整理するところから始めます。電磁界解析や電波暗室での測定のように設備やソフトの要る作業は、受けてくれる専門の会社を探して組み、段取りと進行は newji が持ちます。解析や測定を newji 自身が行うものではありません。ご相談と専門の会社への打診、見積の提示までは無料です。解析や測定の前に、費用を書面でお示しし、ご了承いただいた後に発生します。結果や効果を前もってお約束するものではありません。

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