IoT機器の普及が進む中で、無線通信の安定性を確保することが大きな課題となっています。Wi-Fi、Bluetooth、5Gといった無線技術の活用が一般的になった一方で、EMC（電磁両立性）対策を適切に行わなければ、ノイズの影響で通信品質が劣化し、機器の動作が不安定になるリスクが高まります。
本記事では、IoT機器におけるEMC対策の重要性や、具体的なノイズ対策手法について詳しく解説します。
IoT機器におけるEMC対策の重要性
無線通信の安定性を確保するためにはEMC対策が不可欠です。本章では、IoT機器におけるEMC対策の必要性と、その基準について解説します。
IoT機器の通信環境とノイズ問題
IoT機器は多くの場合、Wi-FiやBluetooth、5Gといった無線通信を利用するため、周囲の電磁環境の影響を大きく受けます。特に、ノイズ干渉が発生すると、通信の安定性が低下する可能性があります。
Wi-Fi通信では、2.4GHz帯や5GHz帯が多くの電子機器で利用されているため、他のデバイスとの干渉が頻繁に発生します。特に、電子レンジなどの家電製品や他のWi-Fiルーターの影響で通信速度が低下したり、パケットロスが増加したりすることがあります。Bluetooth通信も同じ2.4GHz帯を使用するため、ワイヤレスマウスやキーボードといった周辺機器との干渉が問題となるケースがあります。
5G通信は高周波数帯を利用するため、電波の減衰が大きく、通信範囲の短縮や反射の影響を受けやすい特徴があります。また、周囲の建物や金属製の筐体が信号を遮ることで、通信の安定性が損なわれることもあります。
これらの影響を最小限に抑えるためには、EMC対策を考慮した設計が求められます。
EMC試験に求められる適合基準
IoT機器は、国際的なEMC規格（FCC、CE、VCCI など）に適合する必要があります。これらの試験では、放射ノイズや伝導ノイズのレベルが評価されるため、開発初期からEMC対策を考慮することが重要です。
たとえば、FCC（米国）の基準では、電子機器が発生する電磁ノイズが他の機器に干渉しないように、放射エミッションや伝導エミッションの測定が行われます。CE（欧州）の基準では、耐ノイズ試験も含め、外部ノイズへの耐性が求められます。VCCI（日本）では、特にIT機器や電子機器のノイズ制御が重視され、適切なEMC設計が求められます。
これらの基準に適合するためには、ノイズ対策を施した回路設計や適切な部品選定が不可欠です。
無線通信における主なノイズ源と対策
IoT機器が使用する無線通信技術は、周囲の電磁環境の影響を受けやすく、適切な対策を施さなければ通信障害が発生する可能性があります。本章では、無線通信に影響を与える主なノイズ源と、それに対する対策方法について詳しく解説します。
Wi-FiやBluetoothに影響を与えるノイズ
IoT機器が使用する2.4GHz帯や5GHz帯は、多くの電子機器で利用されるため、ノイズ干渉の影響を受けやすくなります。これを防ぐための対策として、いくつかの方法が有効です。
まず、アンテナの設計を最適化することが重要です。適切なアンテナ配置や指向性の調整を行うことで、不要なノイズの影響を抑えながら通信の安定性を確保できます。また、Bluetoothでは周波数ホッピング技術を活用し、同じ周波数帯を使う他のデバイスとの干渉を回避することが可能です。
さらに、ノイズフィルタを導入することで、パワーラインや信号ラインに混入する高周波ノイズを抑制することができます。フェライトコアやローパスフィルタを適切に使用することで、ノイズによる影響を最小限に抑えることができます。
5G通信時のEMC対策
5G通信では、高周波信号の利用が増えるため、電波障害や自己干渉の問題が発生します。これを防ぐためには、いくつかの対策が必要です。
シールド材を活用することで、高周波ノイズを遮断し、外部環境の影響を受けにくくすることができます。また、スペクトラム拡散技術を採用することで、信号の周波数を分散し、ノイズの影響を軽減することが可能です。
基板設計では、適切なグラウンディングを行い、ノイズの伝播を抑えることが求められます。グラウンドプレーンを適切に配置し、不要なループを避けることで、ノイズの発生を抑制できます。
EMC対策を考慮したIoT機器の設計手法
IoT機器のEMC対策として、PCB（プリント基板）設計におけるグラウンド処理は非常に重要です。適切なリターンパスを確保し、グラウンドプレーンを活用することで、電磁ノイズを低減し、通信品質を向上させることができます。さらに、ビアの適正配置により、グラウンド層の導電性を高め、EMC特性を向上させることが可能です。
また、信号ラインのフィルタリングや電源ラインの安定化を行うことで、ノイズの影響を最小限に抑えることができます。エンクロージャ設計では、適切なシールド材の選定と、導電性の確保が重要です。
まとめ
IoT機器のEMC対策は、通信の安定性や規格適合のために不可欠です。設計段階から適切な対策を施し、安定した無線通信環境を確保しましょう。
