使用同軸電纜製作近磁場探棒

近磁場探棒是偵測近場EMI常用的儀器，構造類似一個小型的環形天線。

除了購買以外，也可以使用同軸電纜製作。

同軸電纜構造如下圖（圖片來源：https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/coaxial-cable-illustrated）

 

中心是銅線，外面則有一層銅網屏蔽層，銅線與屏蔽層之間有塑膠隔絕。

屏蔽層外又有一層塑膠保護，有些同軸電纜的屏蔽層比較堅硬，所以最外層無塑膠。

目前常見的自製磁場探棒是以下兩種設計。

圖中橘線是銅線，黑線是屏蔽層，藍色部分是焊接點，塑膠的部分省略不畫上去。

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第一種設計如下圖。

這種設計是將銅線與屏蔽層的最尾端一起與環形起點的屏蔽層焊起來，並且在探棒最前端切開屏蔽層藉此露出銅線（塑膠層可保留）

 

 

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第二種方法是將銅線的最尾端與環形起點的屏蔽層焊起來，但屏蔽層尾端則保持開路。

探棒最前端不要切開屏蔽層。

 

 

 

 

 

 

 

 

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看過一些資料說第一種比較靈敏，但我沒深入研究。

我自己實作過第一種，確實能偵測到低頻磁場。

參考資料 

Design and Study of a Wide-Band Printed Circuit Board Near-Field Probe

EMI 探头的 DIY 与使用

MagneticField Probes: What it is and how to make it (if you don’t want tobuy it)

Probing the Magnetic Field Probe 

Topic: DIY Magnetic field Probe

Make your own EMI measurement probes

EEVblog 1178 - Build a $10 DIY EMC Probe

電磁屏蔽原理：反射損失與吸收損失

金屬阻擋電阻波主要是透過兩種方法，分別是反射損失（Reflection Loss）與吸收損失（Absorption Loss）

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反射損失（Reflection Loss）是利用金屬的本質阻抗（Intrinsic Impedance，也有人稱為波阻抗）與自由空間阻抗377 Ohm的阻抗不匹配來造成反射。

金屬的本質阻抗如下[1][2][3]

 

 

 

μ是磁導率（Permeability），無磁性物質磁導率與真空相同，其值大約1.26*10^(-6)

σ是電導率（Conductivity），金屬的電導率通常都很高

ε是電容率（Permittivity），ε=ε0*εr，ε0是真空電容率（Vacuum Permittivity），εr是Relative Permittivity，有些資料會稱為介電常數（Dielectric Constant），不同物質的εr也不同，真空的εr = 1

只要金屬的本質阻抗與真空本質阻抗377 Ohm差異夠大，就能利用阻抗不匹配的原理來反射電磁波。

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吸收損失（Absorption Loss）是利用趨膚效應（Skin Effect）來讓電磁波在金屬內衰減，趨膚效應是指高頻電磁波只會在金屬表面流動而不會進入金屬內部，因此用一個厚度大於集膚深度（Skin Depth, δ）的金屬即可阻擋電磁波，公式如下[4][5]

 

 

δ單位為公尺（m）

μ與σ同上，分別是磁導率與電導率

由這個公式也可以看出低頻電磁波的δ比較大，這就是低頻電磁波會比較難阻擋的原因。

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參考資料

[1] 王博彥 . 電磁屏蔽材料之特性分析與應用模擬

[2] The Derivation of Intrinsic Impedance

[3] Wave Impedance and Phase

[4] 林漢年. 《電磁相容分析與設計 : 從PI與SI根因探討》ISBN 9789865647735.

[5] David M. Pozar. 《微波工程》ISBN 9789863780809