Interferência eletromagnética - Electromagnetic interference

Gravação do debate na Câmara dos Representantes dos EUA em 8 de outubro de 2002, interrompido e distorcido por interferência eletromagnética de uma explosão solar aproximadamente às 16h30.
Interferência eletromagnética em sinal de TV analógico

A interferência electromagnética ( EMI ), também chamado de interferência de rádio frequência ( RFI ) quando no rádio frequência do espectro, é uma perturbação gerado por uma fonte externa que afecta um circuito eléctrico por indução electromagnética , acoplamento electrostático , ou condução. A perturbação pode degradar o desempenho do circuito ou até mesmo fazer com que pare de funcionar. No caso de um caminho de dados, esses efeitos podem variar de um aumento na taxa de erro a uma perda total dos dados. Fontes artificiais e naturais geram correntes elétricas e voltagens variáveis ​​que podem causar EMI: sistemas de ignição , rede celular de telefones celulares, raios , erupções solares e auroras (luzes do norte / sul). EMI freqüentemente afeta rádios AM . Também pode afetar telefones celulares , rádios FM e televisores , bem como observações para radioastronomia e ciências atmosféricas .

A EMI pode ser usada intencionalmente para interferência de rádio , como na guerra eletrônica .

Interferência por Wi-Fi de 5 GHz observada no radar meteorológico Doppler

História

Desde os primeiros dias das comunicações de rádio, os efeitos negativos da interferência de transmissões intencionais e não intencionais foram sentidos e a necessidade de gerenciar o espectro de radiofrequência tornou-se aparente.

Em 1933, uma reunião da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) em Paris recomendou que o Comitê Especial Internacional sobre Interferência de Rádio ( CISPR ) fosse criado para lidar com o problema emergente de EMI. O CISPR posteriormente produziu publicações técnicas cobrindo técnicas de medição e teste e limites de emissão e imunidade recomendados. Eles evoluíram ao longo das décadas e formam a base de muitas das regulamentações mundiais da EMC atualmente.

Em 1979, foram impostos limites legais às emissões eletromagnéticas de todos os equipamentos digitais pela FCC nos EUA em resposta ao aumento do número de sistemas digitais que estavam interferindo nas comunicações com fio e de rádio. Os métodos e limites de teste foram baseados em publicações do CISPR, embora limites semelhantes já fossem aplicados em partes da Europa.

Em meados da década de 1980, os Estados membros da União Européia adotaram uma série de diretivas de "nova abordagem" com a intenção de padronizar os requisitos técnicos para produtos de modo que não se tornassem uma barreira ao comércio dentro da CE. Uma delas foi a Diretiva EMC (89/336 / EC) e se aplica a todos os equipamentos colocados no mercado ou colocados em serviço. Seu escopo abrange todos os aparelhos "suscetíveis de causar distúrbios eletromagnéticos ou cujo desempenho possa ser afetado por tais distúrbios".

Foi a primeira vez que houve exigência legal de imunidade, além de emissões em aparelhos destinados à população em geral. Embora possa haver custos adicionais envolvidos para alguns produtos para dar-lhes um nível conhecido de imunidade, isso aumenta sua qualidade percebida, pois são capazes de coexistir com aparelhos no ambiente EM ativo dos tempos modernos e com menos problemas.

Muitos países agora têm requisitos semelhantes para produtos para atender a algum nível de regulamentação de compatibilidade eletromagnética (EMC).

Tipos

A interferência eletromagnética pode ser categorizada da seguinte forma:

A interferência eletromagnética conduzida é causada pelo contato físico dos condutores, em oposição ao EMI radiado, que é causado por indução (sem contato físico dos condutores). Os distúrbios eletromagnéticos no campo EM de um condutor não ficarão mais confinados à superfície do condutor e se irradiarão para longe dele. Isso persiste em todos os condutores e a indutância mútua entre dois campos eletromagnéticos irradiados resultará em EMI.

Definição ITU

Interferência com o significado de interferência eletromagnética , também interferência de rádio-freqüência ( EMI ou RFI ) é - de acordo com o artigo 1.166 da União Internacional de Telecomunicações ' s (ITU) do Regulamento das Radiocomunicações (RR) - definidos como "O efeito da energia indesejada devido a uma ou uma combinação de emissões , radiações ou induções na recepção em um sistema de radiocomunicação , manifestada por qualquer degradação de desempenho, má interpretação ou perda de informação que poderia ser extraída na ausência de tal energia indesejada ".

Esta é também uma definição utilizada pela administração de frequências para fornecer atribuições de frequências e atribuição de canais de frequências a estações ou sistemas de rádio , bem como para analisar a compatibilidade eletromagnética entre serviços de radiocomunicação .

De acordo com ITU RR (artigo 1), as variações de interferência são classificadas da seguinte forma:

  • interferência permissível
  • interferência aceitável
  • interferência prejudicial

Interferência conduzida

EMI conduzido é causado pelo contato físico dos condutores, ao contrário do EMI radiado que é causado por indução (sem contato físico dos condutores).

Para frequências mais baixas, a EMI é causada por condução e, para frequências mais altas, por radiação.

A EMI através do fio terra também é muito comum em instalações elétricas.

Suscetibilidades de diferentes tecnologias de rádio

A interferência tende a ser mais problemática com tecnologias de rádio mais antigas, como a modulação de amplitude analógica , que não tem como distinguir os sinais in-band indesejados do sinal pretendido, e as antenas omnidirecionais usadas com sistemas de transmissão. Os sistemas de rádio mais novos incorporam várias melhorias que aumentam a seletividade . Em sistemas de rádio digital, como Wi-Fi , podem ser usadas técnicas de correção de erros . As técnicas de espectro de dispersão e salto de frequência podem ser usadas com sinalização analógica e digital para melhorar a resistência à interferência. Um receptor altamente direcional , como uma antena parabólica ou um receptor de diversidade , pode ser usado para selecionar um sinal no espaço com exclusão de outros.

O exemplo mais extremo de sinalização digital de espalhamento espectral até o momento é a banda ultralarga ( UWB ), que propõe o uso de grandes seções do espectro de rádio em baixas amplitudes para transmitir dados digitais de alta largura de banda. UWB, se usado exclusivamente, permitiria o uso muito eficiente do espectro, mas os usuários de tecnologia não UWB ainda não estão preparados para compartilhar o espectro com o novo sistema por causa da interferência que causaria em seus receptores (as implicações regulatórias do UWB são discutidos no artigo de banda ultralarga ).

Interferência em dispositivos de consumo

Nos Estados Unidos , a Lei Pública 97-259 de 1982 permitiu que a Federal Communications Commission (FCC) regulasse a suscetibilidade de equipamentos eletrônicos de consumo.

As fontes potenciais de RFI e EMI incluem: vários tipos de transmissores , transformadores de campainha, torradeiras , cobertores elétricos , dispositivos ultrassônicos de controle de pragas, zappers de insetos elétricos , almofadas de aquecimento e lâmpadas controladas por toque . Múltiplos monitores de computador CRT ou televisores muito próximos uns dos outros às vezes podem causar um efeito "shimmy" um no outro, devido à natureza eletromagnética de seus tubos de imagem, especialmente quando uma de suas bobinas de desgaseificação é ativada.

Interferência eletromagnética em 2,4 GHz pode ser causada por 802.11b e 802.11g dispositivos sem fio, Bluetooth dispositivos, monitores de bebés e telefones sem fio , os remetentes de vídeo e fornos de microondas .

Comutadas cargas ( indutivo , capacitivo , e resistivas ), tais como motores eléctricos, transformadores, aquecedores, lâmpadas, lastro, fontes de alimentação, etc., toda a interferência electromagnética causa especialmente em correntes acima de 2  Um . O método usual usado para suprimir EMI é conectar uma rede de amortecimento , um resistor em série com um capacitor , através de um par de contatos. Embora isso possa oferecer uma redução modesta de EMI em correntes muito baixas, os amortecedores não funcionam em correntes acima de 2 A com contatos eletromecânicos .

Outro método para suprimir EMI é o uso de supressores de ruído de núcleo de ferrite (ou grânulos de ferrite ), que são baratos e que se prendem ao cabo de alimentação do dispositivo agressor ou do dispositivo comprometido.

As fontes de alimentação comutadas podem ser uma fonte de EMI, mas se tornaram menos problemáticas à medida que as técnicas de design foram aprimoradas, como a correção integrada do fator de potência .

A maioria dos países tem requisitos legais que exigem compatibilidade eletromagnética : o hardware eletrônico e elétrico ainda deve funcionar corretamente quando sujeito a certas quantidades de EMI e não deve emitir EMI, que pode interferir em outros equipamentos (como rádios).

A qualidade do sinal de radiofrequência diminuiu ao longo do século 21 em cerca de um decibel por ano, à medida que o espectro fica cada vez mais congestionado. Isso infligiu uma corrida da Rainha Vermelha na indústria de telefonia móvel, já que as empresas foram forçadas a colocar mais torres de celular (em novas frequências) que causam mais interferência, exigindo mais investimento por parte dos provedores e atualizações frequentes de telefones celulares para corresponder.

Padrões

O Comitê Especial Internacional para Interferência de Rádio ou CISPR (acrônimo francês para "Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques"), que é um comitê da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), estabelece padrões internacionais para interferência eletromagnética irradiada e conduzida. Esses são padrões civis para os setores doméstico, comercial, industrial e automotivo. Estas normas formam a base de outras normas nacionais ou regionais, mais notavelmente as Normas Européias (EN) escritas pelo CENELEC (Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica). As organizações dos EUA incluem o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), o Instituto Nacional Americano de Padrões (ANSI) e o Exército dos EUA (MILSTD).

EMI em circuitos integrados

Os circuitos integrados costumam ser uma fonte de EMI, mas geralmente devem acoplar sua energia a objetos maiores, como dissipadores de calor, placas de circuito impresso e cabos para irradiar significativamente.

Em circuitos integrados , meios importantes de reduzir EMI são: o uso de capacitores de desvio ou desacoplamento em cada dispositivo ativo (conectado através da fonte de alimentação, o mais próximo possível do dispositivo), controle de tempo de aumento de sinais de alta velocidade usando resistores em série, e filtragem de pinos da fonte de alimentação IC . A blindagem é geralmente o último recurso após a falha de outras técnicas, devido ao custo adicional de componentes de blindagem, como gaxetas condutoras.

A eficiência da radiação depende da altura acima do plano de terra ou plano de potência (em RF , um é tão bom quanto o outro) e do comprimento do condutor em relação ao comprimento de onda do componente do sinal ( frequência fundamental , harmônico ou transiente como overshoot, undershoot ou ringing). Em frequências mais baixas, como 133  MHz , a radiação é quase exclusivamente via cabos de E / S; O ruído de RF chega aos planos de energia e é acoplado aos drivers de linha por meio dos pinos VCC e GND. O RF é então acoplado ao cabo através do driver de linha como ruído de modo comum . Como o ruído é de modo comum, a blindagem tem muito pouco efeito, mesmo com pares diferenciais . A energia de RF é capacitivamente acoplada do par de sinais à blindagem e a própria blindagem faz a irradiação. Uma solução para isso é usar um disjuntor de trança ou afogador para reduzir o sinal de modo comum.

Em frequências mais altas, geralmente acima de 500 MHz, os traços ficam eletricamente mais longos e mais altos acima do plano. Duas técnicas são usadas nessas frequências: modelagem de onda com resistores em série e incorporação dos traços entre os dois planos. Se todas essas medidas ainda deixarem muito EMI, proteções como juntas de RF e fita de cobre podem ser usadas. A maioria dos equipamentos digitais é projetada com caixas de plástico revestidas de metal ou condutor.

Imunidade e teste de RF

Qualquer semicondutor não blindado (por exemplo, um circuito integrado) tenderá a atuar como um detector para os sinais de rádio comumente encontrados no ambiente doméstico (por exemplo, telefones celulares). Tal detector pode demodular a operadora de telefonia móvel de alta frequência (por exemplo, GSM850 e GSM1900, GSM900 e GSM1800) e produzir sinais desmodulados de baixa frequência (por exemplo, 217 Hz). Esta demodulação se manifesta como um zumbido audível indesejado em aparelhos de áudio, como amplificador de microfone , amplificador de alto- falante, rádio de carro, telefones etc. Adicionar filtros EMI integrados ou técnicas especiais de layout pode ajudar a contornar EMI ou melhorar a imunidade RF. Alguns ICs são projetados (por exemplo, LMV831-LMV834, MAX9724) para ter filtros de RF integrados ou um projeto especial que ajuda a reduzir qualquer demodulação da portadora de alta frequência.

Os projetistas geralmente precisam realizar testes especiais de imunidade à RF das peças a serem usadas em um sistema. Esses testes geralmente são feitos em uma câmara anecóica com um ambiente de RF controlado, onde os vetores de teste produzem um campo de RF semelhante ao produzido em um ambiente real.

RFI em radioastronomia

A interferência em radioastronomia , onde é comumente referida como interferência de radiofrequência (RFI), é qualquer fonte de transmissão que esteja dentro da faixa de frequência observada, exceto as próprias fontes celestes. Como os transmissores dentro e ao redor da Terra podem ser muitas vezes mais fortes do que o sinal astronômico de interesse, o RFI é uma grande preocupação para a radioastronomia. Fontes naturais de interferência, como raios e o Sol, também são freqüentemente chamadas de RFI.

Algumas das bandas de frequência muito importantes para a radioastronomia, como a linha HI de 21 cm a 1420 MHz, são protegidas por regulamentação. Isso é chamado de gerenciamento de espectro . No entanto, os modernos observatórios radioastronômicos, como VLA , LOFAR e ALMA, têm uma largura de banda muito grande sobre a qual podem observar. Por causa do espaço espectral limitado nas frequências de rádio, essas bandas de frequência não podem ser totalmente alocadas para a radioastronomia. Portanto, os observatórios precisam lidar com RFI em suas observações.

As técnicas para lidar com RFI variam de filtros em hardware a algoritmos avançados em software. Uma maneira de lidar com transmissores fortes é filtrar completamente a frequência da fonte. É o caso, por exemplo, do observatório LOFAR, que filtra as estações de rádio FM entre 90 e 110 MHz. É importante remover essas fontes fortes de interferência o mais rápido possível, porque elas podem "saturar" os receptores altamente sensíveis ( amplificadores e conversores analógico-digital ), o que significa que o sinal recebido é mais forte do que o receptor pode suportar. No entanto, filtrar uma banda de frequência implica que essas frequências nunca podem ser observadas com o instrumento.

Uma técnica comum para lidar com RFI dentro da largura de banda de frequência observada é empregar a detecção de RFI no software. Esse software pode encontrar amostras no tempo, frequência ou espaço de frequência de tempo que estão contaminadas por uma fonte de interferência. Essas amostras são subsequentemente ignoradas em análises posteriores dos dados observados. Esse processo geralmente é conhecido como sinalização de dados . Como a maioria dos transmissores tem uma largura de banda pequena e não estão continuamente presentes, como relâmpagos ou dispositivos de rádio da banda do cidadão (CB), a maioria dos dados permanece disponível para a análise astronômica. No entanto, a sinalização de dados não pode resolver problemas com transmissores de banda larga contínuos, como moinhos de vento, vídeo digital ou transmissores de áudio digital .

Outra forma de gerenciar RFI é estabelecer uma zona de silêncio de rádio (RQZ). RQZ é uma área bem definida ao redor de receptores que tem regulamentos especiais para reduzir RFI em favor de observações de radioastronomia dentro da zona. Os regulamentos podem incluir gerenciamento especial de espectro e fluxo de potência ou limitações de densidade de fluxo de potência. Os controles dentro da zona podem abranger outros elementos além de transmissores de rádio ou dispositivos de rádio. Isso inclui controles de aeronaves e controle de radiadores não intencionais, como dispositivos industriais, científicos e médicos, veículos e linhas de energia. O primeiro RQZ para radioastronomia é o National Radio Quiet Zone (NRQZ) dos Estados Unidos , estabelecido em 1958.

RFI em monitoramento ambiental

Antes da introdução do Wi-Fi, uma das maiores aplicações da banda de 5 GHz é o Terminal Doppler Weather Radar . A decisão de usar o espectro de 5 GHz para Wi-Fi foi finalizada na Conferência Mundial de Radiocomunicação em 2003; no entanto, a comunidade meteorológica não foi envolvida no processo. A subsequente implementação negligente e a configuração incorreta do DFS causaram uma interrupção significativa nas operações de radar meteorológico em vários países ao redor do mundo. Na Hungria, o sistema de radar meteorológico foi declarado não operacional por mais de um mês. Devido à gravidade da interferência, os serviços meteorológicos da África do Sul acabou abandonando operação de banda C, alternando sua rede de radar para S banda .

Transmissões em bandas adjacentes àquelas usadas por sensoriamento remoto passivo , como satélites meteorológicos , causaram interferências, às vezes significativas. Existe a preocupação de que a adoção de 5G insuficientemente regulamentada possa produzir grandes problemas de interferência. Uma interferência significativa pode prejudicar significativamente o desempenho da previsão numérica do tempo e incorrer em impactos econômicos e de segurança pública substancialmente negativos. Essas preocupações levaram o secretário de comércio dos EUA, Wilbur Ross, e o administrador da NASA, Jim Bridenstine, em fevereiro de 2019, a instar a FCC a cancelar o leilão de espectro proposto , que foi rejeitado.

Veja também

Referências

links externos