Elektromagnetna interferencija

Elektromagnetna interferencija (EMI), koja se u radiofrekvencijskom spektru naziva i radio-frekvencijskim smetnjama (RFI), je poremećaj generisan od strane spoljnog izvora koji utiče na električni krug putem elektromagnetne indukcije, elektrostatičkog povezivanja ili provodljivosti.^[1] Poremećaj može pogoršati performanse kruga ili ga čak zaustaviti. U slučaju putanje podataka, ovi efekti se mogu kretati od povećanja stope grešaka do potpunog gubitka podataka.^[2] I prirodni i ljudski izvori generišu promenljive električne struje i napone koji mogu izazvati EMI: sisteme paljenja, celularnu mrežu mobilnih telefona, munje, sunčeve baklje i aurore (severna / južna svetla). EMI često utiče na AM radio. Takođe može da utiče na mobilne telefone, FM radio i televizore, kao i na opservacije za radio astronomiju i atmosferske nauke.

EMI se može koristiti namerno za ometanje radija, kao u elektronskom ratu.

Od najranijih dana radio komunikacija, negativni efekti smetnji  od namernih i od nenamernih prenosa su se osetili i samim tim potreba za upravljanjem radio-frekvencijskog spektra je postala  očigledna.

Godine 1933. sastanak Međunarodne elektrotehničke komisije (MEK) u Parizu je preporučio da se uspostavi Međunarodni specijalni komitet za radio smetnje (CISPR) koji će se baviti novim problemom EMI. CISPR je kasnije proizveo tehničke publikacije koje pokrivaju tehnike merenja i ispitivanja i preporučena ograničenja za emisiju i imunitet. One su evoluirale tokom decenija i čine osnovu mnogih svetskih EMC propisa danas.

Godine 1979. uvedene su zakonske granice za elektromagnetne emisije za svu digitalnu opremu od strane FKK-a u SAD-u kao odgovor na povećan broj digitalnih sistema koji su ometali žičanu i radio komunikaciju. Metode ispitivanja i ograničenja su zasnovani na CISPR publikacijama, iako su slična ograničenja već bila primenjena u delovima Evrope.

Sredinom osamdesetih godina, države članice Evropske unije usvojile su niz direktiva "novog pristupa" s namerom standardizacije tehničkih zahteva za proizvode tako da ne postanu prepreka trgovini unutar EK. Jedna od njih bila je EMC direktiva (89/336 / EC)^[3] i odnosi se na svu opremu koja se stavlja na tržište ili koja se stavlja u upotrebu. Njen opseg obuhvata sve uređaje "koji mogu prouzrokovati elektromagnetne smetnje ili čija je performanca podložna takvim poremećajima".

Ovo je prvi put da postoji zakonska obaveza o imunitetu, kao i emisija na aparatima namenjenim opštoj populaciji. Iako za neke proizvode mogu postojati dodatni troškovi, da bi im se dao poznati nivo imuniteta povećava se njihov očekivani kvalitet, jer su u mogućnosti da koegzistiraju sa aparatima u aktivnom EM okruženju modernog vremena i sa manje problema.

Mnoge zemlje sada imaju slične zahteve za proizvode da ispune neki nivo regulacije elektromagnetne kompatibilnosti (EMK).

Elektromagnetne smetnje se mogu kategorizovati na sledeći način:

Usko pojasne EMI ili RFI smetnje obično potiču od predviđenih prenosa, kao što su radio i TV stanice ili mobilni telefoni.

Širokopojasne EMI ili RFI smetnje su nenamerno zračenje iz izvora kao što su dalekovodi.^[4][5][6]

Provedena elektromagnetska interferencija uzrokovana je fizičkim kontaktom provodnika nasuprot zračenom EMI, koji je uzrokovan indukcijom (bez fizičkog kontakta provodnika). Elektromagnetni poremećaji u EM polju provodnika više neće biti ograničeni na površinu provodnika i zračiće se od njega. Ovo ostaje u svim provodnicima i uzajamna induktivnost između dva zračena elektromagnetna polja rezultiraće EMI-om.

Interferencija sa značenjem elektromagnetnih smetnji, takođe i radio-frekvencijskih smetnji (kratko: EMI | RFI) je - u skladu sa članom 1.166.^[7]"energija koja nastaje zbog jedne ili kombinacije emisija, zračenja ili indukcije po prijemu u radiokomunikacijskom sistemu, što se manifestuje bilo kakvom degradacijom performansi, pogrešnom interpretacijom ili gubitkom informacija koje bi se mogle izvaditi u odsustvu takve neželjene energije."

Ovo je takođe definicija koju frekventna administracija koristi za obezbjeđivanje frekvencijskih dodela i dodele frekvencijskih kanala radio stanicama ili sistemima, kao i za analizu elektromagnetske kompatibilnosti između radiokomunikacijskih usluga.

U skladu sa ITU RR (član 1) varijacije smetnji su klasifikovane na sledeći način:

• Dozvoljeno ometanje
• Prihvatljive smetnje
• Štetne smetnje

Provedeni EMI je uzrokovan fizičkim kontaktom provodnika nasuprot zračenom EMI-u koji je uzrokovan indukcijom (bez fizičkog kontakta provodnika).

Za niže frekvencije, EMI je uzrokovan provođenjem i, za veće frekvencije, zračenjem.

EMI kroz žicu za uzemljenje je takođe vrlo čest u električnom objektu.

Smetnje imaju tendenciju da budu problematičnije sa starijim radio tehnologijama kao što su analogna amplitudna modulacija, koja nema načina da se razlikuje neželjeni in-band signal od predviđenog signala, i omnidirekcionalne antene koje se koriste sa sistemima emitovanja. Noviji radio sistemi uključuju nekoliko poboljšanja koja poboljšavaju selektivnost. U digitalnim radio sistemima, kao što je Vaj-faj, mogu se koristiti tehnike korekcije grešaka. Tehnike rasprostiranja spektra i skokova frekvencije mogu se koristiti i sa analognim i digitalnim signalima kako bi se poboljšala otpornost na smetnje. Visoko usmereni prijemnik, kao što je parabolična antena ili prijemnik različitosti, može se koristiti za odabir jednog signala u prostoru do isključenja drugih.

Najekstremniji primer digitalne signalizacije proširenog spektra do sada je ultra-širokopojasni (UŠP), koji predlaže korištenje velikih delova radio spektra pri niskim amplitudama za prenos visokopropusnih digitalnih podataka. UŠP, ako se koristi isključivo, omogućio bi veoma efikasno korišćenje spektra, ali korisnici drugih tehnologija još nisu spremni da dele spektar sa novim sistemom zbog smetnji koje bi izazvale njihovim prijemnicima.

U Sjedinjenim Američkim Državama, Zakon iz 1982. godine 97-259 je dozvolio Federalnoj komisiji za komunikacije (FKK) da reguliše podložnost potrošačke elektronske opreme.^[8][9]

Potencijalni izvori RFI i EMI obuhvataju^[10]: različite tipove predajnika, transformatore zvona, toster peći, električnu ćebad, ultrazvučne uređaje za kontrolu štetočina, električne greške, grejne jastuke i kontrolisane sijalice. Višestruki CRT kompjuterski monitori ili televizori koji sede preblizu jedan drugome ponekad mogu prouzrokovati efekat "šimija" jedni na druge, zbog elektromagnetne prirode njihovih cevi za slike, posebno kada je aktiviran jedan od njihovih kalemova.

Elektromagnetne smetnje na 2.4 GHz mogu biti uzrokovane 802.11b i 802.11g bežičnim uređajima, [[Blutut|Blutut]] uređajima, bejbi monitorima i bežičnim telefonima, video pošiljaocima i mikrotalasnim pećima.

Preklapajuća opterećenja (induktivna, kapacitivna i otporna), kao što su elektromotori, transformatori, grejači, sijalice, balast, napajanje itd., uzrokuju elektromagnetne smetnje posebno kod struja iznad 2 A. Uobičajena metoda koja se koristi za suzbijanje EMI je povezivanje snaber mreže, otpornika u seriji sa kondenzatorom, preko para kontakata. Iako ovo može ponuditi skromnu EMI redukciju pri veoma niskim strujama, snaberi ne rade na strujama preko 2 A sa elektromehaničkim kontaktima.^[11]

Još jedan metod za suzbijanje EMI je upotreba potiskivača šuma feritnog jezgra, koji su jeftini i koji se spajaju na kabl napajanja uređaja ili kompromitovanog uređaja.

Strujni uređaji sa prekidnim režimom mogu biti izvor EMI, ali su postali manji problem jer su se tehnike dizajna poboljšale, kao što je integrisana korekcija faktora snage.

Većina zemalja ima zakonske zahteve koji propisuju elektromagnetnu kompatibilnost: elektronički i električni hardver mora i dalje ispravno raditi kada je podvrgnut određenim količinama EMI, i ne bi trebalo da emituje EMI, koji bi mogao ometati drugu opremu (kao što su radio uređaji).

Kvalitet signala radio-frekvencija opao je tokom 21. veka za otprilike jedan decibel godišnje, pošto spektar postaje sve gušći.^[12]

Međunarodni specijalni komitet za radio smetnje ili CISPR, koji je odbor Međunarodne elektrotehničke komisije (MEK), postavlja međunarodne standarde za zračenje i sprovođenje elektromagnetnih smetnji. To su civilni standardi za domaći, komercijalni, industrijski i automobilski sektor. Ovi standardi čine osnovu drugih nacionalnih ili regionalnih standarda, posebno evropskih normi (EN) koje je napisao Evropski odbor za elektrotehničku standardizaciju. Američke organizacije uključuju Institut inženjera elektrotehnike i elektronike (IIEE), Američki nacionalni institut za standarde (ANIS) i američku vojsku.

Integrisana kola su često izvor EMI-ja, ali oni obično moraju da povežu svoju energiju sa većim objektima kao što su hladnjaci, štampane ploče i kablovi koji značajno emituju.

Na integrisanim kolima važan način smanjenja EMI su: upotreba bajpasnih ili razdvojnih kondenzatora na svakom aktivnom uređaju (povezano preko napajanja, što bliže uređaju), kontrola porasta signala velike brzine pomoću serijskih otpornika^[13] i filtriranje pinova IK napajanja. Zaštita je obično poslednje sredstvo nakon što su druge tehnike neuspešne, zbog dodatnog troška zaštitnih komponenti kao što su provodne matice.

Efikasnost zračenja zavisi od visine iznad ravni aviona ili ravnine snage (na RF, jedna je dobra kao i druga) i dužine provodnika u odnosu na talasnu dužinu signalne komponente. Na nižim frekvencijama, kao što je 133 МHz, zračenje je gotovo isključivo preko U / I kablova; RF šum dolazi na avione i povezan je sa linijskim drajverima preko VCC i GND pinova. RF se zatim povezuje sa kablom preko linijskog drajvera kao šum u zajedničkom režimu. Budući da je buka uobičajena, zaštita ima vrlo mali efekat, čak i kod diferencijalnih parova. RF energija je kapacitivno povezana sa parom signala na štit, a sam štit vrši zračenje. Jedino rešenje za ovo je upotreba prekidača za pletenicu ili prigušivanje da se smanji signal zajedničkog moda.

Na višim frekvencijama, obično iznad 500 MHz, tragovi postaju električki duži i viši iznad ravnine. Na ovim frekvencijama se koriste dve tehnike: oblikovanje talasa sa serijskim otpornicima i ugrađivanje tragova između dve ravni. Ako sve ove mere i dalje ostavljaju previše EMI, može se koristiti zaštita kao što su RF matice i bakarna traka. Većina digitalne opreme je dizajnirana sa metalnim ili provodnim plastičnim kućištima.

Bilo koji nezaštićeni poluprovodnik (npr. Integrisano kolo) će delovati kao detektor za one radio signale koji se obično nalaze u domaćem okruženju (npr. Mobilni telefoni).^[14] Takav detektor može demodulirati visokofrekventni mobilni telefonski nosač (npr. GSM850 i GSM1900, GSM900 i GSM1800) i proizvesti demodulirane signale niske frekvencije.^[15] Ova demodulacija se manifestuje kao neželjeni zvuk u audio uređajima kao što su pojačalo za mikrofon, pojačalo za zvučnike, auto radio, telefon itd. Dodavanje EMI filtera ili specijalnih tehnika raspoređivanja može pomoći u zaobilaženju EMI ili poboljšanju RF imuniteta. ^[16]Neke IK su dizajnirane (npr. LMV831-LMV834^[17], MAKS9724^[18]) da imaju ugrađene RF filtere ili poseban dizajn koji pomaže da se smanji bilo kakva demodulacija nosioca visoke frekvencije.

Dizajneri često moraju da izvrše posebna ispitivanja za RF imunitet delova koji će se koristiti u sistemu. Ovi testovi se često obavljaju u gluvoj komori sa kontrolisanim RF okruženjem gde testni vektori proizvode RF polje slično onom proizvedenom u stvarnom okruženju.

Interferencija u radio astronomiji, gde se obično naziva radiofrekventna interferencija (RFI), je bilo koji izvor prenosa koji se nalazi unutar posmatranog frekvencijskog opsega, osim samih nebeskih izvora. Pošto predajnici na i oko Zemlje mogu biti mnogo puta jači od astronomskog signala od interesa, RFI je glavna briga za izvođenje radio astronomije. Prirodni izvori smetnji, kao što su munje i Sunce, često se nazivaju i RFI.

Neki od frekventnih opsega koji su veoma važni za radio astronomiju, kao što je 21-cm HI linija na 1420 MHz, zaštićeni su regulacijom. To se naziva upravljanje spektrom. Međutim, moderne radio-astronomske opservatorije kao što su VLA, LOFAR i ALMA imaju veoma veliki propusni opseg preko koga mogu da posmatraju. Zbog ograničenog spektralnog prostora na radio frekvencijama, ovi frekventni opsezi se ne mogu u potpunosti rasporediti za radio astronomiju. Stoga, opservatoriji treba da se bave RFI u svojim zapažanjima.

Tehnike za rad sa RFI opsegom od filtera u hardveru do naprednih algoritama u softveru. Jedan od načina za rešavanje jakih predajnika je potpuno filtriranje frekvencije izvora. Ovo je, na primer, slučaj sa opservatorijom LOFAR, koji filtrira FM radio stanice između 90-110 MHz. Važno je ukloniti takve jake izvore smetnji što je pre moguće, jer oni mogu "zasititi" visoko osetljive prijemnike (pojačala i analogno-digitalne pretvarače), što znači da je primljeni signal jači nego što prijemnik može obraditi. Međutim, filtriranje frekventnog opsega podrazumeva da se ove frekvencije nikada ne mogu posmatrati sa instrumentom.

Uobičajena tehnika koja se bavi RFI-om unutar posmatranog frekvencijskog opsega je da se RFI detektuje u softveru. Takav softver može pronaći uzorke u vremenskom, frekvencijskom ili vremensko-frekvencijskom prostoru koji su kontaminirani izvorom koji ometa. Ovi uzorci se kasnije ignorišu u daljoj analizi posmatranih podataka. Ovaj proces se često naziva označavanjem podataka. Pošto većina odašiljača ima mali propusni opseg i nisu stalno prisutni, kao što su radio uređaji za munje ili građanski opseg (GO), većina podataka ostaje na raspolaganju za astronomsku analizu. Međutim, obeležavanje podataka ne može rešiti probleme sa kontinualnim širokopojasnim predajnicima, kao što su vetrenjače, digitalni video ili digitalni audio predajnici.

Drugi način upravljanja RFI je uspostavljanje radio mirne zone (RMZ). RMZ je dobro definisana oblast koja okružuje prijemnike i koja ima posebne propise kojima se smanjuje RFI u korist radio astronomskih zapažanja unutar zone. Propisi mogu uključivati posebno upravljanje spektrom i ograničenjima gustine [[Fluks|fluksa]] ili snage. Kontrole unutar zone mogu obuhvatiti i druge elemente osim radio predajnika ili radio uređaja. To uključuje kontrolu aviona i kontrolu nenamernih radijatora kao što su industrijski, naučni i medicinski uređaji, vozila i dalekovodi. Prvi RMZ za radio astronomiju je Nacionalna radio mirna zona (NRMZ), osnovana 1958. godine.^[19]

Prenosi na susednim opsezima na one koji se koriste kod pasivnih daljinskih istraživanja, kao što su vremenski sateliti, izazvali su smetnje, ponekad značajne. ^[20]Postoji zabrinutost da bi usvajanje nedovoljno regulisanog 5Ge moglo dovesti do velikih problema sa smetnjama. Značajne smetnje mogu značajno poremetiti numeričke karakteristike predviđanja vremena i imati značajne negativne uticaje na ekonomsku i javnu bezbednost. ^{[21] [22][23]}Ove zabrinutosti navele su američkog sekretara za trgovinu Vilbura Rosa i administratora NASE Džim Brajdenstin-a u februaru 2019. godine da podstaknu FKK da poništi ponuđenu aukciju spektra, koja je odbijena.^[24]

1. ^ Duckett, Bob (januar 2005). „Concise Oxford English Dictionary (11th edition)200532Edited by Catherine Soanes and Angus Stevenson. Concise Oxford English Dictionary (11th edition). Oxford: Oxford University Press 2004. xx+1,708 pp., ISBN 0198608640 £20.00 $29.95”. Reference Reviews. 19 (1): 33—33. ISSN 0950-4125. doi:10.1108/09504120510573710. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
2. ^ „Emi” (PDF). 
3. ^ „EUR-Lex - 31989L0336 - EN - EUR-Lex”. eur-lex.europa.eu (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2019-05-16. 
4. ^ „Welcome to Issue”. www.radiosky.com. Pristupljeno 2019-05-16. 
5. ^ „HEADQUARTERS STAFF OF THE AMERICAN RADIO RELAY LEAGUE. The Radio Amateur's Handbook. Newington, Connecticut 06111: American Radio Relay League, 1968. 611 P. $4.00.”. Science Education. 53 (2): 177—177. mart 1969. ISSN 0036-8326. doi:10.1002/sce.3730530237. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
6. ^ Middlehurst, B. (1969-06-27). „Physics of Planets. V. I. Moroz. Translated from the Russian edition (Moscow, 1967). National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., 1969 (available as NASA TT F-515 from Clearinghouse for Federal Scientific and Technical Information, Springfield, Va.). vi + 416 pp., illus. Paper, $3”. Science. 164 (3887): 1511—1511. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.164.3887.1511. 
7. ^ Copyright, Elsevier, 1959, str. iv, ISBN 9780080091921, Pristupljeno 2019-05-16 
8. ^ Baughman, James L. (oktobar 1990). „A Legislative History of the Communications Act of 1934”. American Journalism. 7 (4): 284—284. ISSN 0882-1127. doi:10.1080/08821127.1990.10731313. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
9. ^ „I” (PDF). 
10. ^ „INTERFERENCE HANDBOOK”. web.archive.org. 2013-10-16. Arhivirano iz originala 16. 10. 2013. g. Pristupljeno 2019-05-16. CS1 održavanje: Nepodoban URL (veza)
11. ^ „Lab & App Notes | Arc Suppression Technologies”. www.arcsuppressiontechnologies.com. Pristupljeno 2019-05-16. 
12. ^ at 08:01, Tony Smith 7 Nov 2012. „WTF is... RF-MEMS?”. www.theregister.co.uk (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2019-05-16. 
13. ^ „Electronic Construction - Tips, Tricks, Gens, Traps, and Snares”. massmind.org. Pristupljeno 2019-05-16. 
14. ^ „Integrated Circuit Susceptibility to Conducted RF Interference”. web.archive.org. 2012-03-02. Arhivirano iz originala 02. 03. 2012. g. Pristupljeno 2019-05-16. 
15. ^ „Electronic Design”. www.electronicdesign.com. Pristupljeno 2019-05-16. 
16. ^ „PCB Layout Techniques to Achieve RF Immunity for Audio Amplifiers - Application Note - Maxim”. www.maximintegrated.com. Pristupljeno 2019-05-16. 
17. ^ „Wayback Machine” (PDF). web.archive.org. 2009-01-07. Arhivirano iz originala (PDF) 07. 01. 2009. g. Pristupljeno 2019-05-16. 
18. ^ „MAX9724A, MAX9724B 60mW, DirectDrive, Stereo Headphone Amplifier with Low RF Susceptibility and Shutdown - Overview”. www.maximintegrated.com. Pristupljeno 2019-05-16. 
19. ^ „Template” (PDF). 
20. ^ „A Myriad of Proposed Radio Spectrum Changes—Collectively Can They Impact Operational Meteorology?”. AMS - 99th American Meteorological Society Annual Meeting. Pristupljeno 2019-05-16. 
21. ^ „Panelist -- Sidharth Misra”. AMS - 99th American Meteorological Society Annual Meeting. Pristupljeno 2019-05-16. 
22. ^ Witze, Alexandra (2019-04-26). „Global 5G wireless networks threaten weather forecasts”. Nature (na jeziku: engleski). 569: 17. doi:10.1038/d41586-019-01305-4. 
23. ^ „5G Wireless Networks Could Interfere with Weather Forecasts, Meteorologists Warn”. The Weather Channel (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2019-05-16. 
24. ^ „kritično vreme”. 

• ARRL, RFI
• Interference Handbook
• EMC Design Fundamentals
• Clemson's EMC Page (EMI Tools and Information)
• EMC Tutorials