Назад в библиотеку

---

Электромагнитные помехи

Автор: Stewart Adcock

Автор перевода: Ушаков А.С.
Источник: Wikipedia.org

Электромагнитные помехи

(ЭМП, также называемые радиочастотными помехами, вследствие высокой частоты) это нежелательное воздействие, которое затрагивает электрические цепи вследствие электромагнитной индукции или электромагнитного излучения от внешнего источника. Это воздействие может нарушить нормальную работу технических средств или вызвать ухудшение технических характеристик и параметров этих средств. Последствия могут варьироваться от простого повреждения данных до полной их потери. Источником может быть любой объект, искусственно созданный или природный, который несет высокочастотный ток или напряжение, например, электрическая цепь, Солнце или северное сияние.

ЭМП может быть преднамеренно использована для радиопомех, как некоторая форма радиоэлектронной борьбы. Или может возникнуть непреднамеренно, в результате побочных излучений, например, посредством интермодуляционных продуктов, и т.п. Это часто влияет на прием AM-сигналов в городских районах. А также может повлиять на сотовую связь, FM-радио и телевизионные антенны, хотя и в меньшей степени.

Типы

ЭМП или узкополосные помехи (УПП) обычно исходят от предполагаемых передатчиков, таких как радио, телевизионные станции или мобильные устройства.

Широкополосные ЭМП и УПП непреднамеренные излучения от источников наподобие линий электропередач. [3][4][5]

Проводные электромагнитные помехи вызваются физическим контактом проводников, в отличии от излучаемых электромагнитных помех, которые обусловлены индукцией (без физического контакта проводников). Электромагнитные помехи в электромагнитном поле проводника будут ограничиваться не только поверхностью проводника, но и будут излучаться на расстоянии от него. Это происходит со всеми проводниками и взаимная индукция между двумя источниками электромагнитного поля приведет к ЭМП

Содержание

• 1. Чувствительность различных радиотехнологий
• 2. Помехи от бытовых устройств
• 3. История
• 4. Стандарты
• 5. ЭМП в интегральных схемах
• 6. Радиочастотная защита и тестирование
• 7. РЧП в радиоастрономии
• 8. Ссылки

  Чувствительность различных радиотехнологий

  Помехи, как правило, больше характерны для более старых радиотехнологий, таких как аналоговая амплитудная модуляция, которые не способны отличить нежелательные сигналы от полезных, а также всенаправленные дипольные антенны, используемые в системах вещания. Новые радиосистемы включают ряд улучшений, которые повышают способность распознавать сигнал. В цифровых радиосистемах, таких как Wi-Fi, могут быть использованы методы исправления ошибок. С расширенным спектром и со скачкообразной перестройкой частоты эти методы могут быть использованы с аналоговыми и цифровыми сигналами для улучшения устойчивости к помехам. Узконаправленный приемник, такой как, например, параболическая антенна, может использоваться для выбора одного сигнала в пространстве при исключении других.

  Наиболее ярким примером цифрового расширения спектра сигналов на сегодняшний день является ультра-широкополосный приемник (УШП), который предлагает использование широких полос радиочастотного спектра при низких амплитудах для передачи широкополосных цифровых данных. Исключительное использование УШП позволило бы очень эффективно использовать спектр, но пользователи не-УШП технологий еще не готовы делить диапазон с новой системой из-за помех, которые могут возникнуть в приемниках. Нормативно-правовые положения УШП обсуждаются в статьях о сверхширокополосных приемниках.

  Помехи от бытовых утсройств

  В Соединенных Штатах в 1982 году Общественный Закон 97-259 позволил Федеральной комиссии по связям (ФКС) регулировать восприимчивость бытовой электроники. [6]

  Потенциальными источниками электромагнитного и радиоизлучения могут быть различные типы передатчиков, такие как: дверной звонок, трансформаторы, тостеры, ультразвуковые устройства слежения, электрогрелки, сенсорные лампы. Несколько мониторов или телевизоров, расположенных слишком близко друг к другу, могут иногда вызывать эффект наведения колебаний друг в друге за счет электромагнитного устройства их кинескопов.

  Электромагнитные помехи на частоте 2,4 ГГц могут быть вызваны 802.11b и 802.11g беспроводными устройствами, Bluetooth устройствами, видеонянями и беспроводными телефонами, видеоотправителями, и микроволновыми печами.

  Переключающиеся нагрузки (индуктивные, емкостные, и резистивные), такие как электродвигатели, трансформаторы, нагреватели, лампы, балласт, источники питания и т.д., могут вызвать электромагнитные помехи особенно при токах более 2A. Обычный способ, используемый для подавления электромагнитных помех, - это включение амортизатора в сети - резистора, соединенного последовательно с конденсатором через пару контактов. Но это может предложить небольшое уменьшение ЭМП при очень низких токах, амортизаторы не работают при токах более 2A с электромеханическими контактами.[8][9]

  Импульсные источники питания могут быть источником электромагнитных помех, но они стали приносить меньше проблем после улучшения методов проектирования, например, комплексной коррекции коэффициента мощности.

  В большинстве стран существуют правовые требования, которые касаются электромагнитной совместимости: электронное и электрическое оборудование должно работать исправно при воздействии на него определенного количества ЭМП, и не должно излучать ЭМП, которые могут создавать помехи другому оборудованию (например, радио).

  Радиочастотный сигнал ухудшает качество в течение 21-го века примерно на один децибел в год, потому что частотный ресурс становится все более переполненным. Это нанесло ущерб индустрии производства мобильных телефонов, так как компании были вынуждены ставить больше передающих вышек (на новых частотах), которые затем создают больше помех и поэтому требуют больше инвестиций со стороны провайдеров, а также частые обновления мобильных телефонов, чтобы соответствовать новым условиям.[10]

  История

  С первых дней радиосвязи ощущались негативные последствия вмешательства в передачи данных как преднамеренных, так и непреднамеренных, и стала очевидной необходимость управления радиочастотным ресурсом.

  В 1933 году на заседании Международной электротехнической комиссией (МЭК) в Париже было принято решение о создании Международного специального комитета по радиопомехам (МСКРП) для решения новой проблемы ЭМП. МСКРП впоследствии производят технические публикации по измерениям и испытаниям, методам и рекомендуемым излученям. Это развивалось в течение многих десятилетий и сегодня эти правила составляют основу большей части ЭМС в мире.

  В 1979 году правовые ограничения были наложены на электромагнитное излучение от всего цифрового оборудования в США в ответ на увеличение числа цифровых систем, которые мешали проводной и радиосвязи. Методы испытаний и пределы были основаны на публикациях МСКРП, хотя аналогичные ограничения были уже вступившими в силу в некоторых частях Европы.

  В середине 1980-х годов члены Европейского союза приняли ряд "новых подходов" с целью стандартизации технических требований к продукции, с тем, чтобы они не стали препятствием для торговли в странах ЕС. Одним из них была EMC (89/336/EC) [11] и она распространяется на все оборудование, размещенное на рынке или принятое на вооружение. Ее сфера охватывает все аппараты, которые "могут вызвать электромагнитные помехи или выполнение которых несет ответственность, если будут затронуты такие нарушения".

  Это было первым требованием закона об иммунитете, а также выбросов от аппаратуры, предназначенной для населения в целом. И хотя могут быть дополнительные расходы на некоторые виды продукции, чтобы дать им известный уровень иммунитета, но это повышает их воспринимаемое качества, так как они могут сосуществовать с аппаратом в активной среде ЭМП нового времени и с меньшим количеством проблем.

  Многие страны имеют сходные требования к продукции для удовлетворения определенного уровня ЭМС регулирования.

  Стандарты

  Международный специальный комитет по радиопомехам или МСКРП, который представляет собой комитет Международной электротехнической комиссии (МЭК), устанавливает международные стандарты для излучаемых и проводных электромагнитных помех. Это гражданские стандарты бытового, коммерческого, промышленного и автомобильного секторов. Эти стандарты являются основой других региональных и национальных стандартов, в первую очередь европейских норм (EN), написанным CENELEC (Европейский комитет по стандартизации электротехники).

  ЭМП в интегральных схемах

  Интегральные схемы часто являются источником электромагнитных помех, но они обычно должны излучать значительную часть своей энергии в более крупные объекты, такие как радиаторы, платы самолетов и кабели.[12]

  На интегральных схемах важным средством сокращения ЭМП являются: использование фильтров или конденсаторов развязки на каждом активном устройстве (подключенного через блок питания, как можно ближе к устройству, насколько возможно), время нарастания контроля высокочастотных сигналов с использованием последовательных резисторов, [13] и Vсс фильтрации. Экранирование обычно применяется в крайнем случае, если применение других методов не удалось, из-за дополнительных расходов защитных компонентов, таких как проводящие прокладки.

  Эффективность излучения зависит от высоты над землей плоскости, мощности и длины проводника в зависимости от длины волны сигнала ( основной частоты , гармонический или переходной (выброс, недолет или звон)). На более низких частотах, например, 133 МГц , излучение происходит почти исключительно через кабели ввода / вывода; радиочастотный шум попадает на мощные самолеты и соединен с линией драйверов через Vсс и выводы заземления. Радиофильтр затем соединяют с кабелем через магистральный усилитель синфазного шума. Поскольку шум - синфазный, экранирование имеет очень небольшой эффект, даже при дифференциальных парах. Радиочастотная энергия с помощью емкостной связи по сигналу пары щит и щит излучается сама по себе. Одним решением от этой проблемы является использование выключателя или дросселя для уменьшения синфазного сигнала.

  На более высоких частотах, как правило, выше 500 МГц, электрические линии длиннее и выше над плоскостью. Два метода используются на этих частотах: формирования волны с серии резисторов и вложения трасс между двумя плоскостями. Если все эти меры по-прежнему оставляют слишком много ЭМП, применяют такие как радиочастотные прокладки и медные ленты. Большинство цифрового оборудования разработано с металлом или проводящим пластиковым покрытием.

  Радиочастотная защита и тестирование

  Как правило, интегральные схемы демодуляции высокочастотных сигналов обычно находятся в окружающей среде из-за наличия мобильных телефонов. [14] Эти ИС демодулируют сигналы высокой частоты от оператора мобильной связи (например, GSM850 и GSM1900, GSM900 и GSM1800) и переводят в низкочастотные (например, 217 Гц) демодулированные сигналы. [15] Эта демодуляция проявляется в нежелательных звуковых шумах в аудиоприборах, таких как микрофонный усилитель, динамик усилителя, автомагнитолы, телефоны и т.д. Добавление бортовых ЭМП-фильтров или специальных методов служат для улучшения иммунитета. [16] Некоторые микросхемы (например, LMV831-LMV834 , MAX9724) предназначены иметь целостные радиочастотные фильтры или специальную конструкцию, которые мешают демодуляции высокой несущей частоты. Эти микросхемы также подвергаются тестам для измерения их способности опротивостоять ЭМП.

  Дизайнеры часто проводят специальные тесты для радиочастотной защиты частей, которые будут использоваться в системе. Эти тесты часто делаются в безэховой камере с контролируемой средой, где тест векторов производят ВЧ-поля схожие с полями в реальной среде.[15]

  РЧП в радиоастрономии

  Вмешательством в радиоастрономии, где оно обычно называется радиочастотной помехой (РЧП), является любой источник передачи, который находится в пределах наблюдаемой полосы частот ближе, чем другие небесные источники. Потому что передатчики на и вокруг Земли может быть во много раз сильнее, чем астрономические сигналы, представляющие интерес, РЧП является серьезной проблемой для выполнения задач радиоастрономии. Природные источники помех, такие как молния и Солнце, также часто называют РЧП.

  Некоторые из полос частот, которые очень важны для радиоастрономии, такие как 21-см ВЧ-сигналы в 1420 МГц, охраняются в регулировании в связи с управлением использования спектра. Однако, современные радиоастрономические обсерватории, таких как VLA , LOFAR и ALMA имеют очень большую пропускную способностью. Из-за ограниченного спектрального пространства на радиочастотах, эти полосы частот не могут быть полностью распределены между радиоастрономиями. Поэтому, обсерваториям приходится иметь дело с РЧП в своих замечаниях.

  Методы работы с диапазоном частот зависят от РЧП фильтров в аппаратах с продвинутым алгоритмом в программном обеспечении. Один способ борьбы с сильным передатчиком состоит в отфильтровывании частоты источника полностью. Например, в случае с LOFAR обсерваторией, которая отфильтровывает FM радиостанции между 90-110 МГц. Важно удалить такие сильные источники помех как можно скорее, потому что они могут "насыщать" высокочувствительные приемники ( усилители и аналого-цифровые преобразователи ). Это означает, что принимаемый сигнал сильнее, чем приемник может обрабатывать. Тем не менее, отфильтровывая полосы частот, подразумевается, что эти частоты не могут наблюдаться с инструментом.

  Распространенный метод для борьбы с РЧП в пределах наблюдаемой частоты пропускания, является использование РЧП обнаружения в программном обеспечении. Такое программное обеспечение может найти образцы по времени, частоте или временно-частотном пространстве, источников, загрязненных помехами. Эти образцы впоследствии игнорируется в дальнейшем анализе наблюдаемых данных. Этот процесс часто называют данными маркировки. Поскольку большинство передатчиков имеют небольшую пропускную способность и не работают постоянно (например, молния), большая часть данных остается доступными для анализа астрономами. Тем не менее, данные маркировки не могут решить проблемы с непрерывными широкополосными передатчиками, такими как цифровые видео или аудио передатчики.

  Ссылки

  1.Based on the "interference" entry of The Concise Oxford English Dictionary, 11th edition, online

  2.Sue, M.K. "Radio frequency interference at the geostationary orbit". NASA. Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 6 October 2011.

  3.http://www.radiosky.com/journal0901.html RadioSky Journal

  4.Radio frequency interference / editors, Charles L. Hutchinson, Michael B. Kaczynski ; contributors, Doug DeMaw ... [et al.]. 4th ed. Newington, CT American Radio Relay League c1987.

  5.Radio frequency interference handbook. Compiled and edited by Ralph E. Taylor. Washington Scientific and Technical Information Office, National Aeronautics and Space Administration; [was for sale by the National Technical Information Service, Springfield, Va.] 1971.

  6.http://www.arrl.org/tis/info/rfigen.html RadioFrequency Interference/ElectroMagnetic Interference, ARRL

  7.http://www.kyes.com/antenna/interference/tvibook.html INTERFERENCE HANDBOOK

  8."Lab Note #103 Snubbers - Are They Arc Suppressors?". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved February 05, 2012.

  9."Lab Note #105 EMI Reduction - Unsuppressed vs. Suppressed". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved February 05, 2012.

  10."WTF is... RF-MEMS?"

  11.http://ec.europa.eu/enterprise/electr_equipment/emc/directiv/text.htm For full text for directive and subsequent amendments.

  12.Clemson Vehicular Electronics Laboratory Web Site: Integrated Circuit EMC page.

  13."Don't "despike" your signal lines, add a resistor instead."

  14.http://www.ce-mag.com/archive/2000/novdec/fiori.html Compliance Engineering

  15.http://rfdesign.com/mag/510RFD33.pdf Measurement technique for RF Immunity

  16.http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3660 PCB techniques to achieve better RF Immunity