Электромагнитное помехи

«Электромагнитный шум» перенаправляет здесь. Для акустического шума из -за электромагнитных полей см. Электромагнитно индуцированный акустический шум .

Duration: 14 hours, 36 minutes and 29 seconds.14:36:29

Запись палаты представителей США дебаты 8 октября 2002 года, прерванная и искаженная электромагнитным вмешательством из солнечной вспышки примерно в 14:30.

Электромагнитное помехи в аналоговый телевизионный сигнал

Электромагнитные интерференции ( EMI ), также называемая радиочастотными интерференциями ( RFI ), когда в радиочастотном спектре представляет собой нарушение, генерируемое внешним источником, который влияет на электрическую схему путем электромагнитной индукции , электростатического соединения или проводимости. Нарушение может ухудшить производительность цепи или даже остановить ее от функционирования. В случае пути данных эти эффекты могут варьироваться от увеличения частоты ошибок до общей потери данных. Как человеческие, так и естественные источники генерируют изменение электрических токов и напряжений, которые могут вызвать EMI: системы зажигания , сотовая сеть мобильных телефонов, молния , солнечные вспышки и ауроры (северное/южное сияние). EMI часто поражает радиостанции Am . Это также может повлиять на мобильные телефоны , радиостанции и телевизоры , а также наблюдения за радиоастрономией и атмосферной наукой .

EMI может быть преднамеренно использоваться для радиоприемника , как в электронных войнах .

Вмешательство на 5 ГГц Wi-Fi, наблюдаемое на доплеровском погодном радаре

История

Начиная с самых ранних дней радиосвязи, были ощущались негативные последствия вмешательства как на преднамеренных, так и непреднамеренных передачи, и необходимость управления радиочастотным спектром стала очевидной.

В 1933 году собрание Международной электротехнической комиссии Международный специальный комитет по радио вмешательства ( CISPR (МЭК) в Париже рекомендовало создать ), чтобы решить возникающую проблему EMI. Впоследствии CISPR выпустил технические публикации, охватывающие методы измерения и тестирования, а также рекомендованные ограничения выбросов и иммунитета. Они развивались в течение десятилетий и составляли основу большей части мировых правил EMC сегодня.

в США были наложены на электромагнитные выбросы от всего цифрового оборудования В 1979 году FCC в США в ответ на увеличение числа цифровых систем, которые мешали проводной и радиосвязи. Методы испытаний и пределы были основаны на публикациях CISPR, хотя аналогичные ограничения уже были соблюдены в некоторых частях Европы.

В середине 1980 -х годов государства -члены Европейского Союза приняли ряд директив «нового подхода» с намерением стандартизировать технические требования для продуктов, чтобы они не стали барьером для торговли в рамках ЕС. Одним из них была директива EMC (89/336/EC) и это относится ко всему оборудованию, размещенному на рынке или взято в эксплуатацию. Его применение охватывает весь аппарат «подверженным тому, чтобы вызвать электромагнитное возмущение или производительность которого может быть затронут таким нарушением».

Это был первый раз, когда было юридическое требование об иммунитете, а также выбросы на аппарате, предназначенные для населения в целом. Хотя для некоторых продуктов могут быть дополнительные затраты, чтобы дать им известный уровень иммунитета, это увеличивает их воспринимаемое качество, поскольку они способны сосуществовать с аппаратами в активной среде EM в современную времени и с меньшим количеством проблем.

В настоящее время многие страны имеют аналогичные требования для продуктов для достижения некоторого уровня регулирования электромагнитной совместимости (EMC).

Типы

Электромагнитные помехи делятся на несколько категорий в соответствии с характеристиками источника и сигнала.

Происхождение помех, часто называемое «шумом» в этом контексте, может быть человеком, созданным человеком (искусственным) или естественным.

Непрерывная или непрерывная волна (CW) возникает помехи, когда источник непрерывно излучает в данном диапазоне частот. Этот тип естественным образом делится на подкатегории в соответствии с частотным диапазоном, и в целом иногда называют «DC к дневному свету». Одна общая классификация - это узкополосная и широкополосная, в соответствии с распространением диапазона частот.

• Аудиочастота, от очень низких частот до 20 кГц. Частоты до 100 кГц иногда могут быть классифицированы как аудио. Источники включают:
  • Главные гули от: блоки питания, близлежащая проводка питания, линии передачи и подстанции.
  • Оборудование для обработки аудио, такое как усилители звука и громкоговорители .
  • Демодуляция высокочастотной волны несущей, такой как радиопередача FM .
• Радиочастотные интерференции (RFI), от обычно 20 кГц до верхнего предела, который постоянно увеличивается, поскольку технология подталкивает ее к более высокой. Источники включают:
  • Беспроводные и радиочастотные передачи
  • Телевизионные и радиоприемники
  • Промышленное, научное и медицинское оборудование (ISM)
  • Цифровая схема обработки, такая как микроконтроллеры
  • Поставки питания переключенного режима (SMP)
• Широкополосный шум может распространяться по частям любого или обоих частотных диапазонов, без особой частоты. Источники включают:
  • Солнечная активность
  • Непрерывно эксплуатируя заполнения искры, такие как дуговые сварщики
  • CDMA (спред-спектр) Мобильная телефония

Электромагнитный импульс (EMP), иногда называемый переходным нарушением, возникает, когда источник излучает краткосрочный импульс энергии. Энергия обычно является широкополосной связью по своей природе, хотя она часто возбуждает относительно узкую развернутую реакцию синусоидальной волны у жертвы.

Источники в целом делится на изолированные и повторяющиеся события.

Источники изолированных событий EMP включают:

• Действие переключения электрической схемы, включая индуктивные нагрузки, такие как реле, соленоиды или электродвигатели.
• Всаждения линии электропередачи /импульсы
• Электростатический разряд (ESD) в результате двух заряженных объектов, попавших в непосредственную близость или контакт.
• Молния электромагнитный импульс (LEMP), хотя обычно короткий серии импульсов.
• Ядерный электромагнитный импульс (NEMP) в результате ядерного взрыва. Вариантом этого является ядерное оружие EMP (конопля), предназначенное для создания импульса в качестве основного разрушительного эффекта.
• Неядерное электромагнитное импульс (NNEMP) оружие.

Источники повторяющихся событий EMP, иногда как обычные импульсные поезда , включают в себя:

• Электродвигатели
• Системы электрического зажигания, например, в бензиновых двигателях.
• Непрерывные действия по переключению цифровых электронных схем.

Проводимые электромагнитные помехи вызваны физическим контактом проводников, а не излучаемым EMI, который вызван индукцией (без физического контакта проводников). Электромагнитные нарушения в поле ЭМ проводника больше не будут ограничены поверхностью проводника и излучат от него. Это сохраняется во всех проводниках, и взаимная индуктивность между двумя излучаемыми электромагнитными полями приведет к EMI.

Механизмы связи

Четыре электромагнитных режима взаимодействия (EMI)

Некоторые из технических терминов, которые используются, могут использоваться с различными значениями. Некоторые явления могут упоминаться различными терминами. Эти термины используются здесь широко общепринятым способом, что согласуется с другими статьями в энциклопедии.

Основное расположение излучателя шума или источника, пути связи и жертвы, рецептора или раковины показано на рисунке ниже. Источник и жертва обычно являются электронными аппаратными устройствами, хотя источник может быть естественным явлением, таким как удары молнии , электростатический разряд (ESD) или, в одном известном случае , большим взрывом в происхождении вселенной.

Существует четыре основных механизма связи: проводящие , емкостные , магнитные или индуктивные и радиационные . Любой путь связи может быть разбит на один или несколько из этих механизмов связи, работающих вместе. Например, нижний путь на диаграмме включает индуктивные, проводящие и емкостные моды.

Проводящая связь возникает, когда путь связи между источником и жертвой образуется путем прямого электрического контакта с проводящим корпусом, например, линией передачи, проволоки, кабеля, трассировки печатной платы или металлического корпуса. Проводимый шум также характеризуется тем, как он появляется на разных проводниках:

• Связь с общим режимом: шум появляется в фазе (в одном направлении) на двух проводниках.
• Соединение дифференциального режима: шум появляется вне фазы (в противоположных направлениях) на двух проводниках.

Индуктивная связь возникает, когда источник и жертва разделены на короткое расстояние (обычно меньше, чем длина волны ). Строгое: «индуктивная связь» может быть двух видов: электрическая индукция и магнитная индукция. Обычно ссылаться на электрическую индукцию как емкостную связь , а также магнитную индукцию как индуктивную связь .

Емкостная связь возникает, когда существует различное электрическое поле между двумя соседними проводниками, как правило, меньше, чем длина волны, что вызывает изменение напряжения на принимающем проводнике.

Индуктивная связь или магнитная связь происходит, когда существует различное магнитное поле между двумя параллельными проводниками, как правило, меньше, чем длина волны, вызывая изменение напряжения вдоль приемного проводника.

Фильтр EMI для проведенного подавления эмиссии

Радиционная связь или электромагнитная связь возникает, когда источник и жертва разделяются большим расстоянием, как правило, больше, чем длина волны. Источник и жертва действуют как радио -антенны: источник излучает или излучает электромагнитную волну , которая распространяется через пространство между ними и поднимается или получает жертву.

Это определение

Взаимодействие со значением электромагнитных помех , а также радиочастотные помехи ( EMI или RFI )-в соответствии со статьей 1.166 Международного телекоммуникационного союза ( ITU) радиоуправлений (ОР) - Определяется как «эффект нежелательной энергии из -за одной или комбинации выбросов , излучения или индукции при приеме в системе радиокомкоммуникации , проявляемой любой деградацией производительности, неправильной интерпретацией или потерей информации, которая может быть извлечена в отсутствие такого. нежелательная энергия ».

Это также определение, используемое частотным администрацией для обеспечения частоты и присвоения частотных каналов для радиостанций или систем, а также для анализа электромагнитной совместимости между услугами радиокомкоммуникации .

В соответствии с вариациями помех ITU RR (статья 1) классифицируются следующим образом:

• допустимые помехи (RR 1.167)
• принятые помехи (RR 1.168)
• вредное вмешательство (RR 1.169)

Проводил вмешательство

Проводимый EMI вызван физическим контактом проводников, а не излучаемым EMI, вызванным индукцией (без физического контакта проводников).

Для более низких частот EMI вызвана проводимостью и, для более высоких частот, путем радиации.

EMI через заземляющий проволоку также очень распространена на электрическом объекте.

Восприимчивость различных радиотехнологий

Интерференция имеет тенденцию быть более неприятным с более старыми радиотехнологиями, такими как аналоговая амплитудная модуляция , которые не могут отличить нежелательные сигналы в диапазоне от предполагаемого сигнала, и вспоминающие антенны, используемые с системами вещания. Новые радиосистемы включают несколько улучшений, которые повышают селективность . В цифровых радиосистемах, таких как Wi-Fi , коррекции ошибок можно использовать методы . Методы спредопроводителя и частоты частоты могут использоваться как с аналоговой, так и с цифровой сигнализацией для повышения сопротивления помех. Высокий приемник , такой как параболическая антенна или приемник для разнообразия , может использоваться для выбора одного сигнала в пространстве для исключения других.

Наиболее экстремальным примером передачи сигналов цифрового спектра на сегодняшний день является сверхширочная полоса ( UWB ), в котором предлагается использование больших разделов радиоспекта при низких амплитудах для передачи цифровых данных с высокой пропускной способностью. UWB, если их использовать исключительно, обеспечит очень эффективное использование спектра, но пользователи технологии, не являющейся UWB обсуждаются в ультра широкополосной статье).

Вмешательство в потребительские устройства

В Соединенных Штатах публичный закон 1982 года 97-259 позволил Федеральной комиссии по связи (FCC) регулировать восприимчивость потребительского электронного оборудования.

Потенциальные источники RFI и EMI включают: Различные типы передатчиков , трансформаторы дверей, тостеры , электрические одеяла , ультразвуковые устройства борьбы с вредителями, электрические ошибки , нагревающие прокладки и лампы с контролируемыми сенсорными . Многочисленные компьютерные мониторы CRT или телевизоры, сидящие слишком близко друг к другу, иногда могут вызвать «эффект» друг в друге, из-за электромагнитной природы их картинных труб, особенно когда связанных с обезжиренным активируется одна из их катушек, ,.

Электромагнитные помехи при 2,4 ГГц могут быть вызваны 802.11b , 802.11g и 802.11n беспроводных устройств, устройствами Bluetooth , детскими мониторами и беспроводными телефонами , отправителями видео и микроволновыми печи .

Переключение нагрузок ( индуктивные , емкостные и резистивные ), такие как электромагнитные двигатели, трансформаторы, обогреватели, лампы, балласт, источники питания и т. Д., Все вызывает электромагнитные помехи, особенно в токах выше 2 а . Обычный метод, используемый для подавления EMI, - это подключение сети Snubber , резистор последовательно с конденсатором , через пару контактов. Хотя это может предлагать скромное сокращение EMI ​​в очень низких токах, Snubbers не работают на токах более 2 A с электромеханическими контактами.

Другим методом подавления EMI является использование супрессоров шума ферритового ядра (или ферритовых шариков ), которые являются недорогими и которые включаются в силовую лидерство оскорбительного устройства или скомпрометированного устройства.

Поставки питания переключенного режима могут быть источником EMI, но они стали менее проблемой, поскольку методы проектирования улучшились, такие как интегрированная коррекция коэффициента мощности .

В большинстве стран есть юридические требования, которые требуют электромагнитной совместимости : электронное и электрическое оборудование все еще должно работать правильно, когда подчиняется определенным количествам EMI, и не должно испускать EMI, что может мешать другим оборудованию (таким как радио).

Качество радиочастотного сигнала снизилось в течение 21 -го века примерно на один децибел в год, поскольку спектр становится все более переполненным. Это нанесло гонку Red Queen в индустрии мобильных телефонов, поскольку компании были вынуждены выставлять больше сотовых башен (на новых частотах), которые затем вызывают больше помех, тем самым требуя большего количества инвестиций поставщиков и частых мобильных телефонов для совпадения.

Стандарты

Международный Специальный комитет по радио вмешательства или CISPR (французская аббревиатура для «Comité International Special DES -возмущения Radiolectriques»), который является комитетом Международной электротехнической комиссии (МЭК), устанавливает международные стандарты для излучения и проведенного электромагнитного вмешательства. Это гражданские стандарты для внутренних, коммерческих, промышленных и автомобильных секторов. Эти стандарты составляют основу других национальных или региональных стандартов, особенно европейские нормы (EN), написанные Cenelec (Европейский комитет по электротехнической стандартизации). Американские организации включают Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), Американский национальный институт стандартов (ANSI) и американские военные (MILSTD).

EMI в интегрированных цепях

Основная статья: электромагнитная совместимость

Интегрированные схемы часто являются источником EMI, но они обычно должны соединить свою энергию с более крупными объектами, такими как радиаторы, самолеты и кабели, чтобы значительно излучать.

В интегрированных цепях важными средствами снижения EMI являются: использование обходных или отдельных конденсаторов на каждом активном устройстве (подключенное к источнику питания, как можно ближе к устройству), управление временем высокоскоростных сигналов с использованием серийных резисторов,, и IC PING PIN -штифт фильтрации. Экранирование, как правило, является последним средством после того, как другие методы потерпели неудачу из -за дополнительных расходов на экранирующие компоненты, такие как проводящие прокладки.

Эффективность излучения зависит от высоты над плоскостью заземления или плоскости питания (при RF , один такой же хороший, как и другой) и длины проводника по отношению к длине волны сигнального компонента ( фундаментальная частота , гармоника или переход такие как перехват, недостаток или звонок). На более низких частотах, таких как 133 МГц , излучение почти исключительно через кабели ввода -вывода; РЧ -шум попадает в плоскости питания и связан с драйверами линии через контакты VCC и GND. Затем RF связан с кабелем через линейный драйвер в виде шума обычного режима . Поскольку шум является обычным режимом, экранирование имеет очень небольшой эффект, даже с дифференциальными парами . Энергия радиочастота емкость сочетается с парой сигналов с щитом, а сам щит делает излучение. Одним из лекарств для этого является использование пшеника или дросселя , чтобы уменьшить сигнал общего режима.

На более высоких частотах, обычно выше 500 МГц, следы становятся электрически дольше и выше над плоскостью. На этих частотах используются два метода: формирование волн с помощью последовательных резисторов и внедрение следов между двумя плоскостями. Если все эти меры по -прежнему оставляют слишком много EMI, можно использовать слишком много EMI, может быть использована экранирование, такая как РЧ -прокладки и медная или проводящая лента. Большинство цифровых оборудования разработано с пластиковыми корпусами с металлическим или проводящим покрытием.

РЧ -иммунитет и тестирование

Любой неэкранированный полупроводник (например, интегрированная схема) будет действовать в качестве детектора для тех радиосигналов, которые обычно встречаются в внутренней среде (например, мобильные телефоны). Такой детектор может демодулировать высокочастотный носитель мобильного телефона (например, GSM850 и GSM1900, GSM900 и GSM1800) и производить низкочастотные (например, 217 Гц) демодулированные сигналы. Эта демодуляция проявляется как нежелательный слышимый гул в аудио приборах, таких как усилитель микрофона , усилитель динамиков , автомобильное радио, телефоны и т. Д. Добавление встроенных фильтров EMI или методы специальной планировки может помочь в обходе EMI ​​или улучшении иммунитета RF. Некоторые ICS разработаны (например, LMV831-LMV834, MAX9724 ) иметь интегрированные радиочастотные фильтры или специальную конструкцию, которая помогает уменьшить любую демодуляцию высокочастотного носителя.

Дизайнеры часто должны провести специальные тесты на радиочастотный иммунитет деталей, которые будут использоваться в системе. Эти тесты часто выполняются в анехозной камере с контролируемой РЧ -средой, где тестовые векторы производят радиочастотное поле, аналогичное тому, которое производилось в реальной среде.

RFI в радиоастрономии

Вмешательство в радиоастрономию , где оно обычно называют радиочастотными помехами (RFI), является любым источником передачи, который находится в наблюдаемой частотной полосе, отличной от самих небесных источников. Поскольку передатчики на земле и вокруг него могут быть много раз сильнее астрономического сигнала интереса, RFI является серьезной проблемой для выполнения радиоастрономии. Природные источники помех, такие как молния и солнце, также часто называют RFI.

Некоторые из частотных полос, которые очень важны для радиоастрономии, такие как 21-сантиметровая линия HI при 1420 МГц, защищены регулированием. Тем не менее, современные радио-астрономические обсерватории, такие как VLA , LOFAR и ALMA, имеют очень большую полосу пропускания, над которой они могут наблюдать. Из -за ограниченного спектрального пространства на радиочастотах эти полосы частот не могут быть полностью выделены на радиоастрономию; Например, красные изображения 21-сантиметровой линии из эпохи реонизации могут перекрываться с группой вещания FM (88–108 МГц), и, следовательно, радиотелескопы должны иметь дело с RFI в этой полосе пропускания.

Методы для борьбы с RFI варьируются от фильтров в аппаратном обеспечении до расширенных алгоритмов в программном обеспечении. Один из способов справиться с сильными передатчиками - полностью отфильтровать частоту источника. Это, например, случай для обсерватории LOFAR, которая отфильтровывает радиостанции FM между 90 и 110 МГц. Важно как можно скорее удалить такие сильные источники помех, потому что они могут «насыщать» высокочувствительные приемники ( усилители и аналоговые преобразователи ), что означает, что полученный сигнал сильнее, чем может обрабатывать приемник. Тем не менее, фильтрация полосы частот подразумевает, что эти частоты никогда не могут наблюдаться с помощью инструмента.

Общим методом работы с RFI в рамках наблюдаемой полосы частоты является использование обнаружения RFI в программном обеспечении. Такое программное обеспечение может найти образцы во времени, частоте или частоте времени, которые загрязнены мешающим источником. Эти образцы впоследствии игнорируются при дальнейшем анализе наблюдаемых данных. Этот процесс часто называют помечением данных . Поскольку большинство передатчиков имеют небольшую полосу пропускания и не постоянно присутствуют, такие как радиопомощь Lightning или Citizens Band (CB), большая часть данных остается доступной для астрономического анализа. Тем не менее, помещение данных не может решать проблемы с непрерывными широкополосными передатчиками, такими как ветряные мельницы, цифровое видео или цифровые аудио- передатчики.

Другим способом управления RFI является создание радио -тихой зоны (RQZ). RQZ-это четко определенная область окружающей среды, которая имеет специальные правила для уменьшения RFI в пользу радиоастрономических наблюдений в зоне. Правила могут включать в себя специальное управление спектром и потоком мощности или ограничениями плотности мощности. Элементы управления в зоне могут охватывать элементы, отличные от радиопередатчиков или радиоустройства. К ним относятся контроль самолетов и контроль непреднамеренных радиаторов, таких как промышленные, научные и медицинские устройства, транспортные средства и линии электропередач. Первым RQZ для радиоастрономии является национальная зона тихой радио США (NRQZ), созданная в 1958 году.

RFI по мониторингу окружающей среды

До введения Wi-Fi одним из самых больших применений полосы 5 ГГц был терминальный допплеровский погодный радар . Решение об использовании спектра 5 ГГц для Wi-Fi было завершено на Всемирной конференции по радиокоммуникации в 2003 году; Тем не менее, метеорологические власти не были вовлечены в процесс. Последующая значительная реализация и неправильная конфигурация DFS вызвали значительные нарушения в операциях по погодным радиолокаторам в ряде стран мира. В Венгрии система погодных радаров была объявлена ​​не операционной в течение более месяца. Из -за серьезности вмешательства Южноафриканские службы погоды в конечном итоге отказались от работы по полосу C, переключив свою радиолокационную сеть на полосу S.

Передача на соседних полосах с теми, которые используются пассивным дистанционным зондированием , таким как погодные спутники , вызвали помехи, иногда значимые. Существует обеспокоенность тем, что принятие недостаточно регулируемого 5G может вызвать серьезные вопросы помех. Значительные помехи могут ухудшить показатели численного прогнозирования погоды и оказывать негативное воздействие на экономическую и общественную безопасность. Эти опасения повели министра торговли США Уилбур Росс и администратор НАСА Джим Бриденстайн в феврале 2019 года призвать FCC отменить предложенный аукцион спектра , который был отклонен.

Смотрите также

• Электромагнитное излучение
• Электромагнитное экранирование
• Фарадей Кейдж
• Вмешательство (общение)
• Целостность власти
• Радиоприемник
• Целостность сигнала
• Сигнальный шум
• Извращенная пара

Внешние ссылки

• ARRL, RFI
• Руководство по интерференции
• Основы EMC Design
• Страница Клемсона EMC (инструменты и информация EMI)
• Учебники EMC