Elektromanyetik girişim - Electromagnetic interference
Radyo frekansı spektrumundayken radyo frekansı paraziti ( RFI ) olarak da adlandırılan elektromanyetik parazit ( EMI ), bir elektrik devresini elektromanyetik indüksiyon , elektrostatik eşleme veya iletim yoluyla etkileyen harici bir kaynak tarafından üretilen bir bozukluktur . Bozulma, devrenin performansını düşürebilir veya hatta çalışmasını durdurabilir. Bir veri yolu söz konusu olduğunda, bu etkiler hata oranındaki bir artıştan toplam veri kaybına kadar değişebilir. Hem insan yapımı hem de doğal kaynaklar, EMI'ye neden olabilecek değişen elektrik akımları ve gerilimleri üretir: ateşleme sistemleri , cep telefonlarının hücresel ağı , yıldırım , güneş patlamaları ve auroralar (kuzey / güney ışıkları). EMI sıklıkla AM radyoları etkiler . Ayrıca cep telefonlarını , FM radyoları ve televizyonları , ayrıca radyo astronomisi ve atmosfer bilimi için gözlemleri de etkileyebilir .
Tarih
Radyo iletişiminin ilk günlerinden bu yana, hem kasıtlı hem de kasıtsız yayınlardan kaynaklanan parazitlerin olumsuz etkileri hissedildi ve radyo frekansı spektrumunu yönetme ihtiyacı ortaya çıktı.
1933'te, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu'nun (IEC) Paris'teki bir toplantısı , ortaya çıkan EMI sorunuyla başa çıkmak için Uluslararası Radyo Paraziti Özel Komitesi'nin ( CISPR ) kurulmasını tavsiye etti. CISPR daha sonra ölçüm ve test tekniklerini ve önerilen emisyon ve bağışıklık limitlerini kapsayan teknik yayınlar üretti. Bunlar on yıllar içinde gelişti ve bugün dünyadaki EMC düzenlemelerinin çoğunun temelini oluşturdu .
1979'da, kablolu ve radyo iletişimi ile etkileşime giren dijital sistemlerin sayısının artmasına yanıt olarak ABD'deki FCC tarafından tüm dijital ekipmanlardan elektromanyetik emisyonlara yasal sınırlar getirildi . Test yöntemleri ve sınırları CISPR yayınlarına dayanıyordu, ancak benzer sınırlar Avrupa'nın bazı bölgelerinde zaten uygulanıyordu.
1980'lerin ortalarında, Avrupa Birliği üye devletleri, ürünler için teknik gereklilikleri standartlaştırmak amacıyla bir dizi "yeni yaklaşım" direktifini kabul ettiler, böylece bunlar, AT içinde ticarete engel teşkil etmezler. Bunlardan biri EMC Direktifidir (89/336 / EC) ve piyasaya sürülen veya hizmete alınan tüm ekipmanlar için geçerlidir. Kapsamı, "elektromanyetik bozukluğa neden olabilecek veya performansı bu tür bir bozulmadan etkilenebilecek" tüm cihazları kapsar.
Bu, bağışıklığa ilişkin yasal bir zorunluluğun yanı sıra genel nüfusa yönelik cihazlardaki emisyonların ilk kez ortaya çıkmasıydı. Bazı ürünlerin kendilerine bilinen bir bağışıklık seviyesi kazandırması için ek maliyetler söz konusu olabilse de, modern zamanların aktif EM ortamında ve daha az problemle cihazla bir arada bulunabildikleri için algılanan kalitelerini arttırır.
Artık birçok ülke, bazı seviyelerde elektromanyetik uyumluluk (EMC) düzenlemesini karşılayan ürünler için benzer gereksinimlere sahiptir .
Türler
Elektromanyetik girişim aşağıdaki şekilde kategorize edilebilir:
- tipik olarak radyo ve TV istasyonları veya cep telefonları gibi amaçlanan iletimlerden yayılan dar bant EMI veya RFI
- geniş bant EMI veya RFI, elektrik enerjisi iletim hatları gibi kaynaklardan istem dışı radyasyondur .
İletilen elektromanyetik parazit, indüksiyonun (iletkenlerin fiziksel teması olmaksızın) neden olduğu yayılan EMI'nin aksine iletkenlerin fiziksel temasından kaynaklanır. Bir iletkenin EM alanındaki elektromanyetik bozulmalar artık iletkenin yüzeyiyle sınırlı kalmayacak ve ondan uzağa yayılacaktır. Bu, tüm iletkenlerde devam eder ve iki yayılan elektromanyetik alan arasındaki karşılıklı endüktans EMI ile sonuçlanır.
ITU tanımı
Parazit anlamı ile elektromanyetik girişim , aynı zamanda radyo frekans parazit ( EMİ veya RFI ) - 'dir göre madde 1.166 arasında Uluslararası Telekomünikasyon Birliği ' ler (ITU) Radyo Yönetmeliği (RR) - istenmeyen enerji etkisi nedeniyle" olarak tanımlanmaktadır herhangi bir performans bozulması, yanlış yorumlama veya bu tür istenmeyen enerjinin yokluğunda çıkarılabilecek bilgi kaybıyla kendini gösteren bir radyo iletişim sisteminde alım üzerine emisyonların , radyasyonların veya indüksiyonların biri veya bir kombinasyonu ".
Bu aynı zamanda frekans idaresi tarafından frekans atamaları ve frekans kanallarının radyo istasyonlarına veya sistemlere atanmasını sağlamak ve ayrıca radyo komünikasyon hizmetleri arasındaki elektromanyetik uyumluluğu analiz etmek için kullanılan bir tanımdır .
ITU RR (madde 1) uyarınca parazit varyasyonları aşağıdaki şekilde sınıflandırılır:
- izin verilen müdahale
- kabul edilebilir girişim
- zararlı müdahale
İletilen girişim
İletilen EMI, indüksiyonun neden olduğu (iletkenlerin fiziksel teması olmadan) yayılan EMI'nin aksine iletkenlerin fiziksel temasından kaynaklanır .
Daha düşük frekanslar için, EMI'ye iletim ve daha yüksek frekanslar için radyasyon neden olur.
Topraklama teli üzerinden EMI de bir elektrik tesisinde çok yaygındır.
Farklı radyo teknolojilerinin duyarlılıkları
Parazit , istenmeyen bant içi sinyalleri amaçlanan sinyalden ayırmanın hiçbir yolu olmayan analog genlik modülasyonu ve yayın sistemlerinde kullanılan çok yönlü antenler gibi eski radyo teknolojilerinde daha sorunlu olma eğilimindedir . Daha yeni radyo sistemleri, seçiciliği artıran çeşitli iyileştirmeler içerir . Gibi dijital radyo sistemlerinde, Wi-Fi , hata düzeltme teknikleri de kullanılabilir. Yayılı spektrum ve frekans atlama teknikleri, girişime karşı direnci artırmak için hem analog hem de dijital sinyalizasyonla birlikte kullanılabilir. Parabolik bir anten veya bir çeşitlilik alıcısı gibi oldukça yönlü bir alıcı, diğerlerini hariç tutmak üzere uzayda bir sinyali seçmek için kullanılabilir.
Bugüne kadarki en uç dijital yayılma spektrumlu sinyalleşme örneği, yüksek bant genişliğine sahip dijital verileri iletmek için düşük genliklerde radyo spektrumunun büyük bölümlerinin kullanılmasını öneren ultra geniş banttır ( UWB ) . UWB, eğer özel olarak kullanılırsa, spektrumun çok verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayacaktır, ancak UWB olmayan teknolojinin kullanıcıları, alıcılarına neden olacağı parazit nedeniyle spektrumu yeni sistemle paylaşmaya henüz hazır değiller (UWB'nin düzenleyici etkileri) ultra geniş bant makalesinde tartışılmaktadır ).
Tüketici cihazlarına müdahale
Potansiyel RFI ve EMI kaynakları şunları içerir: çeşitli tipte vericiler , kapı zili transformatörleri, ekmek kızartma makinesi fırınları , elektrikli battaniyeler , ultrasonik haşere kontrol cihazları, elektrikli böcek öldürücüler , ısıtma pedleri ve dokunmatik kontrollü lambalar . Birbirine çok yakın oturan birden fazla CRT bilgisayar monitörü veya televizyonu, özellikle de gaussing bobinlerinden biri etkinleştirildiğinde , resim tüplerinin elektromanyetik yapısı nedeniyle bazen birbirlerine "yalpalama" etkisine neden olabilir .
Elektrik motorları, transformatörler, ısıtıcılar, lambalar, balast, güç kaynakları vb. Gibi anahtarlama yüklerinin ( endüktif , kapasitif ve dirençli ) tümü özellikle 2 A'nın üzerindeki akımlarda elektromanyetik parazite neden olur . EMI'yi bastırmak için kullanılan genel yöntem , bir çift kontak üzerinden bir kapasitör ile seri olarak bir direnç olan bir sönümleyici ağı bağlamaktır . Bu, çok düşük akımlarda mütevazı EMI azalması sunabilirken, snubberlar 2 A üzerindeki akımlarda elektromekanik kontaklı çalışmaz .
EMI'yi bastırmanın başka bir yöntemi , pahalı olmayan ve rahatsız edici cihazın veya tehlikeye atılan cihazın güç kablosuna takılan ferrit çekirdekli gürültü bastırıcıların (veya ferrit boncukların ) kullanılmasıdır.
Çoğu ülkenin elektromanyetik uyumluluğu zorunlu kılan yasal gereksinimleri vardır : elektronik ve elektrikli donanım belirli miktarlarda EMI'ye maruz kaldıklarında hala doğru şekilde çalışmalıdır ve diğer ekipmanlarla (radyolar gibi) parazite neden olabilecek EMI yaymamalıdır.
21. yüzyıl boyunca radyo frekansı sinyal kalitesi, spektrum gittikçe kalabalıklaştıkça yılda yaklaşık bir desibel azalmıştır. Şirketler, daha fazla parazite neden olan daha fazla hücresel kuleler (yeni frekanslarda) kurmak zorunda kaldıklarından, cep telefonu endüstrisinde bir Red Queen yarışına neden oldu ve bu nedenle sağlayıcılar tarafından daha fazla yatırım ve cep telefonlarının sık sık güncellenmesini gerektirdi.
Standartlar
Uluslararası Elektroteknik Komisyonu'nun (IEC) bir komitesi olan Uluslararası Radyo Paraziti Özel Komitesi veya CISPR ("Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques" in Fransızca kısaltması), yayılan ve iletilen elektromanyetik parazit için uluslararası standartlar belirler. Bunlar yerli, ticari, endüstriyel ve otomotiv sektörleri için sivil standartlardır. Bu standartlar, diğer ulusal veya bölgesel standartların, özellikle de CENELEC (Avrupa elektroteknik standardizasyon komitesi) tarafından yazılan Avrupa Normlarının (EN) temelini oluşturur. ABD kuruluşları arasında Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü (IEEE), Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) ve ABD Ordusu (MILSTD) bulunmaktadır.
Entegre devrelerde EMI
Entegre devreler genellikle bir EMI kaynağıdır, ancak genellikle enerjilerini önemli ölçüde yaymak için soğutucu, devre kartı düzlemleri ve kablolar gibi daha büyük nesnelere bağlamaları gerekir.
Üzerinde entegre devreler , EMI azaltmanın önem taşır: bypass veya kullanımı ayırma kapasitörler , (mümkün olduğu kadar cihaza yakın olarak, güç kaynağı üzerinden bağlı) her bir aktif cihaz ile ilgili yükselme süresi serisi rezistansı kullanılarak yüksek hızlı sinyallerinin kontrolü, ve IC güç kaynağı pin filtreleme. Koruyucu contalar gibi koruyucu bileşenlerin ek masrafı nedeniyle, diğer teknikler başarısız olduktan sonra genellikle son çaredir.
Radyasyonun verimliliği, yer düzlemi veya güç düzlemi üzerindeki yüksekliğe ( RF'de biri diğeri kadar iyidir) ve sinyal bileşeninin dalga boyuna ( temel frekans , harmonik veya geçici olay) göre iletkenin uzunluğuna bağlıdır. aşma, yetersizlik veya zil sesi gibi). 133 MHz gibi daha düşük frekanslarda, radyasyon neredeyse yalnızca I / O kabloları aracılığıyla sağlanır; RF gürültüsü güç düzlemlerine girer ve VCC ve GND pimleri aracılığıyla hat sürücülerine bağlanır. Daha sonra RF, ortak mod gürültüsü olarak hat sürücüsü aracılığıyla kabloya bağlanır . Gürültü ortak mod olduğundan, ekranlamanın farklı çiftlerle bile çok az etkisi vardır . RF enerjisi, sinyal çiftinden blendaja kapasitif olarak bağlanır ve kalkanın kendisi yaymayı yapar. Bunun bir çaresi , ortak mod sinyalini azaltmak için bir örgü kesici veya jikle kullanmaktır.
Daha yüksek frekanslarda, genellikle 500 MHz'nin üzerinde, izler elektriksel olarak uzar ve düzlemin üzerinde yükselir. Bu frekanslarda iki teknik kullanılır: Seri dirençlerle dalga şekillendirme ve izleri iki düzlem arasına gömme. Tüm bu önlemler hala çok fazla EMI bırakıyorsa, RF contaları ve bakır bant gibi ekranlar kullanılabilir. Çoğu dijital ekipman, metal veya iletken kaplı plastik kasalarla tasarlanmıştır.
RF bağışıklığı ve testi
Herhangi bir korumasız yarı iletken (ör. Entegre bir devre), ev ortamında (ör. Cep telefonları) yaygın olarak bulunan radyo sinyalleri için bir dedektör görevi görme eğiliminde olacaktır. Böyle bir detektör, yüksek frekanslı cep telefonu taşıyıcısını (örneğin, GSM850 ve GSM1900, GSM900 ve GSM1800) demodüle edebilir ve düşük frekanslı (örneğin 217 Hz) demodüle edilmiş sinyaller üretebilir. Bu demodülasyon, mikrofon amplifikatörü, hoparlör amplifikatörü, araba radyosu, telefonlar vb. Gibi ses cihazlarında istenmeyen duyulabilir vızıltı olarak kendini gösterir . Yerleşik EMI filtreleri veya özel yerleşim teknikleri eklemek, EMI'yi atlamaya veya RF bağışıklığını iyileştirmeye yardımcı olabilir. Bazı IC'ler (örneğin, LMV831-LMV834, MAX9724) entegre RF filtrelerine veya yüksek frekanslı taşıyıcının herhangi bir demodülasyonunu azaltmaya yardımcı olan özel bir tasarıma sahip olacak şekilde tasarlanmıştır.
Tasarımcılar genellikle bir sistemde kullanılacak parçaların RF bağışıklığı için özel testler yapmalıdır. Bu testler genellikle , test vektörlerinin gerçek ortamda üretilene benzer bir RF alanı ürettiği, kontrollü bir RF ortamına sahip yankısız bir odada yapılır .
Radyo astronomisinde RFI
Müdahale radyo astronomi yaygın radyo-frekans girişimi (RFI) olarak ifade edilir, gök kaynakların kendileri dışındaki gözlenen frekans bandı içindedir geçmesine ilişkin herhangi bir kaynağıdır. Dünya üzerindeki ve çevresindeki vericiler, ilgili astronomik sinyalden çok daha güçlü olabileceğinden, RFI, radyo astronomisinin gerçekleştirilmesi için büyük bir endişe kaynağıdır. Yıldırım ve Güneş gibi doğal parazit kaynakları da genellikle RFI olarak adlandırılır.
1420 MHz'de 21 cm HI hattı gibi radyo astronomisi için çok önemli olan bazı frekans bantları regülasyonla korunmaktadır. Buna spektrum yönetimi denir . Bununla birlikte, VLA , LOFAR ve ALMA gibi modern radyo-astronomik gözlemevleri , gözlemleyebilecekleri çok büyük bir bant genişliğine sahiptir. Radyo frekanslarındaki sınırlı spektral alan nedeniyle, bu frekans bantları tamamen radyo astronomisine tahsis edilemez. Bu nedenle, gözlemevlerinin gözlemlerinde RFI ile ilgilenmeleri gerekmektedir.
RFI ile başa çıkma teknikleri, donanımdaki filtrelerden yazılımdaki gelişmiş algoritmalara kadar uzanır. Güçlü vericilerle baş etmenin bir yolu, kaynağın frekansını tamamen filtrelemektir. Bu, örneğin 90-110 MHz arasındaki FM radyo istasyonlarını filtreleyen LOFAR gözlemevi için geçerlidir. Böylesine güçlü parazit kaynaklarını mümkün olan en kısa sürede ortadan kaldırmak önemlidir, çünkü bunlar son derece hassas alıcıları ( amplifikatörler ve analogdan dijitale dönüştürücüler ) "doyurabilir", bu da alınan sinyalin alıcının kaldırabileceğinden daha güçlü olduğu anlamına gelir. Bununla birlikte, bir frekans bandının filtrelenmesi, bu frekansların cihazla asla gözlenemeyeceği anlamına gelir.
Gözlemlenen frekans bant genişliği içinde RFI ile başa çıkmak için yaygın bir teknik, yazılımda RFI tespitini kullanmaktır. Bu tür yazılımlar, parazit yapan bir kaynak tarafından kirletilen örnekleri zaman, frekans veya zaman-frekans uzayında bulabilir. Bu örnekler, daha sonra, gözlemlenen verilerin daha ileri analizinde göz ardı edilir. Bu işleme genellikle veri işaretleme adı verilir . Vericilerin çoğu küçük bir bant genişliğine sahip olduğundan ve yıldırım veya vatandaşların bant (CB) radyo cihazları gibi sürekli mevcut olmadığından , verilerin çoğu astronomik analiz için kullanılabilir durumda kalır. Ancak veri işaretleme, yel değirmenleri, dijital video veya dijital ses vericileri gibi sürekli geniş bant vericilerle ilgili sorunları çözemez .
RFI'yi yönetmenin bir başka yolu, bir radyo sessiz bölgesi (RQZ) oluşturmaktır. RQZ, bölge içindeki radyo astronomi gözlemleri lehine RFI'yi azaltmak için özel düzenlemelere sahip alıcıları çevreleyen iyi tanımlanmış bir alandır. Yönetmelikler, spektrum ve güç akısının özel yönetimini veya güç akısı yoğunluğu sınırlamalarını içerebilir. Bölgedeki kontroller, radyo vericileri veya radyo cihazları dışındaki öğeleri kapsayabilir. Bunlar, uçak kontrollerini ve endüstriyel, bilimsel ve tıbbi cihazlar, araçlar ve güç hatları gibi istem dışı radyatörlerin kontrolünü içerir. Radyo astronomisi için ilk RQZ , 1958'de kurulan Birleşik Devletler Ulusal Radyo Sessiz Bölgesi'dir (NRQZ).
Çevresel izleme hakkında RFI
Wi-Fi'nin piyasaya sürülmesinden önce, 5 GHz bandının en büyük uygulamalarından biri Terminal Doppler Hava Durumu Radarı'dır . Wi-Fi için 5 GHz spektrumunun kullanılması kararı 2003 yılında Dünya Radyo İletişim Konferansı'nda sonuçlandırıldı ; ancak meteoroloji camiası sürece dahil edilmedi. DFS'nin daha sonra gevşek uygulanması ve yanlış yapılandırılması, dünya çapında bir dizi ülkede hava durumu radar operasyonlarında önemli kesintilere neden oldu. Macaristan'da, hava durumu radar sistemi bir aydan uzun süredir çalışmaz ilan edildi. Parazitin ciddiyeti nedeniyle, Güney Afrika hava durumu hizmetleri, C bandı operasyonunu bırakarak radar ağlarını S bandına geçirdi .
Hava durumu uyduları gibi pasif uzaktan algılama tarafından kullanılanlara bitişik bantlardaki iletimler , bazen önemli olan parazite neden olmuştur. Yeterince düzenlenmemiş 5G'nin benimsenmesinin büyük müdahale sorunları yaratabileceğine dair endişeler var . Ciddi müdahale, sayısal hava tahmin performansını önemli ölçüde bozabilir ve önemli ölçüde olumsuz ekonomik ve kamu güvenliği etkilerine neden olabilir. Bu endişeler, ABD Ticaret Bakanı Wilbur Ross ve NASA Yöneticisi Jim Bridenstine'in Şubat 2019'da FCC'yi önerilen spektrum müzayedesini iptal etmeye çağırmasına neden oldu, ancak bu reddedildi.
Ayrıca bakınız
- Elektromanyetik radyasyon
- Elektromanyetik koruma
- Faraday kafesi
- Girişim (iletişim)
- Güç bütünlüğü
- Radyo alıcısı
- Sinyal bütünlüğü
- Sinyal gürültüsü
- Bükülmüş çift
Referanslar
|Wikimedia Commons, Elektromanyetik girişimle ilgili medyaya sahiptir .|