Elektromagnetische Interferenz

"Elektromagnetisches Rauschen" leitet hier weiter. Für akustische Rauschen aufgrund elektromagnetischer Felder siehe Elektromagnetisch induziertes akustisches Rauschen und Vibrationen.
Aufzeichnung des US -Repräsentantenhauses am 8. Oktober 2002, unterbrochen und durch elektromagnetische Einmischung von a verzerrt Sonneneruption Gegen 16:30 Uhr.
Elektromagnetische Interferenz im analogen TV -Signal

Elektromagnetische Interferenz (EMI), auch genannt Funkfrequenzstörung (RFI) wenn in der Radiofrequenz Spektrum ist eine Störung, die von einer externen Quelle erzeugt wird, die einen elektrischen Schaltkreis durch beeinflusst Elektromagnetische Induktion, elektrostatische Kopplung, oder Leitung.[1] Die Störung kann die Leistung des Stromkreises beeinträchtigen oder sogar nicht funktionieren. Bei einem Datenpfad können diese Effekte von einer Erhöhung der Fehlerrate auf einen Totalverlust der Daten reichen.[2] Sowohl künstliche als auch natürliche Quellen erzeugen wechselnde elektrische Ströme und Spannungen, die EMI verursachen können: Zündsysteme, Mobilfunk von Mobiltelefonen, Blitz, Sonneneruptionen, und Auroras (Nord-/Südlichter). EMI beeinflusst häufig Bin Radios. Es kann auch beeinflussen Mobiltelefone, FM -Radios, und Fernsehersowie Beobachtungen für Radioastronomie und Atmosphärische Wissenschaft.

EMI kann absichtlich für verwendet werden Radio Jamming, wie in elektronische Kriegsführung.

EMI Sound Probe 1
A GSM Das Handy -Signal stört ein Lautsprechersystem.
Probleme, diese Datei zu spielen? Sehen Medienhilfe.
EMI Sound Sample 2
A W-lan Signal stört ein Lautsprechersystem.
Probleme, diese Datei zu spielen? Sehen Medienhilfe.
Einmischung um 5 GHz Wi-Fi auf Doppler-Wetterradar beobachtet

Geschichte

Seit den frühesten Tagen der Funkkommunikation wurden die negativen Auswirkungen der Eingriffe sowohl durch absichtliche als auch aus unbeabsichtigte Übertragungen zu spüren, und die Notwendigkeit, das Funkfrequenzspektrum zu verwalten, wurde deutlich.

1933 ein Treffen der Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) In Paris empfahl das internationale Spezialausschuss für Radio -Interferenzen (CISPR) Seien Sie eingerichtet, um sich mit dem aufkommenden Problem von EMI zu befassen. CISPR produzierte anschließend technische Veröffentlichungen für Mess- und Testtechniken und empfohlene Emissions- und Immunitätsgrenzen. Diese haben sich im Laufe der Jahrzehnte entwickelt und bilden die Grundlage eines Großteils der Welt der Welt EMC Vorschriften heute.

1979 wurden rechtliche Grenzen der elektromagnetischen Emissionen aller digitalen Geräte durch die auferlegt FCC In den USA als Reaktion auf die erhöhte Anzahl digitaler Systeme, die die Kabel- und Funkkommunikation störten. Die Testmethoden und -grenzen basierten auf CISPR -Veröffentlichungen, obwohl in Teilen Europas bereits ähnliche Grenzen durchgesetzt wurden.

Mitte der 1980er Jahre verabschiedeten die Mitgliedstaaten der Europäischen Union eine Reihe von "neuen Ansätze" -Richtlinien mit der Absicht, die technischen Anforderungen für Produkte zu standardisieren, damit sie kein Hindernis für den Handel innerhalb der EG werden. Eine davon war die EMC -Richtlinie (89/336/EC)[3] und es gilt für alle auf dem Markt platzierten oder in Betrieb genommenen Geräte. Sein Zielfernrohr deckt alle Geräte ab, "die für eine elektromagnetische Störung führen oder deren Leistung von einer solchen Störung beeinflusst wird".

Dies war das erste Mal, dass die Immunität gesetzlich vorhanden war, sowie Emissionen für die für die allgemeine Bevölkerung vorgesehene Apparatur. Obwohl einige Produkte zusätzliche Kosten geben können, um ihnen ein bekanntes Immunitätsniveau zu verleihen, erhöht dies ihre wahrgenommene Qualität, da sie in der Lage sind, mit Apparaten in der aktiven Umgebung der Neuzeit und mit weniger Problemen zusammenzuarbeiten.

Viele Länder haben jetzt ähnliche Anforderungen für Produkte, um ein gewisses Maß an zu erfüllen elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) Regulierung.

Typen

Elektromagnetische Interferenzen können wie folgt kategorisiert werden:

Durch den physikalischen Kontakt der Leiter im Gegensatz zu ausgestrahlter EMI, das durch Induktion (ohne physischen Kontakt der Leiter) verursacht wird, wird durch den physischen Kontakt der Leiter verursacht. Elektromagnetische Störungen im EM -Feld eines Leiters sind nicht mehr auf die Oberfläche des Leiters beschränkt und werden davon abstrahlen. Dies bleibt in allen Leitern und gegenseitige Induktivität zwischen zwei ausgestrahlten elektromagnetische Felder wird zu EMI führen.

ITU Definition

Interferenz im Sinne von Elektromagnetische Interferenz, Auch Funkfrequenzstörung (EMI oder RFI) ist - nach Artikel 1.166 des Internationale Telekommunikationsunion's (itu) Radiovorschriften (RR)[7]- definiert als "die Wirkung unerwünschter Energie aufgrund eines oder einer Kombination von Emissionen, Strahlungen, oder Induktionen Nach Empfang in a Radiocommunication System, manifestiert sich durch eine Leistungsverschlechterung, eine Fehlinterpretation oder einen Informationsverlust, der ohne solche unerwünschten Energie extrahiert werden könnte. "

Dies ist auch eine Definition, die von der verwendet wird Frequenzverwaltung bereitstellen Frequenzzuweisungen und Zuordnung von Frequenzkanälen zu Radio Stationen oder Systeme sowie analysieren elektromagnetische Verträglichkeit zwischen Radiokommunikationsdienste.

In Übereinstimmung mit ITU RR (Artikel 1) werden Variationen der Interferenz wie folgt klassifiziert:

  • zulässige Interferenz (RR 1.167)
  • Akzeptierte Einmischung (RR 1.168)
  • schädliche Einmischung (RR 1.169)

Störungen durchgeführt

Durchgeführt EMI wird durch den physischen Kontakt der Leiter im Gegensatz zu ausgestrahlten EMI verursacht, die durch verursacht werden durch Induktion (ohne physischen Kontakt der Leiter).

Bei niedrigeren Frequenzen wird EMI durch Leitung und für höhere Frequenzen durch Strahlung verursacht.

EMI durch den Erdungsdraht ist auch in einer elektrischen Einrichtung sehr häufig.

Anfälligkeiten verschiedener Radio -Technologien

Störungen sind in der Regel problematischer mit älteren Funkechnologien wie Analogon Amplitudenmodulation, die keine Möglichkeit haben, unerwünschte In-Band-Signale vom beabsichtigten Signal und die mit Sendungssystemen verwendeten omnidirektionalen Antennen zu unterscheiden. Neuere Funksysteme enthalten mehrere Verbesserungen, die die verbessern Selektivität. In digitalen Radiosystemen, wie z. W-lan, fehler Korrektur Techniken können verwendet werden. Breites Spektrum und Frequenzbereitschaft Techniken können sowohl mit analogen als auch mit digitaler Signalübertragung verwendet werden, um den Widerstand gegen Störungen zu verbessern. A hoch RICHTIONAL Empfänger wie a Parabolantenne oder ein Diversity Receiver, kann verwendet werden, um ein Signal im Raum unter Ausschluss anderer auszuwählen.

Das extremste Beispiel für digital breites Spektrum Bisheriger Signalübertragung ist ultra-weitBand (UWB), was die Verwendung großer Abschnitte der vorschlägt Funkspektrum Bei niedrigen Amplituden zur Übertragung digitaler Daten mit hoher Bandbreite. UWB würde, wenn sie ausschließlich verwendet werden, eine sehr effiziente Nutzung des Spektrums ermöglichen, aber Benutzer der Nicht-UWB-Technologie sind noch nicht darauf vorbereitet, das Spektrum mit dem neuen System zu teilen werden in der diskutiert Ultra-Breitband Artikel).

Einmischung in Verbrauchergeräte

In dem Vereinigte StaatenDas öffentliche Recht 97-259 von 1982 erlaubte dem die Federal Communications Commission (FCC) zur Regulierung der Anfälligkeit von elektronischen Unterhaltungsgeräten.[8][9]

Potenzielle Quellen von RFI und EMI umfassen:[10] Verschiedene Arten von Sender, Türklingeltransformatoren, Toasteröfen, elektrische Decken, Ultraschallschädlings -Steuerelemente, elektrisch Bug Zapper, Heizkissen, und Berühren Sie kontrollierte Lampen. Mehrere Crt Computermonitore oder Fernseher, die zu nahe aneinander sitzen De-Gaussing Spulen sind aktiviert.

Elektromagnetische Interferenz bei 2,4 GHz kann durch verursacht werden durch 802.11b, 802.11g und 802.11n Kabellose Geräte, Bluetooth Geräte, Babymonitore und Schnurlose Telefone, Video -Absender, und Mikrowellen.

Umschalten Ladungen (induktiv, kapazitiv, und Widerstand), wie Elektromotoren, Transformatoren, Heizungen, Lampen, Ballast, Netzteile usw., alle verursachen elektromagnetische Störungen, insbesondere bei Strömen oben 2A. Die übliche Methode zur Unterdrückung von EMI ist das Verbinden von a Dämpfer Netzwerk, ein Widerstand in Serie mit a Kondensator, über ein Paar Kontakte. Während dies bei sehr niedrigen Strömen eine bescheidene EMI -Reduzierung bieten kann, arbeiten Snubber nicht bei Strömungen über 2 a mit elektromechanisch Kontakte.[11][12]

Eine andere Methode zur Unterdrückung von EMI ist die Verwendung von Ferrit -Kern -Rauschunterdrücker (oder Ferritperlen), die kostengünstig sind und auf die Leistungsleitung des beleidigenden Geräts oder des kompromittierten Geräts eingehen.

Stromversorgungsversorgungen kann eine Quelle von EMI sein, sind jedoch weniger zu einem Problem geworden, da sich die Designtechniken verbessert haben, wie beispielsweise integriert Leistungsfaktorkorrektur.

Die meisten Länder haben gesetzliche Anforderungen elektromagnetische Verträglichkeit: Elektronische und elektrische Hardware muss immer noch korrekt funktionieren, wenn sie bestimmten Mengen an EMI ausgesetzt sind, und sollte nicht EMI ausgeben, was andere Geräte (z. B. Funkgeräte) beeinträchtigen könnte.

Die Qualität der Funkfrequenzsignale ist im 21. Jahrhundert um ungefähr ein Dezibel pro Jahr zurückgegangen, da das Spektrum zunehmend überfüllt wird. Dies hat a zugefügt Rasse der Roten Königin In der Mobiltelefonindustrie als Unternehmen mussten mehr Mobiltürme (bei neuen Frequenzen) aufstellen, die dann mehr Störungen verursachen, wodurch mehr Investitionen durch die Anbieter und häufige Upgrades von Mobiltelefonen entspricht.[13]

Standards

Das Internationale Spezialkomitee für Radiointerferenz oder CISPR (Französisch -Akronym für "Comité International Spécial des Störung RadioLectriques") legt ein Komitee der International Electotechnical Commission (IEC) internationale Standards für strahlende und durchführende elektromagnetische Interferenzen fest. Dies sind zivile Standards für inländische, gewerbliche, industrielle und Automobilbranche. Diese Standards bilden die Grundlage für andere nationale oder regionale Standards, insbesondere die europäischen Normen (EN), die von CENELEC (Europäischer Ausschuss für elektrotechnische Standardisierung) verfasst wurden. Zu den US -Organisationen zählen das Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE), das American National Standards Institute (ANSI) und das US Military (MILSTD).

EMI in integrierten Schaltungen

Hauptartikel: Elektromagnetische Verträglichkeit

Integrierte Schaltkreise sind häufig eine EMI -Quelle, müssen jedoch normalerweise ihre Energie auf größere Objekte wie Heizkörper, Leiterplattenflugzeuge und Kabel koppeln, um erheblich auszustrahlen.[14]

An integrierte Schaltkreisewichtige Mittel zur Reduzierung von EMI sind: die Verwendung von Bypass oder Kondensatoren entkoppeln auf jedem aktiven Gerät (über die Stromversorgung verbunden, so nah am Gerät wie möglich), Anstiegszeit Kontrolle von Hochgeschwindigkeitssignalen unter Verwendung von Serienwiderständen,[15] und IC -Netzteilstift Filterung. Die Abschirmung ist normalerweise ein letzter Ausweg, nachdem andere Techniken aufgrund der zusätzlichen Kosten für Abschirmkomponenten wie leitfähige Dichtungen gescheitert sind.

Die Effizienz der Strahlung hängt von der Höhe über der ab Erdungsebene oder Power -Ebene (bei Rf, einer ist so gut wie der andere) und die Länge des Leiters in Bezug auf die Wellenlänge der Signalkomponente (fundamentale Frequenz, harmonisch oder vorübergehend wie Überschwingen, Unterschwingen oder Klingeln). Bei niedrigeren Frequenzen wie 133MHzStrahlung erfolgt fast ausschließlich über E/A -Kabel; RF -Rauschen steigt auf die Stromebenen und ist über die VCC- und GND -Stifte an die Linienfahrer gekoppelt. Die HF wird dann durch den Leitungsfahrer als mit dem Kabel als Line -Treiber gekoppelt Common-Mode-Rauschen. Da das Rauschen gemeinsam ist, hat die Abschirmung nur sehr wenig Effekt, auch mit Differentialpaare. Die HF -Energie ist kapazitiv gekoppelt Vom Signalpaar bis zum Schild und der Schild selbst strahlt das Ausstrahlung. Ein Heilmittel dafür ist eine Verwendung a Braid-Breaker oder Drossel Reduzieren Sie das Common-Mode-Signal.

Bei höheren Frequenzen, normalerweise über 500 MHz, werden Spuren elektrisch länger und höher über der Ebene. Bei diesen Frequenzen werden zwei Techniken verwendet: Wellenformung mit Reihenwiderständen und Einbettung der Spuren zwischen den beiden Ebenen. Wenn all diese Maßnahmen immer noch zu viel EMI verlassen, können Abschirmung wie HF -Dichtungen und Kupfer oder Leitband verwendet werden. Die meisten digitalen Geräte sind mit Metall- oder leitfähig beschichteten Kunststoffhüllen ausgelegt.

HF -Immunität und Tests

Jeder ungeschützte Halbleiter (z. B. ein integrierter Schaltkreis) wird tendenziell als Detektor für die in der häuslichen Umgebung (z. B. Mobiltelefone) gefundenen Funksignale wirken.[16] Ein solcher Detektor kann den Hochfrequenz-Mobilfunkanbieter (z. B. GSM850 und GSM1900, GSM900 und GSM1800) demodulieren und eine niedrige Frequenz (z. B. 217 Hz) demodulierten Signalen erzeugen.[17] Diese Demodulation manifestiert sich als unerwünschtes hörbares Buzz in Audiogeräten wie z. Mikrofon Verstärker, Lautsprecher Verstärker, Autoradio, Telefone usw. Das Hinzufügen von EMI -Filtern oder speziellen Layouttechniken kann dazu beitragen, EMI zu umgehen oder die HF -Immunität zu verbessern.[18] Einige ICs sind entwickelt (z. B. LMV831-LMV834,[19] Max9724[20]) Integrierte HF-Filter oder ein spezielles Design, mit dem die Demodulation des Hochfrequenzträgers verringert wird.

Designer müssen häufig spezielle Tests für die HF -Immunität von Teilen durchführen, die in einem System verwendet werden sollen. Diese Tests werden oft in einem durchgeführt Anechoic Chamber mit einer kontrollierten HF -Umgebung, in der die Testvektoren ein HF -Feld erzeugen, ähnlich der in einer tatsächlichen Umgebung hergestellten.[17]

RFI in der Radioastronomie

Einmischung in Radioastronomie, wo es allgemein als Funkfrequenzinterferenz (RFI) bezeichnet wird, ist jede Übertragungsquelle, die sich innerhalb des beobachteten Frequenzbandes als den himmlischen Quellen selbst befindet. Da Sender auf und um die Erde um ein Vielfaches stärker sein können als das astronomische Interessessignal, ist RFI ein wichtiges Anliegen für die Durchführung der Funkastronomie. Natürliche Störungsquellen wie Blitz und Sonne werden häufig auch als RFI bezeichnet.

Einige der Frequenzbänder, die für die Radioastronomie sehr wichtig sind, wie die 21-cm Hallo Linie bei 1420 MHz werden durch Regulierung geschützt. Das nennt man Spektrummanagement. Moderne radio-astronomische Observatorien wie jedoch VLA, Lofar, und Alma Haben Sie eine sehr große Bandbreite, über die sie beobachten können. Aufgrund des begrenzten Spektralraums bei Funkfrequenzen können diese Frequenzbänder nicht vollständig für die Radioastronomie zugeordnet werden. Daher müssen Observatorien in ihren Beobachtungen mit RFI umgehen.

Techniken zum Umgang mit RFI reichen von Filtern in Hardware bis hin zu erweiterten Algorithmen in der Software. Eine Möglichkeit, mit starken Sendern umzugehen, besteht darin, die Frequenz der Quelle vollständig herauszufiltern. Dies ist zum Beispiel der Fall für das LOFAR -Observatorium, das die FM -Radiosender zwischen 90 und 110 MHz herausstellt. Es ist wichtig, so bald wie möglich so starke Interferenzquellen zu entfernen, da sie die hochempfindlichen Empfänger "sättigen" könnten (Verstärker und Analog-Digital-Konverter), was bedeutet, dass das empfangene Signal stärker ist, als der Empfänger verarbeiten kann. Wenn Sie jedoch ein Frequenzband herausfiltern, bedeutet dies, dass diese Frequenzen niemals mit dem Instrument beobachtet werden können.

Eine gemeinsame Technik, um mit RFI innerhalb der beobachteten Frequenzbandbreite umzugehen, besteht darin, die RFI -Erkennung in der Software zu verwenden. Eine solche Software kann Beispiele für Zeit-, Häufigkeits- oder Zeitfrequenzraum finden, die durch eine störende Quelle kontaminiert sind. Diese Proben werden anschließend in der weiteren Analyse der beobachteten Daten ignoriert. Dieser Prozess wird oft als als bezeichnet Datenmarkierungen. Weil die meisten Sender eine kleine Bandbreite haben und nicht kontinuierlich vorhanden sind wie Blitz oder Bürgerband (CB) Funkgeräte, die meisten Daten bleiben für die astronomische Analyse verfügbar. Das Datenmarkieren von Daten kann jedoch keine Probleme mit kontinuierlichen Breitbandsendern wie Windmühlen lösen. digitales Video oder digitaler Ton Sender.

Eine andere Möglichkeit, RFI zu verwalten, besteht darin, a zu etablieren Radio ruhige Zone (RQZ). RQZ ist ein gut definiertes Gebiet um Empfänger, das spezielle Vorschriften zur Reduzierung von RFI zugunsten von Funkastronomiebeobachtungen innerhalb der Zone enthält. Die Vorschriften können eine spezielle Verwaltung von Spektrum- und Leistungsfluss- oder Leistungsflussdichtebeschränkungen umfassen. Die Steuerelemente innerhalb der Zone können andere Elemente als Funksender oder Funkgeräte abdecken. Dazu gehören Flugzeugkontrollen und Kontrolle von unbeabsichtigten Kühler wie Industrie-, Wissenschafts- und Medizinprodukten, Fahrzeugen und Stromleitungen. Der erste RQZ für die Radioastronomie ist National Radio Quiet Zone der Vereinigten Staaten (NRQZ), gegründet 1958.[21]

RFI zur Umweltüberwachung

Vor der Einführung von Wi-Fi ist eine der größten Anwendungen der 5-GHz-Bande die Klemme Doppler Wetterradar.[22][23] Die Entscheidung, ein 5-GHz-Spektrum für WLAN zu verwenden World Radiocommunication Conference in 2003; Die meteorologische Gemeinschaft war jedoch nicht in den Prozess involviert.[24][25] Die anschließende Implementierung und Fehlkonfiguration von DFS hatte in einer Reihe von Ländern auf der ganzen Welt erhebliche Störungen des Wetterradarbetriebs zu erheblichen Störungen. In Ungarn wurde das Wetterradarsystem für mehr als einen Monat für nicht operativ erklärt. Aufgrund der Schwere der Einmischung gab die südafrikanischen Wetterdienste den C -Band -Betrieb auf und wechselte ihr Radarnetz auf S Band.[23][26]

Übertragungen an benachbarten Bändern zu denen, die von Passiv verwendet werden Fernerkundung, wie zum Beispiel Wettersatelliten, haben Störungen verursacht, manchmal signifikant.[27] Es besteht Bedenken, dass die Annahme unzureichend regulierter 5g könnte zu erheblichen Interferenzproblemen führen. Signifikante Einmischung kann erheblich beeinträchtigen Numerische Wettervorhersage Leistung und erhebliche negative wirtschaftliche und öffentliche Sicherheit Auswirkungen.[28][29][30] Diese Bedenken veranlassten US -Handelsminister Wilbur Ross und NASA -Administrator Jim Bridenstine Im Februar 2019 drang die FCC auf, die vorgeschlagenen Kündigung zu kündigen Spektrumauktion, was abgelehnt wurde.[31]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Basierend auf dem "Interferenz" -Intrag von Das prägnante Oxford English Dictionary, 11. Ausgabe, online
  2. ^ Sue, M.K. "Funkfrequenzinterferenz in der geostationären Umlaufbahn". NASA. Jet Propulsion Laboratory. HDL:2060/19810018807.
  3. ^ "Richtlinie der Rat 89/336/EEC vom 3. Mai 1989 zur Näherung der Gesetze der Mitgliedstaaten in Bezug auf elektromagnetische Kompatibilität". Eur-Glex. 3. Mai 1989. Abgerufen 21. Januar 2014.
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Externe Links