Электромагнитная интерференция
Проще говоря, электромагнитные помехи (EMI) — это воздействие электромагнитных полей (например, радиочастот) на чувствительное электронное оборудование и системы. Он распространяется на удивительно обширную территорию и может нанести серьезный ущерб вашей системе. К счастью, есть два возможных решения этой проблемы: фильтрация и экранирование.
Фильтрация и экранирование электромагнитных помех — это два разных метода, используемых для решения проблемы электромагнитных помех в электронных устройствах или системах. В электронных системах существуют опасения по поводу излучаемой и кондуктивной чувствительности, а также излучаемых и кондуктивных излучений, которые представляют собой электромагнитные помехи от системы.
Но какая разница?
Фильтрация
Краткая история электромагнитных помех, электромагнитной совместимости и потребностей в защите
В 1930-х годах, когда радиоприемники быстро стали предметом домашнего обихода во всем мире, пользователи начали замечать странное влияние частот на другое электронное и электрическое оборудование. Это явление, известное как «электромагнитные помехи», наглядно продемонстрировало необходимость защиты оборудования от ошибочных радиосигналов.
Решение этих проблем пришло в 1933 году, когда Международный специальный комитет по радиопомехам (CISPR) Международной электротехнической комиссии (IEC) в Париже выпустил первые рекомендации по минимизации электромагнитных помех. Ограничения на излучение возникают, когда системы взаимосвязаны, чтобы гарантировать, что шум, создаваемый в одной системе, не мешает работе другой.
Необходимость в более комплексных методах и оборудовании для фильтрации и экранирования электромагнитных помех для оборонных приложений была признана еще в 1967 году, когда авианосец USS Forrestal, дислоцированный в Тонкинском заливе для поддержки американских войск во Вьетнаме, пострадал от катастрофического пожара, когда электронный блок аномалия вызвала запуск ракеты Зуни. В результате 134 человека погибли и почти 200 получили ранения. Позже было установлено, что основной причиной аварии стал неправильно установленный разъем экранированного кабеля и множественные электромагнитные поля на кабине экипажа, в результате чего ракета загорелась и воспламенила топливный бак соседнего самолета.
Позже, когда сотовые телефоны и другие портативные электронные устройства стали более распространенными в 1990-х годах, несколько авиакомпаний поняли, что сигналы от этих и других устройств могут создавать помехи для авионики, тем самым препятствуя безопасному полету или навигационным возможностям самолетов. Военные руководители обнаружили, что электромагнитные помехи, будь то естественные или искусственные, могут серьезно мешать технологии глобальной системы позиционирования (GNSS), делая беспилотные летательные аппараты неспособными надежно летать. Помехи GNSS и электромагнитные помехи, вызванные военными действиями, являются серьезной проблемой безопасности полетов гражданской авиации, которая сохраняется и по сей день.
После радиопомех были признаны многие другие формы электромагнитных помех, включая микроволновое, инфракрасное, гамма- и рентгеновское излучение, каждое из которых можно устранить с помощью ряда методов и оборудования. Рекомендации CISPR составляют основу современного международного стандарта для Предотвращение электромагнитных помех и определение того, как электронное оборудование может сосуществовать без помех, влияющих на производительность. Это называется электромагнитной совместимостью.
Электромагнитная совместимость (ЭМС) определяет приемлемую работоспособность электрического и электронного оборудования при воздействии внешних электромагнитных источников и при ограничении нежелательной электромагнитной энергии, генерируемой внутри.
ЭМС состоит из трех аспектов: ограничение излучения электромагнитных помех, создаваемых оборудованием, восприимчивость оборудования к внешним источникам электромагнитных помех и помехоустойчивость оборудования при работе в заданной среде.
Различные типы электромагнитных помех
Электромагнитные помехи обычно можно разделить на четыре типа в зависимости от источника или полосы пропускания исходного сигнала. Узкополосные электромагнитные помехи генерируются сотовыми телефонами, радио- или телевизионными передачами, в то время как широкополосные электромагнитные помехи имеют более широкий радиоспектр и генерируются непреднамеренным излучением от источников сигнала, таких как линии электропередач. В зависимости от источника излучения электромагнитные помехи можно разделить на преднамеренные, непреднамеренные, межсистемные и внутрисистемные:
Непреднамеренные или «нефункциональные» электромагнитные помехи генерируются непреднамеренным оборудованием, таким как сварочное оборудование, двигатели постоянного тока, компьютеры и линии электропередач.
- Преднамеренные электромагнитные помехи (IEMI) — это электромагнитные помехи, излучаемые специально разработанным оборудованием, часто являющимся частью систем радиоэлектронной борьбы, таких как средства электронного противодействия и электромагнитно-импульсное (ЭМИ) оружие.
- Межсистемные электромагнитные помехи — это помехи, возникающие между двумя компонентами системы или устройства, в то время как межсистемные электромагнитные помехи возникают между двумя или более независимыми системами.
Различные типы электромагнитных помех
Что такое фильтрация электромагнитных помех?
Фильтрация электромагнитных помех является важным фактором при проектировании и производстве электронного оборудования для обеспечения надежной работы и соблюдения правил электромагнитной совместимости (ЭМС).
Фильтрация электромагнитных помех — это процесс уменьшения или устранения помех, вызванных электромагнитными сигналами в электронном устройстве или системе. Это метод, используемый для фильтрации нежелательных электромагнитных сигналов (шума), которые могут мешать работе электронного оборудования или вызывать электромагнитные помехи.
Фильтры электромагнитных помех обычно размещаются на входе или выходе устройства и могут быть установлены на панели или на печатной плате. Они состоят из комбинации пассивных компонентов, таких как конденсаторы, катушки индуктивности и резисторы, предназначенных для ослабления или подавления электромагнитных помех в определенном диапазоне частот. Они обычно используются в электронном оборудовании, таком как источники питания, звуковое оборудование, компьютерные системы и другое электронное оборудование с высокими требованиями к надежности и электромагнитной совместимости.
Фильтры электромагнитных помех обычно представляют собой фильтры нижних частот, которые пропускают низкочастотные сигналы, блокируя высокочастотные сигналы или «шум». Конденсаторы блокируют одни частоты, пропуская другие. Конденсаторы разряжаются на землю, тем самым уменьшая высокочастотные сигналы. Индукторы работают по-разному; они поглощают высокочастотную энергию и преобразуют ее в тепло, подавляя таким образом высокочастотный шум. Пользовательские фильтры могут быть «настроены» для удовлетворения конкретных требований к частоте путем «настройки» комбинации конденсаторов и катушек индуктивности.
Фильтры электромагнитных помех можно разделить на два типа: дифференциальные фильтры и синфазные фильтры. Дифференциальные фильтры ослабляют помехи, возникающие между двумя сигнальными линиями, в то время как синфазные фильтры ослабляют помехи, возникающие между сигнальной линией и землей.
Что такое экранирование от электромагнитных помех?
Экранирование от электромагнитных помех — это процесс уменьшения электромагнитного излучения, излучаемого электронными устройствами или системами, и предотвращения вмешательства внешних электромагнитных сигналов в работу этих устройств. Экранирование от электромагнитных помех необходимо, поскольку электромагнитное излучение может мешать работе других электронных устройств и вызывать неисправности или ошибки. .Экранирование от электромагнитных помех предполагает использование проводящих материалов, таких как медь или алюминий, для блокировки или ослабления электромагнитных сигналов при входе или выходе из устройства.
Экранирование от электромагнитных помех можно обеспечить, поместив вокруг устройства токопроводящий экран (называемый клеткой Фарадея) или покрыв устройство проводящим материалом. Токопроводящий экран или покрытие создает барьер, который предотвращает проникновение электромагнитных сигналов в оборудование или выход из него, тем самым снижая риск электромагнитных помех. Экранирование электромагнитных помех может применяться к электронным компонентам, печатным платам, кабелям или даже целым электронным устройствам или системам.
Фильтрация против экранирования
Выбор между фильтрацией и экранированием зависит от множества факторов, таких как чувствительность устройства и количество создаваемых электромагнитных помех. Проводимость, размер и стоимость также играют роль при выборе наилучшего решения по электромагнитным помехам.
Экранирование использует комплексный подход к управлению электромагнитными помехами, а фильтры нацелены на определенные области электромагнитных помех. Экранирование отражает входящую энергию, но все же создает некоторое поглощение. Эта энергия преобразуется в тепло и поэтому требует определенного типа теплового управления. Кроме того, качество материала, используемого для экранирования, влияет не только на мощность, но и на вес системы, т.е. более толстое экранирование эффективнее, но и тяжелее. В то время как экранирование отражает и подавляет электромагнитные помехи, фильтры устраняют электромагнитные помехи, воздействуя на уязвимые точки в системе, создающие наибольшие помехи. В результате фильтры могут быть настроены в соответствии с конкретными потребностями.
