introducciÓn a la compatibilidad … 07-08/trabajos/1_ introduccioncem... · historia de la emc 3....

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓN A LA N A LA COMPATIBILIDAD COMPATIBILIDAD

ELECTROMAGNELECTROMAGNÉÉTICATICA((““IntroductionIntroduction toto electromagneticelectromagnetic

compatibilitycompatibility””,Clayton R. ,Clayton R. PaulPaul. Cap. Capíítulo tulo primero.)primero.)

IvIváán Conde Leborn Conde LeboráánnIsabel FernIsabel Fernáández Garcndez Garcííaa

Curso 2007/2008Curso 2007/2008

IntroducciIntroduccióón a la Compatibilidad n a la Compatibilidad ElectromagnElectromagnééticatica

1.1. Aspectos generalesAspectos generales2.2. Historia de la EMCHistoria de la EMC3.3. Algunos ejemplosAlgunos ejemplos4.4. Dimensiones elDimensiones elééctricas y ondasctricas y ondas5.5. Decibelios y unidades de la EMCDecibelios y unidades de la EMC

5.1 P5.1 Péérdidas en cablesrdidas en cables5.2 Especificaciones sobre 5.2 Especificaciones sobre las fuentes las fuentes de de la sela seññalal

1. ASPECTOS GENERALES DE 1. ASPECTOS GENERALES DE LA EMCLA EMC

►► La compatibilidad electromagnLa compatibilidad electromagnéética (EMC) es la tica (EMC) es la habilidad de un sistema de no causar interferencias habilidad de un sistema de no causar interferencias electromagnelectromagnééticas a otros equipos, pero al mismo ticas a otros equipos, pero al mismo tiempo ha de ser insensible a las emisiones que tiempo ha de ser insensible a las emisiones que pueden causar otros sistemas.pueden causar otros sistemas.

►► Por otra parte, se puede definir una interferenciaPor otra parte, se puede definir una interferenciaelectromagnelectromagnéética (EMI) como la emisitica (EMI) como la emisióón de energn de energííaaelectromagnelectromagnéética que degrada o perjudica la calidad tica que degrada o perjudica la calidad de una sede una seññal o el funcionamiento de un sistema.al o el funcionamiento de un sistema.


Un sistema es Un sistema es electromagnelectromagnééticamente compatible ticamente compatible con su medio si satisface estos tres con su medio si satisface estos tres

criterios:criterios:

1.1. Si no causa interferencia con otros sistemas.Si no causa interferencia con otros sistemas.2.2. Si no es susceptible a las emisiones de otros Si no es susceptible a las emisiones de otros

sistemas.sistemas.3.3. Si no causa interferencia consigo mismo.Si no causa interferencia consigo mismo.


Esquema bEsquema báásico de los elementos que intervienen ensico de los elementos que intervienen enun problema de EMC.un problema de EMC.

Las interferencias ocurren si la energía recibida causa en el receptor un comportamiento indeseado. Una transferencia de energía no intencionada causa interferencia solo si la magnitud de esa energía es lo suficientemente grande, o su contenido espectral en la entrada del receptor hace que éste funcione de un modo indeseado.


►► Una transmisiUna transmisióón non no--intencionada de energintencionada de energíía no tiene a no tiene por qupor quéé ser necesariamente perjudicial; el ser necesariamente perjudicial; el comportamiento no deseado del receptor constituye la comportamiento no deseado del receptor constituye la interferenciainterferencia..

►► Emisores y receptores intencionados y noEmisores y receptores intencionados y no--intencionados (depende del camino de acoplamiento).intencionados (depende del camino de acoplamiento).

EstaciEstacióón transmisora de radio AM cuya emisin transmisora de radio AM cuya emisióón es n es recibida por un receptor sintonizado para recibirlrecibida por un receptor sintonizado para recibirla:a:

emisiemisióón intencionadan intencionada

EstaciEstacióón emite en un rango de frecuencia que no estn emite en un rango de frecuencia que no estáásintonizado por el receptor, pero asintonizado por el receptor, pero aúún asn asíí se recibe: se recibe:

emisiemisióón inintencionadan inintencionada(camino de acoplamiento no intencionado(camino de acoplamiento no intencionado).).


Todo esto sugiere tres modos de prevenir Todo esto sugiere tres modos de prevenir interferencias:interferencias:

1.1.Suprimir la emisiSuprimir la emisióón en su fuenten en su fuente2.2.Hacer el camino de acoplamiento tan Hacer el camino de acoplamiento tan

ineficiente como sea posibleineficiente como sea posible3.3.Hacer el receptor menos susceptible a Hacer el receptor menos susceptible a

la emisila emisióónn..


►► Reduciendo el contenido en altas frecuencias de la emisiReduciendo el contenido en altas frecuencias de la emisióón se n se reduce la eficiencia en el camino de acoplamiento y, por tanto, reduce la eficiencia en el camino de acoplamiento y, por tanto, tambitambiéén el nivel de sen el nivel de seññal en el receptor.al en el receptor.

►► Introducir todo el sistema en un cuerpo (normalmente Introducir todo el sistema en un cuerpo (normalmente metmetáálico), que lo aisle del medio, mlico), que lo aisle del medio, máás caro.s caro.

►► Reducir la susceptibilidad del receptor podrReducir la susceptibilidad del receptor podríía acarrear un mal a acarrear un mal funcionamiento del sistema. funcionamiento del sistema.

La mejor solución es la primera aunque no siempre es posible identificar la fuente de

la perturbación y algunas veces no es posible eliminarlas ya que son señales

activas del sistema


Podemos dividir la interferencia en varios Podemos dividir la interferencia en varios subgrupos: subgrupos:

1.1. Emisiones radiadasEmisiones radiadas2.2. Susceptibilidad radiada Susceptibilidad radiada 3.3. Emisiones conducidasEmisiones conducidas4.4. Susceptibilidad conducidaSusceptibilidad conducida


► Las EMI conducidas se propagan a través de cables ya sean de alimentación, señal o tierra, y su contenido frecuencial nunca superará los 30 MHz.

► Las EMI radiadas son debidas a la generación de ondas electromagnéticas. El proceso fundamental que produce la radiación se debe a la aceleración de la carga a lo largo de la línea de corriente (corrientes variables en el tiempo).


►► Las lLas lííneas de corriente estneas de corriente estáán unidas a otros n unidas a otros subsistemas mediante cables que tienen la capacidad subsistemas mediante cables que tienen la capacidad de radiar o absorber energde radiar o absorber energíía electromagna electromagnéética, con tica, con niveles de eficiencia bastante altosniveles de eficiencia bastante altos..Esta absorciEsta absorcióón/emisin/emisióón produce interferencia, n produce interferencia, que tambique tambiéén puede ser conducida a lo largo de la n puede ser conducida a lo largo de la llíínea.nea.

►► Si el sistema estuviera introducido en alguna Si el sistema estuviera introducido en alguna cubierta se podrcubierta se podríía inducir en esta corrientes desde el a inducir en esta corrientes desde el exterior/ interior, que pueden ser radiadas al medio exterior/ interior, que pueden ser radiadas al medio externo/interno. externo/interno.


►► La emisiLa emisióón y susceptibilidad no ocurre sn y susceptibilidad no ocurre sóólo a lo a travtravéés del aire. s del aire.

►► La conducciLa conduccióón de ondas electromagnn de ondas electromagnééticas ticas por metales y conductores es de hecho mpor metales y conductores es de hecho máás s efectivo. efectivo.

►► Los diseLos diseññadores de aparatos eladores de aparatos elééctricos y ctricos y electrelectróónicos notando esto y colocan barreras nicos notando esto y colocan barreras intencionadas como filtros para bloquear los intencionadas como filtros para bloquear los aspectos negativos de las interferencias. aspectos negativos de las interferencias.

►► Es particularmente importante recordar que Es particularmente importante recordar que el problema de interferencia puede extenderse el problema de interferencia puede extenderse tambitambiéén detrn detráás de estas barreras s de estas barreras intencionadas.intencionadas.


Entre las principales causas por las que la compatibilidad electromagnética cada vez cobra mas interés se pueden remarcar las siguientes:

► Aumento de los equipos electrónicos tanto en laindustria como en el hogar (Fuentes de EMI).

► Equipos más grandes y más complejos.► Aumento de sistemas de telecomunicación (radio,

móviles, etc.).► Disminución del margen de ruido de los sistemas

digitales (disminución de la tensión de trabajo).► Aumento de la frecuencia de trabajo de los equipos.


1.1. Fulanito camina por la Fulanito camina por la alfombra de su casa alfombra de su casa que es de nylon, con que es de nylon, con zapatos con suela de zapatos con suela de goma. Fulanito se carga goma. Fulanito se carga de electricidad estde electricidad estáática. tica. Si Si algalgúún n aparato aparato elelééctrico estuviera ctrico estuviera cerca, esta electricidad cerca, esta electricidad estestáática podrtica podríía ser a ser descargada sobre el descargada sobre el aparato y provocar en aparato y provocar en éél l un mal funcionamiento un mal funcionamiento permanente o eventual.permanente o eventual.

Algunos ejemplos:


2.2. Durante la Segunda Durante la Segunda Guerra Mundial Guerra Mundial comprobaron que tras la comprobaron que tras la detonacidetonacióón de bombas, n de bombas, multitud de dispositivos multitud de dispositivos semiconductores de semiconductores de monitorizacimonitorizacióón de las n de las ondas expansivas eran ondas expansivas eran destruidos. Dicha destruidos. Dicha destruccidestruccióón no se debn no se debíía a a a los aspectos flos aspectos fíísicos de la sicos de la detonacidetonacióón, sino a la onda n, sino a la onda electromagnelectromagnéética debida a tica debida a la separacila separacióón de la carga y n de la carga y su movimiento. A partir de su movimiento. A partir de entonces estos aspectos entonces estos aspectos han sido de gran han sido de gran relevancia en la relevancia en la comunidad militar.comunidad militar.


3.3. Las tormentas elLas tormentas elééctricas ctricas pueden causar efectos pueden causar efectos devastadores sobre los devastadores sobre los sistemas elsistemas elééctricos. Un ctricos. Un rayo puede acarrear hasta rayo puede acarrear hasta 50000 A de corriente. Los 50000 A de corriente. Los campos magncampos magnééticos ticos generados por estas altas generados por estas altas corrientes pueden corrientes pueden acoplarse a los sistemas acoplarse a los sistemas elelééctricos por radiacictricos por radiacióón n directa o por conduccidirecta o por conduccióón. n. Evitar que estos campos Evitar que estos campos magnmagnééticos temporales ticos temporales afecten a los dispositivos afecten a los dispositivos de alimentacide alimentacióón es un n es un campo propio de la EMC.campo propio de la EMC.


4. 4. TambiTambiéén mejorar la n mejorar la seguridad en la seguridad en la comunicaciones tiene comunicaciones tiene que ver con los que ver con los problemas de problemas de interferencia. Por interferencia. Por ejemplo es posible ejemplo es posible saber lo que se estsaber lo que se estáátecleando en un tecleando en un ordenador sordenador sóólo lo monitorizando sus monitorizando sus emisiones emisiones electromagnelectromagnééticas.ticas.


►► El vehEl vehíículo bculo báásico de la EMC es la sico de la EMC es la matemmatemáática que nos ayudartica que nos ayudaráá a proponer a proponer modelos que definan los fenmodelos que definan los fenóómenos ante los menos ante los que nos encontramos. que nos encontramos.

►► Si las predicciones del modelo no estuvieran Si las predicciones del modelo no estuvieran en correlacien correlacióón con lo experimentalmente n con lo experimentalmente observado, el modelo serobservado, el modelo seríía inapropiado. a inapropiado.

►► Las aproximaciones a los modelos teLas aproximaciones a los modelos teóóricos ricos serseráán una herramienta claven una herramienta clave..

2. HISTORIA DE LA EMC2. HISTORIA DE LA EMC

La interferencia y su correcciLa interferencia y su correccióón aparecen ya a finales del 1800 en los n aparecen ya a finales del 1800 en los primeros experimentos de Marconi:primeros experimentos de Marconi:

►► Este inventor produjo por primera vez las ondas de radio y un iEste inventor produjo por primera vez las ondas de radio y un invento nvento llamado cohesor para detectarlas y convertirlas en una corrientellamado cohesor para detectarlas y convertirlas en una corriente elelééctrica. ctrica.

►► IniciInicióó el mejoramiento del receptor y el transmisor y levanto un hilo el mejoramiento del receptor y el transmisor y levanto un hilo aislado de aislado de la tierra a modo de antena para mejorar la emisila tierra a modo de antena para mejorar la emisióón y la recepcin y la recepcióón. n.

2. HISTORIA DE LA EMC2. HISTORIA DE LA EMC►► En 1895 logra enviar por primera vez seEn 1895 logra enviar por primera vez seññales inalales inaláámbricas a mbricas a

una distancia de milla y media, convirtiuna distancia de milla y media, convirtiééndose asndose asííprpráácticamente en el inventor del primer sistema de telegrafcticamente en el inventor del primer sistema de telegrafíía sin a sin cables.cables.

►► En 1901, Marconi se convenciEn 1901, Marconi se convencióó de que las ondas hertzianas de que las ondas hertzianas seguirseguiríían la curvatura de la Tierra, en lugar de radiar en lan la curvatura de la Tierra, en lugar de radiar en líínea nea recta como se esperaba de ellas. Por tanto, el 12 de diciembre recta como se esperaba de ellas. Por tanto, el 12 de diciembre de aquel ade aquel añño, envio, envióó seseññales a travales a travéés del Atls del Atláántico del extremo ntico del extremo sudoeste de Inglaterra, hacia Terranova, a una distancia de sudoeste de Inglaterra, hacia Terranova, a una distancia de 2,100 millas.2,100 millas.

►► En 1902, fue el primero en demostrar el efecto luz del dEn 1902, fue el primero en demostrar el efecto luz del díía en las a en las comunicaciones inalcomunicaciones inaláámbricas y ese mismo ambricas y ese mismo añño patento su o patento su detector magndetector magnéético, con el que funciontico, con el que funcionóó la telegrafla telegrafíía sin hilos a sin hilos por mucho tiempo.Aspor mucho tiempo.Asíí pudo establecer un sistema de haces pudo establecer un sistema de haces para la comunicacipara la comunicacióón a larga distancia. n a larga distancia.

►► AplicAplicóó las microondas de radio a la navegacilas microondas de radio a la navegacióón y en 1935, dio n y en 1935, dio una demostraciuna demostracióón prn prááctica de los principios del radar. ctica de los principios del radar.

2. HISTORIA DE LA EMC2. HISTORIA DE LA EMC►► En 1901, la primera En 1901, la primera

transmisitransmisióón transatln transatláántica ntica se hizo mediante una maya se hizo mediante una maya de cables de cobre. Los de cables de cobre. Los úúnicos receptores del nicos receptores del momento eran de radio y momento eran de radio y espacialmente muy alejados espacialmente muy alejados por lo que los problemas de por lo que los problemas de interferencia eran simples.interferencia eran simples.

►► Tras este suceso, en los Tras este suceso, en los Estados Unidos se registra Estados Unidos se registra un desarrollo vertiginoso en un desarrollo vertiginoso en la autoconstruccila autoconstruccióón y n y experimentaciexperimentacióón de n de aparatos TSF (telegrafaparatos TSF (telegrafíía sin a sin hilos).hilos).

Antena transmisora instalada por Marconi en Poldhu

2.HISTORIA DE LA EMC2.HISTORIA DE LA EMC►► Las interferencias de radio por motores elLas interferencias de radio por motores elééctricos y diversas ctricos y diversas

instalaciones ya fueron patentes hacia 1930.instalaciones ya fueron patentes hacia 1930.►► Durante la segunda Guerra Mundial, el empleo de aparatos Durante la segunda Guerra Mundial, el empleo de aparatos

electrelectróónicos, como radios, radares o dispositivos de navegacinicos, como radios, radares o dispositivos de navegacióón n se incrementse incrementóó considerablemente y con ellos los problemas de considerablemente y con ellos los problemas de compatibilidad entre los distintos aparatos. De todos modos compatibilidad entre los distintos aparatos. De todos modos los problemas de interferencia eran relativamente flos problemas de interferencia eran relativamente fááciles de ciles de resolver, debido a la baja sofisticaciresolver, debido a la baja sofisticacióón de los equipos.n de los equipos.Dichos problemas considerados como de interferencia Dichos problemas considerados como de interferencia electromagnelectromagnéética o EMI tica o EMI (Electromag(Electromag-- netic Interference) netic Interference) comenzaron a evidenciarse , cuando los sistemas de comenzaron a evidenciarse , cuando los sistemas de comunicacicomunicacióón, los radares, los controles de vuelo de aviones de n, los radares, los controles de vuelo de aviones de combate y los sistemas de puntercombate y los sistemas de punteríía de armamento pesado a de armamento pesado entre otros, se convierten en elementos estratentre otros, se convierten en elementos estratéégicos a los gicos a los efectos de la supremacefectos de la supremacíía militar. El adecuado funcionamiento a militar. El adecuado funcionamiento de tales equipos en las condiciones ambientales adversas de tales equipos en las condiciones ambientales adversas desde el punto de vista electromagndesde el punto de vista electromagnéético cobrtico cobróó asasíí una una importancia extrema. importancia extrema.

2.HISTORIA DE LA EMC2.HISTORIA DE LA EMC►► 1950 transistores bipolares1950 transistores bipolares

En Laboratorios de la Bell Telephone se desarrolla el transiEn Laboratorios de la Bell Telephone se desarrolla el transistor, stor, un microdispositivo revolucionario ideado en base a las un microdispositivo revolucionario ideado en base a las propiedades de materiales semiconductores tales como el silicio propiedades de materiales semiconductores tales como el silicio y el germanio. Esta invenciy el germanio. Esta invencióón desplazarn desplazaráá a los tubos de vaca los tubos de vacíío o empleados en electrempleados en electróónica posibilitando la rnica posibilitando la ráápida pida miniaturizaciminiaturizacióón de los equipos y permitiendo dar un paso de n de los equipos y permitiendo dar un paso de calidad impensable en tcalidad impensable en téérminos de eficiencia. Sus tiempos de rminos de eficiencia. Sus tiempos de operacioperacióón pasan a medirse en microsegundosn pasan a medirse en microsegundos. .

►► 1960 circuitos integrados1960 circuitos integrados►► 1970 microprocesadores 1970 microprocesadores

La magnitud del problema de la La magnitud del problema de la compatibilidad electromagncompatibilidad electromagnéética aumenta tica aumenta

considerablementeconsiderablemente..

2.HISTORIA DE LA EMC2.HISTORIA DE LA EMC►► La construcciLa construccióón del primer n del primer

ordenador digital con ordenador digital con circuitos integrados a circuitos integrados a principios de los 70 fue el principios de los 70 fue el pistoletazo de salida para pistoletazo de salida para reemplazar el procesado de reemplazar el procesado de seseññales analales analóógicas a gicas a digitales. Desde entonces la digitales. Desde entonces la miniaturizaciminiaturizacióón de circuitos n de circuitos integrados hace que en un integrados hace que en un solo aparato las posibles solo aparato las posibles fuentes de ruido sean muy fuentes de ruido sean muy elevadaselevadas..

Primer ordenador totalmente electrónicoUniversidad de Pensilvania

2.HISTORIA DE LA EMC2.HISTORIA DE LA EMC►► En 1933 la Commission Electrotechnique En 1933 la Commission Electrotechnique

Internationale (Internationale (CEICEI) present) presentóó las primeras normas las primeras normas sobre emisisobre emisióón de interferencias y cren de interferencias y creóó el el CISPR CISPR (Comit(Comitéé International SpInternational Spéécial des Perturbations cial des Perturbations RadioRadioéélectriques) para desarrollar y ampliar estas lectriques) para desarrollar y ampliar estas normas.normas.

►► A partir de los aA partir de los añños 70,tras las innovaciones de la os 70,tras las innovaciones de la Segunda Guerra Mundial, las primeras Segunda Guerra Mundial, las primeras regulaciones mregulaciones máás estrictas estatales referentes a la s estrictas estatales referentes a la EMC aparecen en los EEUU (Federal EMC aparecen en los EEUU (Federal communications Commission FCC) y en Europa communications Commission FCC) y en Europa (CISPR)ambas con caracter(CISPR)ambas con caracteríísticas ansticas anáálogas.logas.

►► Otros organismos nacionales e internacionales Otros organismos nacionales e internacionales produjeron directivas y normas, de las cuales la produjeron directivas y normas, de las cuales la mmáás conocida es la de la Comunidad Europea de s conocida es la de la Comunidad Europea de 1989, que agreg1989, que agregóó reglas de inmunidad. reglas de inmunidad.

3. ALGUNOS EJEMPLOS3. ALGUNOS EJEMPLOS

Probablemente un ejemplo de Probablemente un ejemplo de los mlos máás comunes es el de s comunes es el de ““llííneasneas”” en la pantalla de la en la pantalla de la televisitelevisióón cuando cualquier n cuando cualquier aparato domaparato domééstico con motor stico con motor estestáá encendido.encendido.Este problema es debido a la Este problema es debido a la radiaciradiacióón de esta sen de esta seññal sobre al sobre la antena de TV a travla antena de TV a travéés del s del ruido que se introduce en la ruido que se introduce en la fuente de alimentacifuente de alimentacióón (AC) de n (AC) de la tele.la tele.

Existen numerosos ejemplos de Interferencia Electromagnética (EMI), yendo desde el común hasta el catastrófico.

Como ya comentamos antes todos los subsistemasque conforman los aparatos domésticos de nuestros hogares actualmente están unidos entre si mediante numerosos cables que pueden funcionar o bien comoemisores de radiación como receptores de la misma,creando interferencia.

3. ALGUNOS EJEMPLOS3. ALGUNOS EJEMPLOS

►► Nuevas versiones de coches tienen Nuevas versiones de coches tienen microprocesadores para controlar las emisiones y los microprocesadores para controlar las emisiones y los niveles de combustibles.niveles de combustibles.En presencia de ciertos campos de frecuencias En presencia de ciertos campos de frecuencias ambientales, estos dispositivos pueden dejar de ambientales, estos dispositivos pueden dejar de funcionar.funcionar.

►► TambiTambiéén los cierres centralizados de algunos coches n los cierres centralizados de algunos coches pueden abrirse bajo ciertas frecuencias muy pueden abrirse bajo ciertas frecuencias muy determinadas.determinadas.

►► Grandes ordenadores cerca de aeropuertos Grandes ordenadores cerca de aeropuertos comerciales pueden ocasionar fallos en los sistemas comerciales pueden ocasionar fallos en los sistemas de radar del aeropuerto.de radar del aeropuerto.

3. ALGUNOS EJEMPLOS3. ALGUNOS EJEMPLOSUn Un úúltimo ejemplo fueron ltimo ejemplo fueron los primeros propotipos los primeros propotipos de los helicde los helicóópteros del pteros del ejejéército americo UHrcito americo UH--60 60 BLACKBLACK--HAWK que HAWK que durante los adurante los añños 80 os 80 sufrieron varios sufrieron varios accidentes mortales accidentes mortales debido a su debido a su susceptibilidad ante susceptibilidad ante emisiones emisiones electromagnelectromagnééticas de ticas de ciertos radaresciertos radares

4. DIMENSI4. DIMENSIÓÓNS ELNS ELÉÉCTRICAS E CTRICAS E ONDASONDAS

►► Un Un conceptoconcepto importanteimportante parapara oo estudoestudo dada CEM CEM éécomprendecomprende--laslas dimensidimensióónsns elelééctricasctricas de un de un circucircuíítotoelelééctricoctrico ouou unhaunha estructuraestructura radianteradianteelectromagnelectromagnééticatica..

►► As As dimensidimensióónsns elelééctricasctricas son son medidasmedidas en en lonxitudeslonxitudesde de ondaonda. . EstrictamenteEstrictamente falandofalando, , istoisto aplaplíícasecase a un a un tipotipo de de ondasondas, a , a ondaonda planaplana uniformeuniforme. . SenSen embargo, embargo, outrosoutros tipostipos de de ondasondas teteññenen caractercaracteríísticassticas similaressimilares, , asasíí queque a a aplicaciaplicacióónn de de esteeste conceptoconcepto podepode ser ser ampliadaampliada..


►► A A pesarespesares de de queque as as ecuaciecuacióónsns de Maxwell de Maxwell gobernangobernanttóódolosdolos fenfenóómenosmenos elelééctricosctricos, , oo traballotraballo con con estasestas éécomplicadocomplicado..

►► EmpregaranseEmpregaranse aproximaciaproximacióónsns mmááisis simples, simples, comocomocircucircuíítostos equivalentesequivalentes ee as leis de Kirchhoff. as leis de Kirchhoff.

►► E E candocando podemospodemos empregarempregar estasestas aproximaciaproximacióónsns paraparaanalizaanaliza--lo lo nosonoso problemaproblema??

►► A A esenciaesencia dada respostaresposta éé candocando a a dimensidimensióónn do do circuitocircuito ééelectricamenteelectricamente pequenapequena, , moitomoito mmááisis pequenapequena queque a a lonxitudelonxitude de de ondaonda a a unhaunha frecuenciafrecuencia de de excitaciexcitacióónn das das fontesfontes do do circuitocircuito ((circuitocircuito éé electricamenteelectricamente pequenopequenocandocando a a maiormaior dimensidimensióónn ee menormenor queque 1/10 1/10 dada lonxitudelonxitudede de ondaonda).).


►► Os fenOs fenóómenos electromagnmenos electromagnééticos son procesos de ticos son procesos de parparáámetrometro--distribuido,distribuido, nos que as propiedades da nos que as propiedades da estructura, como a capacitancia ou a inductancia estructura, como a capacitancia ou a inductancia estestáán en realidade mn en realidade mááis distribuidos a travis distribuidos a travéés do s do espazo que concentrados en puntos discretos.espazo que concentrados en puntos discretos.

►► Cando construimos modelos de circuCando construimos modelos de circuíítos eltos elééctricos ctricos equivalentes, estamos a ignorar a natureza de equivalentes, estamos a ignorar a natureza de distribucidistribucióón dos campos electromagnn dos campos electromagnééticos.ticos.


►► Consideremos un elemento de un circuConsideremos un elemento de un circuííto to equivalente como un resistor, e as sequivalente como un resistor, e as súúas conexias conexióóns.ns.

-- Cando empregamos modelos de circuCando empregamos modelos de circuíítos tos equivalentes estamos a dicir que os efectos das equivalentes estamos a dicir que os efectos das conexiconexióóns poden ser ignorados.ns poden ser ignorados.

-- Cando Cando éé vváálido istolido istoVexamos unha figura Vexamos unha figura


►► MMóóstrase na figura unha corrente que entra polo strase na figura unha corrente que entra polo contacto da esquerda e sae pola dereita, como contacto da esquerda e sae pola dereita, como funcifuncióón do tempo n do tempo tt. .

►► Esta corrente Esta corrente éé de feito unha onda propagde feito unha onda propagáándose con ndose con velocidade velocidade vv. Se o medio que rodea os contactos . Se o medio que rodea os contactos éé o o aire, a velocidade seraire, a velocidade seráá

►► Debida a esta propagaciDebida a esta propagacióón hai un tempo de retraso n hai un tempo de retraso finito:finito:

v0 ≅ 3×108 m / s

TD =Lv

s[ ]


►► Este tempo de retraso de propagaciEste tempo de retraso de propagacióón n éé mmááis cris críítico tico nos circunos circuíítos electrtos electróónicos dixitais de hoxe, debido nicos dixitais de hoxe, debido óóincremento das velocidades destes sinais dixitais.incremento das velocidades destes sinais dixitais.

►► Actualmente Actualmente éé do orde dos tempos de relaxacido orde dos tempos de relaxacióón e n e pode causar problemas de sincronizacipode causar problemas de sincronizacióón nos sinais n nos sinais dixitais. As interconexidixitais. As interconexióóns afectan drasticamente na ns afectan drasticamente na integraciintegracióón de sinais.n de sinais.


►► SupoSupoññamos que a corrente e as ondas asociadas amos que a corrente e as ondas asociadas son sinusoidais. Sabemos que unha onda son sinusoidais. Sabemos que unha onda sinusoidal pode ser escrita como funcisinusoidal pode ser escrita como funcióón do tempo n do tempo t e da posicit e da posicióón z. Escollemos arbitrariamente unha n z. Escollemos arbitrariamente unha forma cosenoidal:forma cosenoidal:

►► con con ββ constante de fase [rad/m]constante de fase [rad/m]

A onda sofre un cambio de fase A onda sofre un cambio de fase

i z, t( )= I cos ωt − βz( )

φ = βL rad[ ]

βλ = 2π rad[ ]


PodemosPodemos asasíí reescribirreescribir::

►► A distancia elA distancia elééctrica en longitudes de onda ctrica en longitudes de onda z/z/λλ éé o paro paráámetro crmetro críítico.tico.

►► Na figura 1.5b vemos o movemento da cresta. Na figura 1.5b vemos o movemento da cresta. Para seguiPara segui--lo movemento da onda, lo movemento da onda, observobserváámomo--lo movemento de un punto lo movemento de un punto comcomúún. n.

i z , t( ) = I cos ω t − 2 π zλ

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟


►► Para a onda sinusoidal Para a onda sinusoidal quere dicir que seguimos puntos donde o quere dicir que seguimos puntos donde o argumento do coseno permanece constante, argumento do coseno permanece constante, isto isto éé

►► Onda viaxando en direcciOnda viaxando en direccióón +z. n +z. ►► Diferenciando o argumento, obtemos a Diferenciando o argumento, obtemos a

velocidade do movemento da onda como velocidade do movemento da onda como

i z,t( )= I cos ωt − βz( )

ωt − βz = cte

v =dzdt

=ωβ

= λf m /s[ ]


•• EntEntóón, a lonxitude de onda pode ser n, a lonxitude de onda pode ser escrita como: escrita como:

•• SustituSustituííndo obtemosndo obtemos

que nos mostra que o cambio de fase que nos mostra que o cambio de fase dunha onda dunha onda éé equivalente equivalente óó retraso retraso temporal que ven dado por z/v [s].temporal que ven dado por z/v [s].

λ =vf

m[ ]

i z,t( )= Icos w t −βω

z⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ = Icos w t −

zv

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟


•• De e temos que a medida De e temos que a medida que a que a corrente se propaga corrente se propaga óó longo das conexilongo das conexióóns unha distancia ns unha distancia de una lonxitude de onda, L=de una lonxitude de onda, L=λλ, sofre un cambio de fase de , sofre un cambio de fase de

•• Con isto queremos decir que se a lonxitude total dos Con isto queremos decir que se a lonxitude total dos cables de conexicables de conexióón n éé igual a unha lonxitude de onda, as igual a unha lonxitude de onda, as correntes entrantes e sacorrentes entrantes e saííntes de eses cables estntes de eses cables estáán en fase n en fase , pero cambiada 360, pero cambiada 360ºº no proceso de paso polo elemento.no proceso de paso polo elemento.

•• Por outro lado, se a lonxitude dos cables Por outro lado, se a lonxitude dos cables éé de media de media lonxitude de onda, entlonxitude de onda, entóón a corrente sufre un cambio de n a corrente sufre un cambio de fase de 180fase de 180ºº de xeito que as correntes entrante e sainte de xeito que as correntes entrante e sainte estestáán completamente fn completamente fóóra de fase.ra de fase.

φ = βL rad[ ] βλ = 2π rad[ ]

φ = βλ = 2π


►► Se os efectos dos cables deben non ser importantes Se os efectos dos cables deben non ser importantes (como no caso do circu(como no caso do circuííto equivalente), entto equivalente), entóón a n a lonxitude total das conexilonxitude total das conexióóns deberns deberáá ser tal que este ser tal que este cambio de fase sexa despreciable. Non hai un criterio cambio de fase sexa despreciable. Non hai un criterio establecido para isto, pero asumiremos que o cambio establecido para isto, pero asumiremos que o cambio de fase serde fase seráá despreciable sempre que a lonxitude das despreciable sempre que a lonxitude das conexiconexióóns sexa menor que 1/10 ns sexa menor que 1/10 λλ, na frecuencia de , na frecuencia de excitaciexcitacióón da fonte.n da fonte.


►►Someramente falando, a velocidade de Someramente falando, a velocidade de propagacipropagacióón dunha onda nun medio n dunha onda nun medio non conductor distinto do baleiro estnon conductor distinto do baleiro estáádefinido pola permitividade definido pola permitividade εε e a e a permeabilidade permeabilidade μμ..

ε0 =1

36π×10−9 F /m

μ0 = 4π ×10−7 H /m

v0 =1

ε0μ0

= 3 ×108 m /s

v =1εμ

=v0

εrμr


ÉÉ importante ser capaces de calcular importante ser capaces de calcular correctamente as dimensicorrectamente as dimensióóns elns elééctricas de ctricas de unha estructura a unha frecuencia unha estructura a unha frecuencia determinada. Para facer isto debemos determinada. Para facer isto debemos darnos conta de que a dimensidarnos conta de que a dimensióón de 1m n de 1m no aire no aire éé unha lonxitude de onda a unha unha lonxitude de onda a unha frecuencia de 300 MHz, e a partires de frecuencia de 300 MHz, e a partires de esta, escalando, obter as outras.(a medida esta, escalando, obter as outras.(a medida que a frecuencia aumenta, a lonxitude de que a frecuencia aumenta, a lonxitude de onda diminonda diminúúe, e viceversa).e, e viceversa).


•• Sabemos xa que Sabemos xa que éé importante entimportante entóón calculan calcula--las las dimensidimensióóns elns elééctricas de un circuctricas de un circuííto ou outras to ou outras estructuras electromagnestructuras electromagnééticas, para coticas, para coññecer se ecer se éé elelééctricamente pequectricamente pequeñño (L<1/10o (L<1/10λλ). ).

•• Se Se éé asasíí, poderemos aplicar conceptos m, poderemos aplicar conceptos mááis is sinxelos que se sinxelos que se éé electricamente grande electricamente grande (L>1/10(L>1/10λλ). ).

-- As leis de voltage e corrente de Kirchhoff As leis de voltage e corrente de Kirchhoff óó longo dos longo dos circuitos equivalentes scircuitos equivalentes sóó éé aplicable se a dimensiaplicable se a dimensióón mn mááis is longa do circuito longa do circuito éé electricamente pequena. electricamente pequena.

-- Se o circuSe o circuííto to éé electricamente grande, non teremos outro electricamente grande, non teremos outro recurso a parte das ecuacirecurso a parte das ecuacióóns de Maxwell, para describins de Maxwell, para describi--lo problema.lo problema.


►►Poderemos determinar isto primeiro, Poderemos determinar isto primeiro, calculando a lonxitude de onda calculando a lonxitude de onda áá mmááis is alta frecuencia de interese, e entalta frecuencia de interese, e entóón n calcular k en relacicalcular k en relacióón a L=kn a L=kλλ,,

k =Lλ

5. DECIBELIOS Y UNIDADES 5. DECIBELIOS Y UNIDADES FRECUENTES EN LA EMCFRECUENTES EN LA EMC

►►Las cantidades primarias en las que se interesa la Las cantidades primarias en las que se interesa la EMC son las referidas a los problemas acarreados por EMC son las referidas a los problemas acarreados por las emisiones (V las emisiones (V óó A) o radiadas (V/m A) o radiadas (V/m óó A/m) y A/m) y asociadas a estas cantidades la potencia(W) etc.asociadas a estas cantidades la potencia(W) etc.►►Todos estos valores oscilan en un rango amplio de Todos estos valores oscilan en un rango amplio de valores que puede ser del orden de 10valores que puede ser del orden de 1088. . ►►Debido a esto, la EMC utilizarDebido a esto, la EMC utilizaráá como unidad el como unidad el decibelio (dB), que tiene la propiedad de decibelio (dB), que tiene la propiedad de ““comprimircomprimir””los datos. los datos.

Ej: Un rango de 10Ej: Un rango de 1088 se traducirse traduciráá en 160dBen 160dB


►► El decibelio se desarrolla en la industria El decibelio se desarrolla en la industria teleftelefóónica para describir el efecto del ruido nica para describir el efecto del ruido sobre los circuitos telefsobre los circuitos telefóónicos. nicos.

►► Los oLos oíídos tienden a odos tienden a oíír de forma logarr de forma logaríítmica tmica por lo que describir el efecto del ruido en dB por lo que describir el efecto del ruido en dB es natural.es natural.

►► Consideremos un circuito amplificador como Consideremos un circuito amplificador como el de la figura.el de la figura.


►►Circuito abierto Circuito abierto ►► Vs y Rs fuenteVs y Rs fuente►►Amplificador de carga RAmplificador de carga RLL

Pin =vin

2

Rin

Pout =v 2

out

RL

Potencia de entrada

Potencia de salida

PowerGain =Pout

Pin

=vout

2

vin2

Rin

RL

⇒ PowerGain dB = 10 log10Pout

Pin

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟


Las ganancias de voltage y corrienteLas ganancias de voltage y corriente

VoltageGain ≡v out

v in

CurrentGain ≡iout

iin

VoltageGain ≡ 20log10vout

vin

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

CurrentGain ≡ 20log10iout

iin

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟

En decibelios


►► Tendremos en mente las siguientes relacionesTendremos en mente las siguientes relaciones

dB = 10 log 10P2

P1

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ [ potencia ]

dB = 20 log 10v 2

v1

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ [voltaxe ]

dB = 20 log 10i2

i1

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ [corrente ]

Si el caso fuera que trabajamos con unidades de potencial tales como μV entonces los decibelios serán

dBμV = 20log10volts

1μV = 10−6V⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟ = 20log10106 = 120dBμV


►► Es importante tambiEs importante tambiéén saber convertir una unidad n saber convertir una unidad dada en dB a su valor absolutodada en dB a su valor absoluto..

logm A = n mn=A.

Los pasos serán:

1. Dividir la cantidad por 20 (voltaje o corriente) o 10 (potencia)2. Elevar 10 a esa potencia.3. Multiplicar el resultado por 10-6 para dBμV e dBμW ó 10-3

para dBmV e dBm.


►► Las propiedades de los logarLas propiedades de los logaríítmostmos

logm A × B( )= logm A + logm B

logm Ak = k logm A

logmAB

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟ = logm A − logm B

logm A + B( )≠ logm A + logm BNos ayudarán a simplificar los cálculos rápidamente

20log10voltios10−6

⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟ = 20log10(voltios) − 20log1010−6 = 20log10(voltios) +120

5.1 P5.1 Péérdidas en cablesrdidas en cables

►► Calcular la pCalcular la péérdida en potencia en cables largos de rdida en potencia en cables largos de conexiconexióón refleja tambin refleja tambiéén la utilidad del empleo de los n la utilidad del empleo de los dB.dB.

►► Es necesario revisar los conceptos referidos a las Es necesario revisar los conceptos referidos a las llííneas de transmisineas de transmisióónn


►► La lLa líínea estnea estáá caracterizada por su impedancia caracterizada por su impedancia caractercaracteríística Zc y la velocidad de propagacistica Zc y la velocidad de propagacióón de n de ondas en la linea ondas en la linea νν

►► Es comEs comúún definir el coeficiente de reflexin definir el coeficiente de reflexióón del n del voltage voltage ΓΓ(z) como el radio entre los voltages de la (z) como el radio entre los voltages de la onda regresiva y la progresiva.onda regresiva y la progresiva.

ˆ Γ (z) =ˆ V b (z)ˆ V f (z)

=ˆ V −

ˆ V +e 2αze j 2 βz


►► Las pLas péérdidas en una lrdidas en una líínea de transmisinea de transmisióón ocurren n ocurren tanto en conductor como en dieltanto en conductor como en dielééctrico circundante.ctrico circundante.

►► En rango normal de frecuencias de uso el En rango normal de frecuencias de uso el mecanismo normal de pmecanismo normal de péérdida es debido a la prdida es debido a la péérdida rdida en el conductor. La resistencia de los conductores se en el conductor. La resistencia de los conductores se incrementa proporcionalmente con laincrementa proporcionalmente con la

►► La pLa péérdida en potencia del cable se define rdida en potencia del cable se define

f

PowerLoss =Pav (z = 0)Pav (z = L)

=Pin

Pout

= e2αL


►► Con las especificaciones de longitud y pCon las especificaciones de longitud y péérdida rdida del fabricante, podemos obtener la atenuacidel fabricante, podemos obtener la atenuacióón n constante a esa frecuenciaconstante a esa frecuencia

CableLossdB = 10log10 e2αL = 8.686αL

Calculamos el coeficiente de atenuación

α =PowerLoss _ dB /Lonxitude

8.686L ˆ Z L = ˆ Z C

5.2 Especificaci5.2 Especificacióón de Fontes de n de Fontes de SinalSinal

►► As fontes de sinal poder a ser caracterizadas en termos de As fontes de sinal poder a ser caracterizadas en termos de circucircuíítos equivalentes de Thevenin, como se mostra na tos equivalentes de Thevenin, como se mostra na figura 1.9. figura 1.9.


►► A cantidade VA cantidade VOCOC éé voltaxe de circuvoltaxe de circuííto aberto e Rto aberto e RSS éé a resistencia a resistencia da fonte. Practicamente tda fonte. Practicamente tóódalas fontes de sinal tedalas fontes de sinal teññen Ren RSS=50=50ΩΩ. . Ademais, a gran maiorAdemais, a gran maioríía de instrumentos usados para medir a de instrumentos usados para medir sinais tesinais teññen unha resistencia de entrada de 50en unha resistencia de entrada de 50ΩΩ e poden ser e poden ser caracterizados como se mostra na figura 1.10, onde Ccaracterizados como se mostra na figura 1.10, onde Cin in = 0 e = 0 e RRinin = 50= 50ΩΩ. .

►► Sen embargo, pSen embargo, póódese dicir que se a resistencia de entrada non dese dicir que se a resistencia de entrada non estestáá disediseññada a ser 50ada a ser 50ΩΩ, dise, diseññarase para ser moi grande, e o arase para ser moi grande, e o seu circuito de entrada pode ser representado xeralmente como seu circuito de entrada pode ser representado xeralmente como un condensador en paralelo con unha resistencia grande. un condensador en paralelo con unha resistencia grande.

►► ÉÉ sinxelo determinar a representacisinxelo determinar a representacióón da entrada de un n da entrada de un medidor de sinais particular, xa que o fabricante indica medidor de sinais particular, xa que o fabricante indica claramente estos parclaramente estos paráámetros cerca do conector de entrada ou metros cerca do conector de entrada ou nun mennun menúú..


►► Con estes conceptos en mente, examinemos a conexiCon estes conceptos en mente, examinemos a conexióón de unha n de unha fonte de sinal a un medidor con un anaco de cable coaxial, fonte de sinal a un medidor con un anaco de cable coaxial, como na figura 1.11.como na figura 1.11.

►► Se a resistencia terminal do cable, que Se a resistencia terminal do cable, que éé a resistencia de a resistencia de entrada entrada óó medidor, non ten igual Zmedidor, non ten igual ZCC ccóó cable, a impedancia de cable, a impedancia de entrada entrada óó cable como vista pola fonte de sinal non sercable como vista pola fonte de sinal non seráá de 50de 50ΩΩpara tpara tóódalas frecuencias e tdalas frecuencias e tóódalas lonxitudes, sendalas lonxitudes, senóón que variarn que variarááen funcien funcióón destes parn destes paráámetros. Consecuentemente sermetros. Consecuentemente seríía moi a moi dificil determinadificil determina--la impedancia que se lle presenta la impedancia que se lle presenta áá fonte, e fonte, e ademais esta impedancia variarademais esta impedancia variaríía coa frecuencia e a lonxitude a coa frecuencia e a lonxitude do tramo de cable, asdo tramo de cable, asíí que a saque a saíída da fonte variarda da fonte variaríía. Polo tanto o a. Polo tanto o equipamento moderno de proba de CEM teequipamento moderno de proba de CEM teññen impedancias de en impedancias de fonte e entrada de 50fonte e entrada de 50ΩΩ y cony conééctanse con cable coaxiales de ctanse con cable coaxiales de 5050ΩΩ..


►► Falamos agora do cFalamos agora do cáálculo da salculo da saíída. Na figura 1.12, unha da. Na figura 1.12, unha fonte de sinal termina nunha Rfonte de sinal termina nunha RLL de carga directamente de carga directamente como entrada a un dispositivo ou via entrada a un cable como entrada a un dispositivo ou via entrada a un cable de conexide conexióón. Se Rn. Se RLL=R=RSS, ent, entóón a voltaxe de san a voltaxe de saíída nos da nos terminaisterminais

onde na potencia tomamos a voltaxe RMS efectiva.onde na potencia tomamos a voltaxe RMS efectiva.►► A potencia de saA potencia de saíída dada en dBm:da dada en dBm:

Vout =RL

RS + RL

VOC =12

VOC

Pout =Vout

2

RL = 50Ω

PoutdBm =10log10Pout

1mW⎛ ⎝ ⎜

⎞ ⎠ ⎟


►► A maiorA maioríía dos aparatos de medida, como os analizadores a dos aparatos de medida, como os analizadores de espectro tamde espectro taméén ten teññen a sen a súúa resposta especificada a resposta especificada asumindo unha impedancia de entrada asumindo unha impedancia de entrada óó instrumento de instrumento de 5050ΩΩ..

►► A potencia recibida calcA potencia recibida calcúúlase delase de►► Se RSe Rinin=R=RLL, a entrada nos , a entrada nos

terminais do medidor pode terminais do medidor pode ser calculado como:ser calculado como:

e obtere obterííamos o mesmo que empregando a potencia.amos o mesmo que empregando a potencia.

Prec =PoutcablePincable

× Psource

PrecdBm = cableGaindBm + PsourcedBm

Vrec = Prec × 50

PrecdBμV = cableGaindB + VsourcedBμV

BibliografBibliografííaa

►► ““IntroductionIntroduction toto electromagneticelectromagneticcompatibilitycompatibility””,Clayton R. ,Clayton R. PaulPaul. Cap. Capíítulo primerotulo primero

►► httphttp://usuarios.lycos.es/arey2005/studies.html://usuarios.lycos.es/arey2005/studies.html►► www.portierramaryaire.com/arts/tacticas_3.phpwww.portierramaryaire.com/arts/tacticas_3.php

►► www.unav.es/.../indice.htmlwww.unav.es/.../indice.html

introducciÓn a la compatibilidad … 07-08/trabajos/1_ introduccioncem... · historia de la emc 3....

Documents