La interferencia electromagnética ( EMI ), también llamada interferencia de radiofrecuencia ( RFI ) cuando se encuentra en el espectro de radiofrecuencia , es una perturbación generada por una fuente externa que afecta a un circuito eléctrico por inducción electromagnética , acoplamiento electrostático o conducción. [1] La perturbación puede degradar el rendimiento del circuito o incluso detener su funcionamiento. En el caso de una ruta de datos, estos efectos pueden variar desde un aumento en la tasa de error hasta una pérdida total de los datos. [2] Tanto las fuentes naturales como las artificiales generan corrientes y voltajes eléctricos cambiantes que pueden causar EMI: sistemas de ignición , red celular de teléfonos móviles, rayos , erupciones solares y auroras (luces del norte/sur). [ cita requerida ] La EMI afecta con frecuencia a las radios AM . También puede afectar a los teléfonos móviles , radios FM y televisores , así como a las observaciones para radioastronomía y ciencia atmosférica .
La EMI se puede utilizar intencionalmente para interferir la radio , como en la guerra electrónica .
Desde los primeros días de las comunicaciones por radio, se han sentido los efectos negativos de las interferencias de transmisiones intencionales y no intencionales y se ha hecho evidente la necesidad de gestionar el espectro de frecuencias de radio. [3]
En 1933, una reunión de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) en París recomendó la creación del Comité Especial Internacional sobre Interferencias de Radio ( CISPR ) para abordar el problema emergente de la EMI. Posteriormente, el CISPR produjo publicaciones técnicas que abarcaban técnicas de medición y prueba y recomendaban límites de emisión e inmunidad. Estas publicaciones han evolucionado a lo largo de las décadas y forman la base de gran parte de las regulaciones de EMC del mundo actual. [4]
En 1979, la FCC de los Estados Unidos impuso límites legales a las emisiones electromagnéticas de todos los equipos digitales en respuesta al aumento de la cantidad de sistemas digitales que interferían con las comunicaciones por cable y radio. Los métodos de prueba y los límites se basaron en las publicaciones del CISPR, aunque ya se aplicaban límites similares en algunas partes de Europa. [5]
A mediados de los años 1980, los estados miembros de la Unión Europea adoptaron una serie de directivas de "nuevo enfoque" con la intención de normalizar los requisitos técnicos de los productos para que no se convirtieran en una barrera al comercio dentro de la CE. Una de ellas fue la Directiva CEM (89/336/EC) [6] y se aplica a todos los equipos comercializados o puestos en servicio. Su ámbito de aplicación abarca todos los aparatos "que puedan causar perturbaciones electromagnéticas o cuyo funcionamiento pueda verse afectado por dichas perturbaciones". [5]
Esta fue la primera vez que se estableció un requisito legal sobre inmunidad, así como sobre emisiones, en aparatos destinados a la población en general. Aunque puede haber costos adicionales para algunos productos para darles un nivel conocido de inmunidad, esto aumenta su calidad percibida, ya que pueden coexistir con aparatos en el entorno electromagnético activo de los tiempos modernos y con menos problemas. [5]
En la actualidad, muchos países tienen requisitos similares para que los productos cumplan con algún nivel de regulación de compatibilidad electromagnética (EMC). [5]
La interferencia electromagnética se divide en varias categorías según la fuente y las características de la señal.
El origen de la interferencia, a menudo denominada "ruido" en este contexto, puede ser provocado por el hombre (artificial) o natural.
La interferencia continua, o de onda continua (CW), surge cuando la fuente emite continuamente en un rango determinado de frecuencias. Este tipo se divide naturalmente en subcategorías según el rango de frecuencia y, en conjunto, a veces se denomina "DC a luz del día". Una clasificación común es la de banda estrecha y banda ancha, según la amplitud del rango de frecuencia.
Un pulso electromagnético (PEM), a veces llamado perturbación transitoria , surge cuando la fuente emite un pulso de energía de corta duración. La energía suele ser de banda ancha por naturaleza, aunque a menudo excita una respuesta de onda sinusoidal amortiguada de banda relativamente estrecha en la víctima.
Las fuentes se dividen ampliamente en eventos aislados y repetitivos.
Las fuentes de eventos EMP aislados incluyen:
Las fuentes de eventos EMP repetitivos, a veces como trenes de pulsos regulares , incluyen:
La interferencia electromagnética conducida es causada por el contacto físico de los conductores, a diferencia de la interferencia electromagnética radiada, que es causada por inducción (sin contacto físico de los conductores). Las perturbaciones electromagnéticas en el campo electromagnético de un conductor ya no se limitarán a la superficie del conductor y se irradiarán fuera de él. Esto persiste en todos los conductores y la inductancia mutua entre dos campos electromagnéticos radiados dará lugar a una interferencia electromagnética. [7]
Algunos de los términos técnicos que se emplean pueden tener distintos significados. Algunos fenómenos pueden denominarse con distintos términos. Estos términos se utilizan aquí de una manera ampliamente aceptada, lo que coincide con otros artículos de la enciclopedia.
La disposición básica del emisor o fuente de ruido , la vía de acoplamiento y la víctima, receptor o sumidero se muestra en la figura siguiente. La fuente y la víctima suelen ser dispositivos de hardware electrónicos , aunque la fuente puede ser un fenómeno natural como un rayo , una descarga electrostática (ESD) o, en un caso famoso , el Big Bang en el origen del Universo.
Existen cuatro mecanismos básicos de acoplamiento: conductivo , capacitivo , magnético o inductivo y radiativo . Cualquier ruta de acoplamiento se puede descomponer en uno o más de estos mecanismos de acoplamiento que funcionan juntos. Por ejemplo, la ruta inferior del diagrama incluye los modos inductivo, conductivo y capacitivo.
El acoplamiento conductivo se produce cuando la ruta de acoplamiento entre la fuente y la víctima se forma mediante un contacto eléctrico directo con un cuerpo conductor, por ejemplo, una línea de transmisión, un cable, una pista de PCB o una carcasa metálica. El ruido conducido también se caracteriza por la forma en que aparece en diferentes conductores:
El acoplamiento inductivo se produce cuando la fuente y la víctima están separadas por una distancia corta (normalmente inferior a una longitud de onda ). Estrictamente, el "acoplamiento inductivo" puede ser de dos tipos: inducción eléctrica e inducción magnética. Es habitual referirse a la inducción eléctrica como acoplamiento capacitivo y a la inducción magnética como acoplamiento inductivo .
El acoplamiento capacitivo se produce cuando existe un campo eléctrico variable entre dos conductores adyacentes, generalmente separados por una longitud de onda inferior, lo que induce un cambio de voltaje en el conductor receptor.
El acoplamiento inductivo o acoplamiento magnético ocurre cuando existe un campo magnético variable entre dos conductores paralelos, generalmente separados por una longitud de onda inferior, lo que induce un cambio de voltaje a lo largo del conductor receptor.
El acoplamiento radiativo o acoplamiento electromagnético se produce cuando la fuente y la víctima están separadas por una gran distancia, normalmente mayor que una longitud de onda. La fuente y la víctima actúan como antenas de radio: la fuente emite o irradia una onda electromagnética que se propaga a través del espacio intermedio y es captada o recibida por la víctima.
Interferencia en el sentido de interferencia electromagnética , también interferencia de radiofrecuencia ( EMI o RFI ) se define – según el Artículo 1.166 del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT ) [8] – como "El efecto de energía no deseada debida a una o una combinación de emisiones , radiaciones o inducciones en la recepción en un sistema de radiocomunicación , que se manifiesta por cualquier degradación del rendimiento, mala interpretación o pérdida de información que podría extraerse en ausencia de dicha energía no deseada".
Esta es también una definición utilizada por la administración de frecuencias para proporcionar asignaciones de frecuencias y asignación de canales de frecuencia a estaciones o sistemas de radio, así como para analizar la compatibilidad electromagnética entre servicios de radiocomunicación .
De acuerdo con el RR de la UIT (artículo 1), las variaciones de interferencia se clasifican de la siguiente manera: [9]
La EMI conducida es causada por el contacto físico de los conductores, a diferencia de la EMI radiada, que es causada por inducción (sin contacto físico de los conductores).
Para frecuencias más bajas, la EMI es causada por conducción y, para frecuencias más altas, por radiación.
La EMI a través del cable de tierra también es muy común en una instalación eléctrica.
Las interferencias tienden a ser más problemáticas con tecnologías de radio más antiguas, como la modulación de amplitud analógica , que no tienen forma de distinguir las señales no deseadas dentro de la banda de la señal deseada, y las antenas omnidireccionales utilizadas con sistemas de transmisión. Los sistemas de radio más nuevos incorporan varias mejoras que mejoran la selectividad . En los sistemas de radio digitales, como Wi-Fi , se pueden utilizar técnicas de corrección de errores . Se pueden utilizar técnicas de espectro ensanchado y salto de frecuencia con señalización analógica y digital para mejorar la resistencia a las interferencias. Se puede utilizar un receptor altamente direccional , como una antena parabólica o un receptor de diversidad , para seleccionar una señal en el espacio con exclusión de otras.
El ejemplo más extremo de señalización digital de espectro ensanchado hasta la fecha es la banda ultraancha ( UWB ), que propone el uso de grandes secciones del espectro radioeléctrico en amplitudes bajas para transmitir datos digitales de gran ancho de banda. La UWB, si se utilizara exclusivamente, permitiría un uso muy eficiente del espectro, pero los usuarios de tecnología no UWB aún no están preparados para compartir el espectro con el nuevo sistema debido a la interferencia que causaría a sus receptores (las implicaciones regulatorias de la UWB se analizan en el artículo sobre banda ultraancha ).
En los Estados Unidos , la Ley Pública 97-259 de 1982 permitió a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) regular la susceptibilidad de los equipos electrónicos de consumo. [10] [11]
Las posibles fuentes de RFI y EMI incluyen: [12] varios tipos de transmisores , transformadores de timbres, hornos tostadores , mantas eléctricas , dispositivos de control de plagas ultrasónicos, matamoscas eléctricos , almohadillas térmicas y lámparas controladas por tacto . Múltiples monitores de computadora o televisores CRT colocados demasiado cerca uno del otro a veces pueden causar un efecto de "vibración" entre sí, debido a la naturaleza electromagnética de sus tubos de imagen, especialmente cuando se activa una de sus bobinas desmagnetizadoras .
La interferencia electromagnética a 2,4 GHz puede ser causada por dispositivos inalámbricos 802.11b , 802.11g y 802.11n , dispositivos Bluetooth , monitores para bebés y teléfonos inalámbricos , transmisores de vídeo y hornos microondas .
Las cargas de conmutación ( inductivas , capacitivas y resistivas ), como motores eléctricos, transformadores, calentadores, lámparas, balastos, fuentes de alimentación, etc., causan interferencias electromagnéticas, especialmente con corrientes superiores a 2 A. El método habitual utilizado para suprimir la EMI es conectar una red de amortiguadores , una resistencia en serie con un condensador , a través de un par de contactos. Si bien esto puede ofrecer una reducción modesta de la EMI con corrientes muy bajas, los amortiguadores no funcionan con corrientes superiores a 2 A con contactos electromecánicos . [13] [14]
Otro método para suprimir la EMI es el uso de supresores de ruido con núcleo de ferrita (o perlas de ferrita ), que son económicos y se sujetan al cable de alimentación del dispositivo infractor o del dispositivo comprometido.
Las fuentes de alimentación de modo conmutado pueden ser una fuente de EMI, pero se han convertido en un problema menor a medida que han mejorado las técnicas de diseño, como la corrección del factor de potencia integrada .
La mayoría de los países tienen requisitos legales que exigen compatibilidad electromagnética : el hardware electrónico y eléctrico debe seguir funcionando correctamente cuando se lo somete a ciertas cantidades de EMI y no debe emitir EMI que pueda interferir con otros equipos (como radios).
La calidad de la señal de radiofrecuencia ha disminuido a lo largo del siglo XXI en aproximadamente un decibel por año a medida que el espectro se vuelve cada vez más concurrido. [ cita(s) adicional(es) necesaria(s) ] Esto ha infligido una carrera de Reina Roja en la industria de la telefonía móvil, ya que las empresas se han visto obligadas a instalar más torres celulares (en nuevas frecuencias) que luego causan más interferencias, lo que requiere más inversiones por parte de los proveedores y actualizaciones frecuentes de los teléfonos móviles para que coincidan. [15]
El Comité Internacional Especial de Interferencias Radioeléctricas (CISPR, por sus siglas en francés), un comité de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI), establece normas internacionales para las interferencias electromagnéticas radiadas y conducidas. Se trata de normas civiles para los sectores doméstico, comercial, industrial y automovilístico. Estas normas forman la base de otras normas nacionales o regionales, en particular las Normas Europeas (EN) redactadas por el CENELEC (Comité Europeo de Normalización Electrotécnica). Entre las organizaciones estadounidenses se encuentran el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), el Instituto Nacional Estadounidense de Normas (ANSI) y el Ejército de los Estados Unidos (MILSTD).
Los circuitos integrados suelen ser una fuente de EMI, pero normalmente deben acoplar su energía a objetos más grandes, como disipadores de calor, planos de placas de circuitos y cables, para irradiar de forma significativa. [16]
En los circuitos integrados , los medios importantes para reducir la EMI son: el uso de capacitores de derivación o desacoplamiento en cada dispositivo activo (conectados a través de la fuente de alimentación, lo más cerca posible del dispositivo), el control del tiempo de subida de señales de alta velocidad mediante resistencias en serie [17] y el filtrado de pines de la fuente de alimentación de CI . El blindaje suele ser un último recurso después de que otras técnicas hayan fallado, debido al gasto adicional de los componentes de blindaje, como las juntas conductoras.
La eficiencia de la radiación depende de la altura sobre el plano de tierra o plano de potencia (en RF , uno es tan bueno como el otro) y la longitud del conductor en relación con la longitud de onda del componente de la señal ( frecuencia fundamental , armónica o transitoria como sobreimpulso, subimpulso o zumbido). A frecuencias más bajas, como 133 MHz , la radiación es casi exclusivamente a través de cables de E/S; el ruido de RF llega a los planos de potencia y se acopla a los controladores de línea a través de los pines VCC y GND. La RF se acopla luego al cable a través del controlador de línea como ruido de modo común . Dado que el ruido es de modo común, el blindaje tiene muy poco efecto, incluso con pares diferenciales . La energía de RF se acopla capacitivamente desde el par de señal al blindaje y el propio blindaje es el que irradia. Una cura para esto es utilizar un disyuntor trenzado o un estrangulador para reducir la señal de modo común.
A frecuencias más altas, generalmente por encima de los 500 MHz, las trazas se hacen eléctricamente más largas y más altas por encima del plano. Se utilizan dos técnicas en estas frecuencias: modelado de onda con resistencias en serie e incrustación de las trazas entre los dos planos. Si todas estas medidas aún dejan demasiada interferencia electromagnética, se puede utilizar un blindaje como juntas de RF y cinta conductora o de cobre. La mayoría de los equipos digitales están diseñados con carcasas de metal o de plástico con revestimiento conductor. [ cita requerida ]
Cualquier semiconductor sin blindaje (por ejemplo, un circuito integrado) tenderá a actuar como un detector para aquellas señales de radio que se encuentran comúnmente en el entorno doméstico (por ejemplo, teléfonos móviles). [18] Un detector de este tipo puede demodular la portadora de telefonía móvil de alta frecuencia (por ejemplo, GSM850 y GSM1900, GSM900 y GSM1800) y producir señales demoduladas de baja frecuencia (por ejemplo, 217 Hz). [19] Esta demodulación se manifiesta como un zumbido audible no deseado en aparatos de audio como amplificadores de micrófono , amplificadores de altavoces , radios de automóviles, teléfonos, etc. Agregar filtros EMI integrados o técnicas de diseño especiales puede ayudar a evitar la EMI o mejorar la inmunidad a RF. [20] Algunos circuitos integrados están diseñados (por ejemplo, LMV831-LMV834, [21] MAX9724 [22] ) para tener filtros de RF integrados o un diseño especial que ayuda a reducir cualquier demodulación de la portadora de alta frecuencia.
Los diseñadores a menudo necesitan realizar pruebas especiales de inmunidad a la RF de las piezas que se van a utilizar en un sistema. Estas pruebas suelen realizarse en una cámara anecoica con un entorno de RF controlado donde los vectores de prueba producen un campo de RF similar al que se produce en un entorno real. [19]
La interferencia en radioastronomía , donde se la conoce comúnmente como interferencia de radiofrecuencia (RFI), es cualquier fuente de transmisión que se encuentre dentro de la banda de frecuencia observada, distinta a las propias fuentes celestiales. Debido a que los transmisores en la Tierra y alrededor de ella pueden ser muchas veces más fuertes que la señal astronómica de interés, la RFI es una preocupación importante para la realización de radioastronomía. [23] Las fuentes naturales de interferencia, como los rayos y el Sol, también se conocen a menudo como RFI. [ cita requerida ]
Algunas de las bandas de frecuencia que son muy importantes para la radioastronomía, como la línea HI de 21 cm a 1420 MHz, están protegidas por regulación. [ cita requerida ] Sin embargo, los observatorios radioastronómicos modernos como VLA , LOFAR y ALMA tienen un ancho de banda muy grande sobre el cual pueden observar. [ cita requerida ] Debido al espacio espectral limitado en frecuencias de radio, estas bandas de frecuencia no pueden asignarse completamente a la radioastronomía; por ejemplo, las imágenes desplazadas al rojo de la línea de 21 cm de la época de reionización pueden superponerse con la banda de transmisión FM (88-108 MHz) y, por lo tanto, los radiotelescopios necesitan lidiar con RFI en este ancho de banda. [23]
Las técnicas para lidiar con las interferencias de radiofrecuencia van desde filtros en hardware hasta algoritmos avanzados en software. Una forma de lidiar con transmisores potentes es filtrar completamente la frecuencia de la fuente. Este es, por ejemplo, el caso del observatorio LOFAR, que filtra las estaciones de radio FM entre 90 y 110 MHz. Es importante eliminar estas fuentes de interferencia tan fuertes lo antes posible, porque podrían "saturar" los receptores altamente sensibles ( amplificadores y convertidores analógico-digitales ), lo que significa que la señal recibida es más fuerte de lo que el receptor puede manejar. Sin embargo, filtrar una banda de frecuencia implica que estas frecuencias nunca se pueden observar con el instrumento. [ cita requerida ]
Una técnica común para tratar la RFI dentro del ancho de banda de frecuencia observado es emplear la detección de RFI en software. Dicho software puede encontrar muestras en el tiempo, la frecuencia o el espacio tiempo-frecuencia que están contaminadas por una fuente de interferencia. Estas muestras se ignoran posteriormente en un análisis posterior de los datos observados. Este proceso se conoce a menudo como marcado de datos . Debido a que la mayoría de los transmisores tienen un ancho de banda pequeño y no están presentes de forma continua, como los dispositivos de radio de banda ciudadana (CB) o de rayos, la mayoría de los datos siguen estando disponibles para el análisis astronómico. Sin embargo, el marcado de datos no puede resolver los problemas con los transmisores de banda ancha continuos, como los molinos de viento, los transmisores de vídeo digital o de audio digital . [ cita requerida ]
Otra forma de gestionar la RFI es establecer una zona de silencio de radio (RQZ, por sus siglas en inglés). La RQZ es un área bien definida que rodea a los receptores y que tiene regulaciones especiales para reducir la RFI en favor de las observaciones de radioastronomía dentro de la zona. Las regulaciones pueden incluir una gestión especial del espectro y del flujo de potencia o limitaciones de densidad de flujo de potencia. Los controles dentro de la zona pueden cubrir elementos distintos a los transmisores de radio o dispositivos de radio. Estos incluyen controles de aeronaves y control de radiadores no intencionales como dispositivos industriales, científicos y médicos, vehículos y líneas eléctricas. La primera RQZ para radioastronomía es la Zona Nacional de Silencio de Radio de los Estados Unidos (NRQZ, por sus siglas en inglés), establecida en 1958. [24]
Antes de la introducción de Wi-Fi, una de las mayores aplicaciones de la banda de 5 GHz era el radar meteorológico Doppler terminal . [25] [26] La decisión de utilizar el espectro de 5 GHz para Wi-Fi se finalizó en la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 2003; sin embargo, las autoridades meteorológicas no participaron en el proceso. [27] [28] La posterior implementación laxa y la mala configuración del DFS habían causado una interrupción significativa en las operaciones del radar meteorológico en varios países de todo el mundo. En Hungría, el sistema de radar meteorológico fue declarado no operativo durante más de un mes. Debido a la gravedad de la interferencia, los servicios meteorológicos sudafricanos terminaron abandonando la operación de la banda C, cambiando su red de radar a la banda S. [ 26] [29]
Las transmisiones en bandas adyacentes a las utilizadas por la teledetección pasiva , como los satélites meteorológicos , han causado interferencias, a veces significativas. [30] Existe la preocupación de que la adopción de 5G insuficientemente regulada pueda producir importantes problemas de interferencia. Una interferencia significativa puede perjudicar el rendimiento de la predicción numérica del tiempo y generar impactos negativos en la economía y la seguridad pública. [31] [32] [33] Estas preocupaciones llevaron al Secretario de Comercio de los EE. UU., Wilbur Ross, y al Administrador de la NASA, Jim Bridenstine, en febrero de 2019, a instar a la FCC a cancelar una subasta de espectro propuesta , que fue rechazada. [34]
La resolución de la FCC está reabriendo la banda del radar meteorológico Doppler terminal (TDWR) (canales 120, 124, 128) con nuevos requisitos de prueba para la protección DFS.
Desde 2006, la mayoría de los miembros de OPERA sufren cada vez más interferencias de las RLAN en los radares de banda C. ... Los servicios meteorológicos sudafricanos intentaron inicialmente implementar un filtrado de software específico para mejorar la situación, pero luego decidieron en 2011 trasladar su red de radar meteorológico a la banda S.
La decisión ERC/DEC/(99)23 agrega 5250–5350MHz y 5470–5725MHz con más potencia de transmisión pero con la salvedad adicional de que se requería DFS para proteger a los usuarios heredados (enlaces ascendentes de radar y satélite militar)
Más de 12 países europeos experimentaron casos de interferencia de este tipo (se han notificado otros casos en varios países del mundo). Interferencia definitivamente perjudicial (en Hungría, el radar fue declarado fuera de servicio durante más de un mes)
