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 mediante inducción electromagnética , acoplamiento electrostático o conducción. [1] La perturbación puede degradar el rendimiento del circuito o incluso impedir 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 creadas por el hombre generan corrientes y voltajes eléctricos cambiantes que pueden causar EMI: sistemas de encendido , redes celulares de teléfonos móviles, relámpagos , erupciones solares y auroras (luces del norte y del sur). La EMI afecta con frecuencia a las radios AM . También puede afectar a teléfonos móviles , radios FM y televisores , así como a observaciones de radioastronomía y ciencias atmosféricas .
La EMI se puede utilizar intencionalmente para interferir con la radio , como en la guerra electrónica .
Desde los primeros días de las comunicaciones por radio, se han sentido los efectos negativos de la interferencia proveniente de transmisiones tanto intencionales como no intencionales y se hizo evidente la necesidad de gestionar el espectro de radiofrecuencia. [3]
En 1933, una reunión de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en París recomendó la creación del Comité Especial Internacional sobre Interferencias de Radio ( CISPR ) para abordar el problema emergente de las EMI. Posteriormente, el CISPR produjo publicaciones técnicas que cubren técnicas de medición y prueba y límites recomendados de emisión e inmunidad. Estos han evolucionado a lo largo de las décadas y forman la base de gran parte de las regulaciones EMC del mundo en la actualidad. [4]
En 1979, la FCC de EE. UU . impuso límites legales a las emisiones electromagnéticas de todos los equipos digitales en respuesta al creciente número de sistemas digitales que interferían con las comunicaciones por cable y por radio. Los métodos de prueba y los límites se basaron en publicaciones del CISPR, aunque ya se aplicaban límites similares en algunas partes de Europa. [5]
A mediados de la década de 1980, los estados miembros de la Unión Europea adoptaron una serie de directivas de "nuevo enfoque" con la intención de estandarizar los requisitos técnicos de los productos para que no se conviertan en una barrera al comercio dentro de la CE. Una de ellas fue la Directiva EMC (89/336/CE) [6] y se aplica a todos los equipos comercializados o puestos en servicio. Su ámbito de aplicación abarca todos los aparatos "que puedan provocar perturbaciones electromagnéticas o cuyo funcionamiento pueda verse afectado por dichas perturbaciones". [5]
Esta fue la primera vez que hubo un requisito legal sobre la inmunidad, así como sobre las emisiones en aparatos destinados a la población en general. Aunque algunos productos pueden implicar costos adicionales para darles un nivel conocido de inmunidad, aumenta su calidad percibida, ya que pueden coexistir con aparatos en el entorno EM activo de los tiempos modernos y con menos problemas. [5]
Muchos países ahora tienen requisitos similares para que los productos cumplan 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 lo denomina "DC a luz diurna". Una clasificación común es en banda estrecha y banda ancha, según la extensión del rango de frecuencia.
Un pulso electromagnético (EMP), 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 en términos generales 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 EMI radiada, que es causada por inducción (sin contacto físico de los conductores). Las perturbaciones electromagnéticas en el campo EM de un conductor ya no estarán confinadas a la superficie del conductor y se irradiarán desde ella. Esto persiste en todos los conductores y la inductancia mutua entre dos campos electromagnéticos radiados dará como resultado EMI. [7]
Algunos de los términos técnicos que se emplean pueden usarse con diferentes significados. Algunos fenómenos pueden denominarse con varios términos diferentes. Estos términos se utilizan aquí de una manera ampliamente aceptada, lo cual es consistente con otros artículos de la enciclopedia.
En la siguiente figura se muestra la disposición básica del emisor o fuente de ruido , la ruta de acoplamiento y la víctima, el receptor o el sumidero. 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.
Hay cuatro mecanismos básicos de acoplamiento: conductivo , capacitivo , magnético o inductivo y radiativo . Cualquier ruta de acoplamiento se puede dividir en uno o más de estos mecanismos de acoplamiento trabajando juntos. Por ejemplo, el camino inferior en el diagrama involucra modos inductivo, conductor y capacitivo.
El acoplamiento conductivo ocurre cuando la ruta de acoplamiento entre la fuente y la víctima se forma por contacto eléctrico directo con un cuerpo conductor, por ejemplo una línea de transmisión, alambre, cable, traza de PCB o carcasa metálica. El ruido conducido también se caracteriza por la forma en que aparece en diferentes conductores:
El acoplamiento inductivo ocurre cuando la fuente y la víctima están separadas por una distancia corta (generalmente menos que una longitud de onda ). Estrictamente, el "acoplamiento inductivo" puede ser de dos tipos, inducción eléctrica e inducción magnética. Es común 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, normalmente separados por menos de una longitud de onda, 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 menos de una longitud de onda, lo que induce un cambio de voltaje a lo largo del conductor receptor.
El acoplamiento radiativo o electromagnético se produce cuando la fuente y la víctima están separadas por una gran distancia, normalmente más de 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.
La 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 interferencias no deseadas". energía debida a una o una combinación de emisiones , radiaciones o inducciones al recibirse en un sistema de radiocomunicaciones , manifestada 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 radiocomunicaciones .
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.
La interferencia tiende a ser más problemática con tecnologías de radio más antiguas, como la modulación de amplitud analógica , que no tienen forma de distinguir las señales dentro de banda no deseadas de la señal deseada, y las antenas omnidireccionales utilizadas con los sistemas de transmisión. Los sistemas de radio más nuevos incorporan varias mejoras que mejoran la selectividad . En los sistemas de radio digital, como el Wi-Fi , se pueden utilizar técnicas de corrección de errores . Se pueden utilizar técnicas de espectro ensanchado y de salto de frecuencia con señalización tanto analógica como 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 bajas amplitudes para transmitir datos digitales de gran ancho de banda. UWB, si se utilizara exclusivamente, permitiría un uso muy eficiente del espectro, pero los usuarios de tecnología distinta de 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 UWB se analizan en el artículo sobre banda ultraancha ).
En 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 fuentes potenciales de RFI y EMI incluyen: [12] varios tipos de transmisores , transformadores de timbres, hornos tostadores , mantas eléctricas , dispositivos ultrasónicos de control de plagas, eliminadores de insectos eléctricos , almohadillas térmicas y lámparas controladas por tacto . Varios monitores de computadora CRT o televisores 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 una de sus bobinas desmagnetizadoras está activada.
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 video 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 en corrientes superiores a 2 A. El método habitual utilizado para suprimir EMI es conectar una red amortiguadora , una resistencia en serie con un condensador , a través de un par de contactos. Si bien esto puede ofrecer una modesta reducción de EMI a corrientes muy bajas, los amortiguadores no funcionan a 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 enganchan 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 integrada del factor de potencia .
La mayoría de los países tienen requisitos legales que exigen la compatibilidad electromagnética : el hardware electrónico y eléctrico aún debe funcionar correctamente cuando se somete a ciertas cantidades de EMI y no debe emitir EMI, que podría 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 saturado. [ se necesitan citas adicionales ] Esto ha infligido una carrera de la Reina Roja en la industria de la telefonía móvil, ya que las empresas se han visto obligadas a instalar más torres de telefonía celular (en nuevas frecuencias) que luego causan más interferencias, lo que requiere más inversión por parte de los proveedores y frecuentes actualizaciones de teléfonos móviles para igualar. [15]
El Comité Especial Internacional para Interferencias Radioeléctricas o CISPR (acrónimo francés de "Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques"), que es un comité de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), establece estándares 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) escritas por CENELEC (comité europeo de normalización electrotécnica). Las organizaciones estadounidenses incluyen el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) y el Ejército de EE. UU. (MILSTD).
Los circuitos integrados suelen ser una fuente de EMI, pero normalmente deben acoplar su energía a objetos más grandes, como disipadores de calor, placas de circuitos y cables, para irradiar significativamente. [dieciséis]
En los circuitos integrados , medios importantes para reducir la EMI son: el uso de condensadores de derivación o desacoplamiento en cada dispositivo activo (conectados a través de la fuente de alimentación, lo más cerca posible del dispositivo), control del tiempo de subida de señales de alta velocidad utilizando resistencias en serie, [17] y filtrado de pines de fuente de alimentación IC . El blindaje suele ser el último recurso después de que otras técnicas han fallado, debido al costo adicional de proteger componentes 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 de la longitud del conductor en relación con la longitud de onda del componente de la señal ( frecuencia fundamental , armónica o transitoria) . como exceso, defecto o zumbido). En frecuencias más bajas, como 133 MHz , la radiación se produce 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. Luego, la RF se acopla 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 señales al escudo y el propio escudo irradia. Una solución para esto es utilizar un interruptor de trenza o un estrangulador para reducir la señal de modo común.
A frecuencias más altas, generalmente por encima de 500 MHz, las trazas se vuelven eléctricamente más largas y más altas por encima del avión. Se utilizan dos técnicas en estas frecuencias: formación de ondas con resistencias en serie e incrustación de trazas entre los dos planos. Si todas estas medidas aún dejan demasiada EMI, se pueden usar blindajes como juntas de RF y cobre o cinta conductora. La mayoría de los equipos digitales están diseñados con carcasas de metal o plástico con revestimiento conductor. [ cita necesaria ]
Cualquier semiconductor no blindado (por ejemplo, un circuito integrado) tenderá a actuar como detector de 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 parlantes , 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 RF de las piezas que se utilizarán 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 producido en un entorno real. [19]
La interferencia en radioastronomía , donde comúnmente se la conoce como interferencia de radiofrecuencia (RFI), es cualquier fuente de transmisión que se encuentre dentro de la banda de frecuencia observada distinta de las propias fuentes celestes. Debido a que los transmisores en la Tierra y alrededor de ella pueden ser muchas veces más potentes que la señal astronómica de interés, la RFI es una preocupación importante en la realización de radioastronomía. [23] Las fuentes naturales de interferencia, como los rayos y el Sol, también suelen denominarse RFI. [ cita necesaria ]
Algunas de las bandas de frecuencias que son muy importantes para la radioastronomía, como la línea HI de 21 cm a 1420 MHz, están protegidas por reglamento. [ cita necesaria ] Sin embargo, los observatorios radioastronómicos modernos como VLA , LOFAR y ALMA tienen un ancho de banda muy grande sobre el cual pueden observar. [ cita necesaria ] Debido al espacio espectral limitado en las radiofrecuencias, estas bandas de frecuencia no se pueden asignar 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 de FM (88-108 MHz) y, por lo tanto, los radiotelescopios deben lidiar con la RFI en este ancho de banda. [23]
Las técnicas para lidiar con RFI 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 el caso, por ejemplo, del observatorio LOFAR, que filtra las emisoras 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-digital ), lo que significa que la señal recibida es más fuerte de lo que el receptor puede soportar. Sin embargo, filtrar una banda de frecuencia implica que estas frecuencias nunca podrán observarse con el instrumento. [ cita necesaria ]
Una técnica común para lidiar con RFI dentro del ancho de banda de frecuencia observado es emplear la detección de RFI en software. Este tipo de software puede encontrar muestras en el tiempo, la frecuencia o el espacio tiempo-frecuencia que estén contaminadas por una fuente de interferencia. Posteriormente, estas muestras se ignoran en análisis posteriores de los datos observados. Este proceso a menudo se denomina marcado de datos . Debido a que la mayoría de los transmisores tienen un ancho de banda pequeño y no están presentes continuamente, como rayos o dispositivos de radio de banda ciudadana (CB), la mayoría de los datos permanecen disponibles para el análisis astronómico. Sin embargo, la señalización de datos no puede resolver los problemas con los transmisores continuos de banda ancha, como los molinos de viento, los transmisores de vídeo digital o de audio digital . [ cita necesaria ]
Otra forma de gestionar la RFI es establecer una zona silenciosa de radio (RQZ). RQZ es un área bien definida que rodea a los receptores y que tiene regulaciones especiales para reducir la RFI a favor de las observaciones de radioastronomía dentro de la zona. La normativa podrá incluir una gestión especial del espectro y limitaciones de flujo de potencia o de densidad de flujo de potencia. Los controles dentro de la zona podrán abarcar elementos distintos de radiotransmisores 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 Radio Silencio de los Estados Unidos (NRQZ), 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 Terminal Doppler . [25] [26] La decisión de utilizar el espectro de 5 GHz para Wi-Fi se adoptó en la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 2003; sin embargo, las autoridades meteorológicas no estuvieron involucradas en el proceso. [27] [28] La posterior implementación laxa y mala configuración de DFS había causado una interrupción significativa en las operaciones de radar meteorológico en varios países de todo el mundo. En Hungría, el sistema de radar meteorológico estuvo fuera de servicio durante más de un mes. Debido a la gravedad de las interferencias, los servicios meteorológicos sudafricanos acabaron abandonando el funcionamiento en la banda C, cambiando su red de radares a la banda S. [26] [29]
Las transmisiones en bandas adyacentes a las utilizadas por la teledetección pasiva , como los satélites meteorológicos , han provocado interferencias, a veces importantes. [30] Existe la preocupación de que la adopción de 5G insuficientemente regulada pueda producir importantes problemas de interferencia. Una interferencia significativa puede afectar el rendimiento de la predicción numérica del tiempo e incurrir en impactos económicos y de seguridad pública negativos. [31] [32] [33] Estas preocupaciones llevaron al secretario de Comercio de EE. UU., Wilbur Ross, y al administrador de la NASA, Jim Bridenstine , en febrero de 2019 a instar a la FCC a cancelar una propuesta de subasta de espectro , que fue rechazada. [34]
El fallo 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 experimentan cada vez más interferencias en los radares de banda C procedentes de RLAN.
... Los servicios meteorológicos sudafricanos intentaron inicialmente implementar un software de filtrado específico para mejorar la situación, pero en 2011 decidieron trasladar su red de radares meteorológicos a la banda S.
La decisión ERC/DEC/(99)23 agrega 5250–5350MHz y 5470–5725MHz con más potencia de transmisión, pero con la advertencia adicional de que se requería DFS para proteger a los usuarios heredados (enlaces ascendentes de radar militar y satélite)
Más de 12 países europeos experimentaron este tipo de interferencias (ahora se han reportado otros casos en varios países del mundo).
Interferencia definitivamente perjudicial (en Hungría, el radar fue declarado no operativo durante más de 1 mes)
