Capitolo 1

Capitolo 1

La Prova Di Immunità Radiata

Quando si parla di campi elettromagnetici ad alta frequenza, s’intende, in genere, riferirsi a quei campi compresi nella banda delle Radiofrequenze RF, da 100KHz a 300MHz, e delle Microonde MO, da 300MHz a 300GHz.

Le principali sorgenti sono gli apparati industriali (radar, forni elettrici, unità elettrochirurgiche, …), quelli domestici (telefoni cellulari, forni a microonde, …) e tutti gli apparati per le telecomunicazioni (trasmittenti radiotelevisive, antenne per la telefonia cellulare, ponti radio, …).

Le norme EMC sulle emissioni impongono dei limiti all’ampiezza dei segnali prodotti da un dispositivo, mentre quelle sulla suscettibilità elencano i livelli massimi d’interferenza elettromagnetica che un apparato può sopportare continuando a funzionare regolarmente.

Le Norme Europee, designate dalla sigla EN, descrivono la procedura, la strumentazione, i limiti di larghezza di banda degli strumenti necessari per l’attuazione delle prove.

Per il funzionamento della Direttiva sono state emesse e sono in corso di pubblicazione norme tecniche di diverso tipo:

• NORME DI BASE; • NORME GENERICHE;

• NORME PER FAMIGLIA DI PRODOTTI O PER PRODOTTI SPECIFICI.

Norme di base

Sostanzialmente costituite da Pubblicazioni IEC, forniscono la descrizione dei fenomeni, dei metodi, delle disposizioni e delle apparecchiature di misura, alla base delle prove d’emissione ed immunità, senza riferimenti ad apparecchiature da testare.

Non contengono limiti né criteri di valutazione delle prestazioni.

Possono essere pubblicate sotto forma di norme, di rapporti tecnici e di guide.

Ai fini della prestazione di conformità alla direttiva EMC queste norme devono essere richiamate da quelle generiche o di prodotto.

Norme generiche

Specificano le prove EMC essenziali d’emissione ed i relativi limiti e livelli di prova, senza specificare i metodi di misura, facendo riferimento per le procedure di prova alle Norme di Base.

Si applicano a qualsiasi tipo d’apparecchio che funziona in un determinato ambiente elettromagnetico.

Norme per famiglie di prodotti o per prodotti specifici

individuano particolari requisiti EMC.

Generalmente non contengono dettagli dei metodi di prova, ma fanno riferimento alle norme di base.

Ai fini della certificazione escludono l’applicazione delle norme generiche al prodotto cui si riferiscono e sono perciò predominanti.

Una delle principali attività svolte in GSD riguarda le misure di Compatibilità Elettromagnetica.

Le varie tecniche riguardanti tali misure sono affrontate, in sezioni specifiche, nella Norma EN 61000-4-x (il testo della Norma Internazionale EN 1000-4 è stato approvato dal C.E.N.E.L.E.C. come Norma Europea con l’identificativo EN 61000-4).

L’applicazione di questa Norma porterà ad un ambiente in cui pericoli per le persone, siano essi operatori che conviventi dei macchinari, saranno ridotti ai minimi termini.

Anche se si sente annoverare e si considera soprattutto l’aspetto emissivo della Compatibilità, in questo momento di transizione è molto importante che i dispositivi di nuova produzione sappiano tollerare le possibili infrazioni, causate dalla presenza di apparati di vecchia fattura non adeguati alle norme vigenti e dal massiccio utilizzo delle trasmissioni.

Volendo riportare alcuni esempi, si possono considerare le seguenti norme base:

• EN 61000-4-2 Immunità alle scariche elettrostatiche; • EN 61000-4-3 Immunità ai campi elettromagnetici; • EN 61000-4-4 Immunità ai transistori veloci;

• EN 61000-4-5 Immunità ai disturbi ad alta energia;

• EN 61000-4-6 Immunità ai disturbi elettromagnetici condotti ad alta frequenza.

L’Immunità Radiata

Nessun apparato può essere concepito per lavorare a sé, senza contatti con il resto del mondo ed in un ambiente completamente suo.

Qualunque parte di un circuito può captare onde elettromagnetiche come se fosse una piccola antenna, ed è proprio qui il problema; Quale segnale viene intercettato? Qual è l’effetto che esso genera?

Esistono dei principi costruttivi ma la risposta non è certo calcolabile analiticamente poiché il grado di suscettibilità è complesso e dipende da diversi fattori quali la frequenza del segnale interferente, la sensibilità dei componenti impiegati, la distanza della sorgente dal disturbo.

Altro motivo per porre particolare attenzione a questo aspetto riguarda le trasmissioni che, per il corretto funzionamento dei servizi, non possono essere confinate in aree particolari. Anche se non ce ne accorgiamo, costantemente vengono riversati nel nostro ambiente milioni di segnali, da quello di radio e TV a quello di telefonini e trasmissioni satellitari, che potrebbero indurre malfunzionamenti in apparati elettronici.

Scopo della sezione EN 61000-4-3, “Prova di Immunità sui campi irradiati a radiofrequenza”, è quello di stabilire un riferimento comune di base e di ordine generale per la valutazione delle prestazioni delle apparecchiature elettriche ed elettroniche quando sono sottoposte a campi elettromagnetici, provenienti da sorgenti internazionali RF, nell’intervallo di frequenze 80 MHz – 1GHz.

Il modo più oggettivo di provare un apparato è quello di sottoporlo ad un disturbo, creato ad hoc, di intensità e frequenza opportune.

Ma quale intensità si deve impostare per il segnale di disturbo, quella della componente elettrica o quella della componente magnetica?

Si fa in modo di non dover prendere una posizione in questo senso, scegliendo cioè di stimolare il campione in esame con un onda piana per la quale sappiamo esistere la relazione ξ= E / H = 377 Ω. Fra le ampiezze dei 2 campi mutuamente ortogonali (Vedi Fig. 1.1).

Per riuscire ad avere un disturbo così, con gli apparati a disposizione, bisogna far sì che la distanza fra l ’ EUT e l’antenna sia di qualche volta la semi-lunghezza d’onda λ/2.

E E

H

Fig.1.1. Andamento delle componenti dei campi elettrico e magnetico in un’onda piana.

Fig. 1.2 .Setup tipico della prova di Immunità Radiata.

Poiché il Range di frequenze da provare è quello che va da 80 MHz ad 1 GHz la norma richiede che la distanza sia di 3 m così da verificare che effettivamente sull’apparato l’onda sia assimilabile ad un’onda piana.

Per il test di Immunità RF vero e proprio è perciò richiesta la scansione in frequenza con passi discreti che possono essere a step fisso o a step percentuale.

H

EUT ANTENNA Direzione di propagazione

Per ogni frequenza individuata si deve fare in modo che sul fronte dell’apparato vi sia un Campo di intensità x V/m, dove x è individuato a seconda del livello di severità da applicare al dispositivo.

Nella norma sono considerati 3 livelli generici relativi a: • 1 V/m;

• 3 V/m; • 10 V/m;

ed un livello speciale aperto a qualsiasi caso particolare.

Per raggiungere la potenza necessaria ad avere un campo sul fronte dell’apparato di intensità desiderata, si può procedere in 2 modi:

• facendo ricorso ad un file particolare di riferimento ottenuto in fase di calibrazione che, per ogni frequenza, mantiene il corrispondente valore in W da fornire all’antenna;

• impiegando un sensore nelle vicinanze dell’apparato con il quale misurare l’intensità di campo e con esso organizzare la gestione della potenza verso l’antenna.

Il “Rumore” di intensità costante viene modulato in ampiezza all’80 % con un’onda sinusoidale di frequenza 1 KHz (Vedi Fig.1.3).

La combinazione dei segnali cerca di simulare una trasmissione impiegando un valore tipico di modulazione AM,

Le frequenze sensibili, come ad esempio le frequenze di clock e le armoniche o le frequenze di rilevante interesse, devono essere analizzate separatamente ma con la stessa procedura.

1

0

-1

Per indagare su tutte le possibili situazioni la procedura esposta viene fatta sia con onda piana polarizzata verticalmente che orizzontalmente, su tutti e 4 i lati dell’apparato sotto test.

La Norma esposta sopra, ovvero la EN 61000-4-3, affronta il problema della Calibrazione in ambito civile, ciò è stato già affrontato, quindi scopo della prova attuale è una calibrazione ma con una norma di ambito militare, la MIL-STD-461E, esposta precedentemente. Essa viene affrontata in un range frequenziale nuovo rispetto al caso precedente, 10 KHz- 18GHz, ciò comporterà l’utilizzo di apparecchiature differenti, inoltre le due Calibrazioni vengono sostenute in modo diverso. Tutto sarà evidente quando verrà affrontato il test.