กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 9 นาที

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ( EMI ) หรือที่เรียกว่า การรบกวนความถี่วิทยุ ( RFI ) เมื่ออยู่ใน สเปกตรัม ความถี่วิทยุ คือการรบกวนที่เกิดจากแหล่งภายนอกซึ่งส่งผลกระทบต่อวงจรไฟฟ้าโดย...

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การบันทึกการอภิปรายของสภาผู้แทนราษฎรสหรัฐฯ เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม พ.ศ. 2545 ถูกขัดจังหวะและบิดเบือนโดยการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากเปลวสุริยะเมื่อเวลาประมาณ 14:30 น. [ 1 ]
สัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสัญญาณโทรทัศน์อนาล็อก

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ( EMI ) หรือที่เรียกว่าการรบกวนความถี่วิทยุ ( RFI ) เมื่ออยู่ใน สเปกตรัม ความถี่วิทยุคือการรบกวนที่เกิดจากแหล่งภายนอกซึ่งส่งผลกระทบต่อวงจรไฟฟ้าโดยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าการเชื่อมต่อไฟฟ้าสถิตหรือการนำไฟฟ้า[ 2 ]การรบกวนนี้อาจทำให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลงหรือแม้กระทั่งทำให้วงจรหยุดทำงาน ในกรณีของเส้นทางข้อมูล ผลกระทบเหล่านี้อาจมีตั้งแต่การเพิ่มขึ้นของอัตราข้อผิดพลาดไปจนถึงการสูญเสียข้อมูลทั้งหมด[ 3 ]

ทั้งแหล่งกำเนิดที่มนุษย์สร้างขึ้นและแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติล้วนสร้างกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง ซึ่งอาจก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI ) ได้แก่ ระบบจุดระเบิด เครือข่ายโทรศัพท์มือถือฟ้าผ่าเปลวสุริยะและแสงเหนือ/แสงใต้ EMI มักส่งผลกระทบต่อวิทยุ AM นอกจาก นี้ยังอาจส่งผลกระทบต่อโทรศัพท์มือถือวิทยุFMและโทรทัศน์รวมถึงการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์วิทยุและวิทยาศาสตร์บรรยากาศด้วย

EMI สามารถนำมาใช้โดยเจตนาเพื่อรบกวนสัญญาณวิทยุได้ เช่น ในสงครามอิเล็กทรอนิกส์

ตรวจพบสัญญาณรบกวนจาก Wi-Fi ความถี่ 5 GHz บนเรดาร์ตรวจอากาศแบบดอปเปลอร์

ประวัติศาสตร์

นับตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการสื่อสารทางวิทยุ ผลกระทบเชิงลบของการรบกวนจากการส่งทั้งโดยตั้งใจและไม่ตั้งใจก็ปรากฏให้เห็น และความจำเป็นในการจัดการคลื่นความถี่วิทยุก็ชัดเจนขึ้น[ 4 ]

ในปี พ.ศ. 2476 การประชุมของคณะกรรมการเทคนิคไฟฟ้าสากล (IEC) ในปารีสได้แนะนำให้จัดตั้งคณะกรรมการพิเศษระหว่างประเทศว่าด้วยการรบกวนทางวิทยุ ( CISPR ) เพื่อจัดการกับปัญหา EMI ที่กำลังเกิดขึ้น CISPR ได้จัดทำเอกสารทางเทคนิคที่ครอบคลุมเทคนิคการวัดและการทดสอบ และแนะนำขีดจำกัดการปล่อยและการต้านทาน ซึ่งได้มีการพัฒนามาเรื่อยๆ ตลอดหลายทศวรรษและเป็นพื้นฐานของกฎระเบียบ EMCทั่วโลกในปัจจุบัน[ 5 ]

ในปี พ.ศ. 2522 FCC ในสหรัฐอเมริกา ได้กำหนดข้อจำกัดทางกฎหมายเกี่ยวกับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากอุปกรณ์ดิจิทัลทั้งหมดเพื่อตอบสนองต่อจำนวนระบบดิจิทัลที่เพิ่มขึ้นซึ่งรบกวนการสื่อสารแบบมีสายและวิทยุ วิธีการทดสอบและข้อจำกัดนั้นอิงตามเอกสารเผยแพร่ของ CISPR แม้ว่าข้อจำกัดที่คล้ายกันนี้จะถูกบังคับใช้แล้วในบางส่วนของยุโรป[ 6 ]

ในช่วงกลางทศวรรษ 1980 ประเทศสมาชิกสหภาพยุโรปได้นำเอาแนวทางใหม่หลายฉบับมาใช้ โดยมีจุดประสงค์เพื่อกำหนดมาตรฐานข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับผลิตภัณฑ์ เพื่อไม่ให้กลายเป็นอุปสรรคต่อการค้าภายในประชาคมยุโรป หนึ่งในนั้นคือคำสั่ง EMC (89/336/EC) [ 7 ]ซึ่งใช้กับอุปกรณ์ทั้งหมดที่วางจำหน่ายหรือนำไปใช้งาน ขอบเขตครอบคลุมอุปกรณ์ทั้งหมด "ที่อาจก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า หรือประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์นั้นอาจได้รับผลกระทบจากการรบกวนดังกล่าว" [ 6 ]

นี่เป็นครั้งแรกที่มีข้อกำหนดทางกฎหมายเกี่ยวกับภูมิคุ้มกัน รวมถึงการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์ที่มุ่งเป้าไปที่ประชาชนทั่วไป แม้ว่าอาจมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับผลิตภัณฑ์บางอย่างเพื่อให้มีภูมิคุ้มกันในระดับที่ทราบ แต่จะทำให้คุณภาพที่รับรู้เพิ่มขึ้น เนื่องจากสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อม EM ที่ใช้งานอยู่ในยุคปัจจุบันได้โดยมีปัญหาน้อยลง[ 6 ]

ปัจจุบันหลายประเทศมีข้อกำหนดที่คล้ายคลึงกันสำหรับผลิตภัณฑ์เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้าน ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ในระดับหนึ่ง[ 6 ]

ประเภท

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้หลายประเภทตามลักษณะของแหล่งกำเนิดและสัญญาณ

แหล่งกำเนิดของสัญญาณรบกวน ซึ่งในบริบทนี้มักเรียกว่า "เสียงรบกวน" นั้น อาจเกิดจากฝีมือมนุษย์ (เทียม) หรือเกิดจากธรรมชาติ

การรบกวนแบบต่อเนื่อง หรือคลื่นต่อเนื่อง (CW) เกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดปล่อยคลื่นออกมาอย่างต่อเนื่องในช่วงความถี่ที่กำหนด การรบกวนประเภทนี้แบ่งออกเป็นประเภทย่อยตามช่วงความถี่ และโดยรวมแล้วบางครั้งเรียกว่า "DC ถึงแสงแดด" การจำแนกประเภทที่นิยมใช้กันอย่างหนึ่งคือการแบ่งเป็นแบบแถบความถี่แคบและแถบความถี่กว้าง ตามการกระจายของช่วงความถี่

  • ความถี่เสียง ตั้งแต่ความถี่ต่ำมากไปจนถึงประมาณ 20 kHz ความถี่สูงถึง 100 kHz บางครั้งอาจถูกจัดว่าเป็นความถี่เสียงด้วย แหล่งที่มา ได้แก่:
    • เสียงฮัมจากแหล่งจ่ายไฟหลัก มาจาก: หน่วยจ่ายไฟ สายไฟใกล้เคียง สายส่ง และสถานีจ่ายไฟย่อย
    • อุปกรณ์ประมวลผลเสียง เช่นเครื่องขยาย เสียง และลำโพง
    • การถอดรหัสสัญญาณคลื่นพาหะความถี่สูง เช่นสัญญาณวิทยุ FM
  • การรบกวนคลื่นความถี่วิทยุ (RFI) โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 20 kHz ไปจนถึงขีดจำกัดสูงสุดซึ่งเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามการพัฒนาของเทคโนโลยี แหล่งที่มา ได้แก่:
  • สัญญาณรบกวนแบบบรอดแบนด์อาจกระจายไปทั่วบางส่วนของช่วงความถี่ใดช่วงหนึ่งหรือทั้งสองช่วงความถี่ โดยไม่มีความถี่ใดความถี่หนึ่งเด่นชัดเป็นพิเศษ แหล่งที่มา ได้แก่:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ( EMP ) หรือบางครั้งเรียกว่า การรบกวน ชั่วคราวเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดปล่อยพลังงานเป็นพัลส์ในช่วงเวลาสั้นๆ พลังงานนั้นมักมีลักษณะเป็นแถบความถี่กว้าง แม้ว่าบ่อยครั้งจะกระตุ้นให้เกิด การตอบสนอง แบบคลื่นไซน์ลดทอนที่มี แถบความถี่แคบ ในผู้รับผลกระทบก็ตาม

แหล่งข้อมูลแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นโดดเดี่ยว และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ

แหล่งที่มาของเหตุการณ์ EMP ที่เกิดขึ้นแบบแยกเดี่ยว ได้แก่:

  • การสลับการทำงานของวงจรไฟฟ้า รวมถึงโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น รีเลย์ โซลินอยด์ หรือมอเตอร์ไฟฟ้า
  • ไฟกระชาก/พัลส์จากสายส่งไฟฟ้า
  • การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) เกิดขึ้นจากการที่วัตถุที่มีประจุสองชิ้นอยู่ใกล้กันหรือสัมผัสกัน
  • คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่า (LEMP) โดยทั่วไปจะเป็นชุดของคลื่นสั้นๆ
  • คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากระเบิดนิวเคลียร์ (NEMP) เป็นผลที่เกิดขึ้นจากการระเบิดนิวเคลียร์ รูปแบบหนึ่งของปรากฏการณ์นี้คืออาวุธนิวเคลียร์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากระดับความสูง (HEMP) ซึ่งออกแบบมาเพื่อสร้างคลื่นดังกล่าวเป็นผลทำลายล้างหลัก
  • อาวุธคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ (NNEMP)

แหล่งกำเนิดของเหตุการณ์ EMP ที่เกิดขึ้นซ้ำๆ บางครั้งในรูปแบบคลื่นพัลส์ ที่สม่ำเสมอ ได้แก่:

  • มอเตอร์ไฟฟ้า
  • ระบบจุดระเบิดด้วยไฟฟ้า เช่น ในเครื่องยนต์เบนซิน
  • การสลับการทำงานอย่างต่อเนื่องของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบนำไฟฟ้าเกิดจากการสัมผัสทางกายภาพของตัวนำ ซึ่งแตกต่างจาก EMI แบบแผ่รังสีซึ่งเกิดจากการเหนี่ยวนำ (โดยไม่มีการสัมผัสทางกายภาพของตัวนำ) การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวนำจะไม่จำกัดอยู่เฉพาะบนพื้นผิวของตัวนำอีกต่อไปและจะแผ่รังสีออกไปจากตัวนำ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในตัวนำทุกชนิด และการเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ที่แผ่รังสีสองสนาม จะส่งผลให้เกิด EMI [ 8 ]

กลไกการเชื่อมต่อ

โหมดการเชื่อมต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ทั้งสี่แบบ

คำศัพท์ทางเทคนิคบางคำที่ใช้ในที่นี้ อาจมีความหมายแตกต่างกันได้ บางปรากฏการณ์อาจถูกเรียกด้วยคำต่างๆ กัน อย่างไรก็ตาม ในที่นี้คำศัพท์เหล่านี้ถูกใช้ในลักษณะที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ซึ่งสอดคล้องกับบทความอื่นๆ ในสารานุกรมนี้

ภาพด้านล่างแสดงการจัดเรียงพื้นฐานของตัวส่งหรือแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนเส้นทางการเชื่อมต่อ และ ตัวรับ หรือปลายทาง แหล่งกำเนิดและปลายทางมักเป็นอุปกรณ์ ฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์แม้ว่าแหล่งกำเนิดอาจเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ เช่นฟ้าผ่าการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) หรือในกรณีที่โด่งดังคือบิ๊กแบงณ จุดกำเนิดของจักรวาล

กลไกการเชื่อมต่อพื้นฐานมีสี่แบบ ได้แก่การนำไฟฟ้า การ เก็บประจุ การเหนี่ยวนำ แม่เหล็กและการแผ่รังสีเส้นทางการเชื่อมต่อใดๆ ก็สามารถแบ่งย่อยออกเป็นกลไกการเชื่อมต่อหนึ่งอย่างหรือมากกว่านั้นที่ทำงานร่วมกันได้ ตัวอย่างเช่น เส้นทางด้านล่างในแผนภาพเกี่ยวข้องกับโหมดการเหนี่ยวนำ การนำไฟฟ้า และการเก็บประจุ

การเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อเส้นทางการเชื่อมต่อระหว่างแหล่งกำเนิดและเป้าหมายเกิดจากการสัมผัสทางไฟฟ้าโดยตรงกับตัวนำ เช่น สายส่ง สายไฟ สายเคเบิล ลาย วงจรพิมพ์หรือกล่องโลหะ เสียงรบกวนแบบนำไฟฟ้ายังจำแนกได้ตามลักษณะที่ปรากฏบนตัวนำที่แตกต่างกันด้วย:

  • การคู่ขนานแบบคอมมอนโหมด: สัญญาณรบกวนปรากฏขึ้นในเฟสเดียวกัน (ในทิศทางเดียวกัน) บนตัวนำสองตัว
  • การเชื่อมต่อแบบดิฟเฟอเรนเชียลโหมด: สัญญาณรบกวนปรากฏขึ้นโดยมีเฟสต่างกัน (ในทิศทางตรงกันข้าม) บนตัวนำสองตัว

การเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดและตัวรับอยู่ห่างกันในระยะทางสั้นๆ (โดยทั่วไปน้อยกว่าความยาวคลื่น ) โดยหลักการแล้ว "การเหนี่ยวนำ" สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ การเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็ก โดยทั่วไปมักเรียกการเหนี่ยวนำทางไฟฟ้าว่าการเหนี่ยวนำแบบคาปาซิทีฟและเรียกการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กว่า การเหนี่ยวนำ แบบ เหนี่ยวนำ

การเหนี่ยวนำแบบคาปาซิทีฟเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้า ที่เปลี่ยนแปลงไป มีอยู่ระหว่างตัวนำสองตัวที่อยู่ติดกัน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ห่างกันน้อยกว่าความยาวคลื่น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าบนตัวนำรับสัญญาณ

การเหนี่ยวนำหรือการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อมีสนามแม่เหล็ก ที่เปลี่ยนแปลง อยู่ระหว่างตัวนำคู่ขนานสองตัวซึ่งโดยทั่วไปแล้วอยู่ห่างกันน้อยกว่าความยาวคลื่น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าตามตัวนำรับสัญญาณ

ตัวกรอง EMI สำหรับลดการปล่อยคลื่นรบกวนแบบนำไฟฟ้า

การเชื่อมต่อแบบแผ่รังสีหรือการเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อแหล่งกำเนิดและตัวรับอยู่ห่างกันเป็นระยะทางมาก โดยทั่วไปแล้วจะมากกว่าหนึ่งความยาวคลื่น แหล่งกำเนิดและตัวรับทำหน้าที่เหมือนเสาอากาศวิทยุ: แหล่งกำเนิดปล่อยหรือแผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแพร่กระจายผ่านพื้นที่ระหว่างกันและถูกตัวรับตรวจจับหรือรับสัญญาณได้

คำจำกัดความของ ITU

การรบกวนที่มีความหมายของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงการรบกวนความถี่วิทยุ ( EMIหรือRFI ) นั้น – ตามมาตรา 1.166ของข้อบังคับวิทยุ (RR) ของสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU) [ 9 ] ถูกกำหนด  ไว้ว่า “ผลกระทบของพลังงานที่ไม่พึงประสงค์อันเนื่องมาจากการปล่อยการแผ่รังสีหรือการเหนี่ยวนำ อย่างใดอย่างหนึ่งหรือหลายอย่างรวมกัน ต่อการรับสัญญาณใน ระบบ สื่อสารทางวิทยุ ซึ่งแสดงให้เห็นโดยการลดประสิทธิภาพ การ ตีความผิด หรือการสูญเสียข้อมูลใดๆ ที่สามารถดึงออกมาได้หากไม่มีพลังงานที่ไม่พึงประสงค์ดังกล่าว”

นอกจากนี้ คำจำกัดความนี้ยังถูกใช้โดยหน่วยงานบริหารจัดการความถี่เพื่อจัดสรรความถี่และช่องความถี่ให้กับสถานีวิทยุหรือระบบต่างๆ รวมถึงวิเคราะห์ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างบริการสื่อสารทางวิทยุด้วย

ตาม ITU RR (มาตรา 1) การเปลี่ยนแปลงของการรบกวนจะถูกจำแนกประเภทดังนี้: [ 10 ]

  • การแทรกแซงที่อนุญาต (RR 1.167)
  • การรบกวนที่ยอมรับได้ (RR 1.168)
  • การรบกวนที่เป็นอันตราย (RR 1.169)

การรบกวนที่เกิดขึ้น

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบนำไฟฟ้าเกิดจากการสัมผัสทางกายภาพของตัวนำ ในขณะที่การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบแผ่รังสีเกิดจากการเหนี่ยวนำ (โดยไม่มีการสัมผัสทางกายภาพของตัวนำ)

สำหรับความถี่ต่ำ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดจากการนำไฟฟ้า และสำหรับความถี่สูง เกิดจากการแผ่รังสี

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านสายดินก็เป็นเรื่องที่พบได้บ่อยในโรงงานไฟฟ้าเช่นกัน

จุดอ่อนของเทคโนโลยีวิทยุประเภทต่างๆ

การรบกวนมักเป็นปัญหามากกว่าในเทคโนโลยีวิทยุแบบเก่า เช่นการมอดูเลชั่นแอมพลิจูด แบบอนาล็อก ซึ่งไม่มีวิธีแยกแยะสัญญาณรบกวนที่ไม่ต้องการออกจากสัญญาณที่ต้องการ และเสาอากาศแบบรอบทิศทางที่ใช้ในระบบกระจายเสียง ระบบวิทยุรุ่นใหม่มีการปรับปรุงหลายอย่างที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการเลือกรับสัญญาณในระบบวิทยุดิจิทัล เช่นWi-Fiสามารถใช้เทคนิคการแก้ไขข้อผิดพลาดได้ เทคนิค การกระจายสเปกตรัมและการกระโดดความถี่สามารถใช้ได้ทั้งกับการส่งสัญญาณแบบอนาล็อกและดิจิทัลเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการรบกวน ตัว รับสัญญาณ ที่มีทิศทาง สูง เช่นเสาอากาศพาราโบลาหรือตัวรับสัญญาณแบบไดเวอร์ซิตี้สามารถใช้เพื่อเลือกรับสัญญาณหนึ่งในอวกาศโดยไม่รวมสัญญาณอื่น ๆ

ตัวอย่างที่รุนแรงที่สุดของ การส่งสัญญาณ แบบสเปรดสเปกตรัม ดิจิทัล ในปัจจุบันคือ อัลตร้าไวด์แบนด์ ( UWB ) ซึ่งเสนอการใช้ส่วนใหญ่ของคลื่นความถี่วิทยุที่แอมพลิจูดต่ำเพื่อส่งข้อมูลดิจิทัลที่มีแบนด์วิดท์สูง หากใช้ UWB เพียงอย่างเดียว จะทำให้การใช้คลื่นความถี่มีประสิทธิภาพสูงมาก แต่ผู้ใช้เทคโนโลยีที่ไม่ใช่ UWB ยังไม่พร้อมที่จะแบ่งปันคลื่นความถี่กับระบบใหม่นี้ เนื่องจากจะทำให้เกิดการรบกวนกับเครื่องรับสัญญาณของพวกเขา (ผลกระทบด้านกฎระเบียบของ UWB จะกล่าวถึงใน บทความเกี่ยวกับ อัลตร้าไวด์แบนด์ )

การรบกวนอุปกรณ์ของผู้บริโภค

ในสหรัฐอเมริกากฎหมายสาธารณะฉบับที่ 97-259 ปี 1982 อนุญาตให้คณะกรรมการการสื่อสารแห่งสหรัฐอเมริกา (FCC) ควบคุมความไวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค[ 11 ] [ 12 ]

แหล่งที่มาของ RFI และ EMI ที่อาจเกิดขึ้นได้ ได้แก่[ 13 ]เครื่องส่งสัญญาณประเภทต่างๆหม้อแปลงกริ่งประตูเตาอบไฟฟ้าผ้าห่มไฟฟ้าอุปกรณ์กำจัดศัตรูพืชแบบอัลตราโซนิก เครื่องดักแมลงไฟฟ้าแผ่นทำความร้อนและโคมไฟแบบสัมผัส จอภาพคอมพิวเตอร์ CRT หรือโทรทัศน์ หลายเครื่องที่วางอยู่ใกล้กันมากเกินไปบางครั้งอาจทำให้เกิดเอฟเฟกต์ "สั่นไหว" ระหว่างกันได้ เนื่องจากลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าของหลอดภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ ขดลวด ลดสนามแม่เหล็ก ตัวใดตัวหนึ่ง ทำงาน

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความถี่ 2.4 GHzอาจเกิดจากอุปกรณ์ไร้สาย802.11b , 802.11gและ802.11n , อุปกรณ์บลูทูธ , เครื่องเฝ้าดูเด็กทารก , โทรศัพท์ไร้สาย , เครื่องส่งวิดีโอและเตาไมโครเวฟ

โหลด แบบสวิตช์ ( แบบเหนี่ยวนำ แบบคาปาซิทีฟและแบบต้านทาน ) เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลง เครื่องทำความร้อน หลอดไฟ บัลลาสต์ แหล่งจ่ายไฟ ฯลฯ ล้วนก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กระแสไฟฟ้าสูงกว่า 2  Aวิธีการทั่วไปที่ใช้ในการระงับ EMI คือการเชื่อม ต่อวงจร สนับ เบอร์ ซึ่งเป็นตัวต้านทานแบบอนุกรมกับตัวเก็บประจุเข้ากับหน้าสัมผัสคู่หนึ่ง แม้ว่าวิธีนี้อาจช่วยลด EMI ได้บ้างที่กระแสไฟฟ้าต่ำมาก แต่สนับเบอร์จะไม่ทำงานที่กระแสไฟฟ้าเกิน 2 A กับหน้าสัมผัสแบบอิเล็กโทรเมคานิ กส์ [ 14 ] [ 15 ]

อีกวิธีหนึ่งในการลดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) คือการใช้ตัวลดสัญญาณรบกวนแบบแกนเฟอร์ไรต์ (หรือลูกปัดเฟอร์ไรต์ ) ซึ่งมีราคาไม่แพงและสามารถหนีบเข้ากับสายไฟของอุปกรณ์ที่เป็นต้นเหตุของปัญหาหรืออุปกรณ์ที่เสียหายได้

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมดอาจเป็นแหล่งกำเนิด EMI ได้ แต่ปัญหานี้ลดลงเนื่องจากเทคนิคการออกแบบได้รับการปรับปรุง เช่นการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้าแบบ รวม

ประเทศส่วนใหญ่มีข้อกำหนดทางกฎหมายที่บังคับใช้เรื่องความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้ากล่าวคือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้าต้องยังคงทำงานได้อย่างถูกต้องเมื่อได้รับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปริมาณที่กำหนด และไม่ควรปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งอาจรบกวนอุปกรณ์อื่น ๆ (เช่น วิทยุ)

คุณภาพสัญญาณความถี่วิทยุลดลงตลอดศตวรรษที่ 21 ประมาณปีละหนึ่งเดซิเบล เนื่องจากสเปกตรัมมีความหนาแน่นมากขึ้นเรื่อยๆ ส่งผลให้เกิดการแข่งขันแบบราชินีแดงในอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือ เนื่องจากบริษัทต่างๆ ถูกบังคับให้ติดตั้งเสาสัญญาณโทรศัพท์มือถือเพิ่มขึ้น (ที่ความถี่ใหม่) ซึ่งทำให้เกิดการรบกวนมากขึ้น ส่งผลให้ผู้ให้บริการต้องลงทุนมากขึ้นและต้องอัปเกรดโทรศัพท์มือถือบ่อยครั้งเพื่อให้เข้ากับความถี่ใหม่[ 16 ]

มาตรฐาน

คณะกรรมการพิเศษระหว่างประเทศว่าด้วยการรบกวนทางคลื่นวิทยุ หรือ CISPR (ชื่อย่อภาษาฝรั่งเศสของ "Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques") ซึ่งเป็นคณะกรรมการของคณะกรรมาธิการไฟฟ้าสากล (IEC) กำหนดมาตรฐานสากลสำหรับการรบกวนทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งแบบแผ่รังสีและแบบนำไฟฟ้า มาตรฐานเหล่านี้เป็นมาตรฐานสำหรับพลเรือนในภาคครัวเรือน พาณิชยกรรม อุตสาหกรรม และยานยนต์ มาตรฐานเหล่านี้เป็นพื้นฐานของมาตรฐานระดับชาติหรือระดับภูมิภาคอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมาตรฐานยุโรป (EN) ที่เขียนโดย CENELEC (คณะกรรมการมาตรฐานทางไฟฟ้าแห่งยุโรป) องค์กรของสหรัฐอเมริกา ได้แก่ สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (ANSI) และกองทัพสหรัฐ (MILSTD)

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรรวม

วงจรรวมมักเป็นแหล่งกำเนิด EMI แต่โดยปกติแล้วจะต้องส่งพลังงานไปยังวัตถุขนาดใหญ่กว่า เช่น ฮีทซิงค์ ระนาบแผงวงจร และสายเคเบิล เพื่อให้เกิดการแผ่รังสีอย่างมีนัยสำคัญ[ 17 ]

ในวงจรรวมวิธีการสำคัญในการลด EMI ได้แก่ การใช้ตัวเก็บประจุบายพาสหรือตัวเก็บประจุแยกสัญญาณในแต่ละอุปกรณ์แอคทีฟ (ต่อคร่อมแหล่งจ่ายไฟ ให้ใกล้กับอุปกรณ์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้) การควบคุม เวลาเพิ่มขึ้นของสัญญาณความเร็วสูงโดยใช้ตัวต้านทานแบบอนุกรม[ 18 ]และ การกรอง ขาแหล่งจ่ายไฟของ ICการป้องกันมักจะเป็นทางเลือกสุดท้ายหลังจากที่เทคนิคอื่นๆ ล้มเหลว เนื่องจากค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมของส่วนประกอบป้องกัน เช่น ปะเก็นนำไฟฟ้า

ประสิทธิภาพของการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับความสูงเหนือระนาบกราวด์หรือระนาบกำลัง (ที่ความถี่วิทยุทั้งสองแบบมีประสิทธิภาพเท่ากัน) และความยาวของตัวนำที่สัมพันธ์กับความยาวคลื่นของส่วนประกอบสัญญาณ ( ความถี่พื้นฐาน ฮาร์มอนิกหรือสัญญาณชั่วคราว เช่น โอเวอร์ ชูต อันเดอร์ชูต หรือริงกิ้ง) ที่ความถี่ต่ำ เช่น 133  MHzการแผ่รังสีเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นผ่านสายเคเบิล I/O สัญญาณรบกวน RF จะเข้าไปที่ระนาบกำลังและถูกส่งไปยังตัวขับสายผ่านขา VCC และ GND จากนั้น RF จะถูกส่งไปยังสายเคเบิลผ่านตัวขับสายในรูปของสัญญาณรบกวนแบบคอมมอนโหมดเนื่องจากสัญญาณรบกวนเป็นแบบคอมมอนโหมด การป้องกันจึงมีผลน้อยมาก แม้แต่กับคู่สายแบบดิฟเฟอเรนเชียลพลังงาน RF จะถูกส่งผ่านแบบคาปา ซิทีฟ จากคู่สายสัญญาณไปยังตัวป้องกัน และตัวป้องกันเองก็เป็นผู้แผ่รังสี วิธีแก้ไขอย่างหนึ่งคือการใช้ตัวตัดสายถักหรือโช้คเพื่อลดสัญญาณคอมมอนโหมด

ที่ความถี่สูงขึ้น โดยปกติจะสูงกว่า 500 MHz เส้นทางเดินสัญญาณจะยาวขึ้นและสูงขึ้นเหนือระนาบ มีสองเทคนิคที่ใช้ในความถี่เหล่านี้ ได้แก่ การปรับรูปคลื่นด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรม และการฝังเส้นทางเดินสัญญาณไว้ระหว่างระนาบทั้งสอง หากมาตรการเหล่านี้ยังคงทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ามากเกินไป สามารถใช้วัสดุป้องกัน เช่น ปะเก็น RF และเทปทองแดงหรือเทปนำไฟฟ้าได้ อุปกรณ์ดิจิทัลส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบโดยใช้ตัวเรือนโลหะหรือพลาสติกเคลือบสารนำไฟฟ้า

ภูมิคุ้มกันและการทดสอบคลื่นวิทยุ

เซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่มีการป้องกันใดๆ (เช่น วงจรรวม) มักจะทำหน้าที่เป็นตัวตรวจจับสัญญาณวิทยุที่พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมภายในบ้าน (เช่น โทรศัพท์มือถือ) [ 19 ]ตัวตรวจจับดังกล่าวสามารถถอดรหัสคลื่นความถี่สูงของโทรศัพท์มือถือ (เช่น GSM850 และ GSM1900, GSM900 และ GSM1800) และสร้างสัญญาณที่ถอดรหัสแล้วความถี่ต่ำ (เช่น 217 Hz) [ 20 ]การถอดรหัสนี้แสดงออกมาในรูปของเสียงหึ่งที่ไม่พึงประสงค์ในอุปกรณ์เสียง เช่น เครื่องขยายเสียงไมโครโฟน เครื่องขยาย เสียงลำโพง วิทยุรถยนต์ โทรศัพท์ ฯลฯ การเพิ่มตัวกรอง EMI บนบอร์ดหรือเทคนิคการจัดวางพิเศษสามารถช่วยในการหลีกเลี่ยง EMI หรือปรับปรุงภูมิคุ้มกัน RF ได้[ 21 ] IC บางตัวได้รับการออกแบบ (เช่น LMV831-LMV834, [ 22 ] MAX9724 [ 23 ] ) ให้มีตัวกรอง RF ในตัวหรือการออกแบบพิเศษที่ช่วยลดการถอดรหัสคลื่นความถี่สูง

นักออกแบบมักจำเป็นต้องทำการทดสอบพิเศษเพื่อตรวจสอบภูมิคุ้มกันคลื่นวิทยุของชิ้นส่วนที่จะใช้ในระบบ การทดสอบเหล่านี้มักทำในห้องเก็บเสียงที่มีสภาพแวดล้อมคลื่นวิทยุที่ควบคุมได้ โดยเวกเตอร์ทดสอบจะสร้างสนามคลื่นวิทยุที่คล้ายกับที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมจริง[ 20 ]

สัญญาณรบกวนคลื่นวิทยุในดาราศาสตร์วิทยุ

การรบกวนในดาราศาสตร์วิทยุซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าการรบกวนความถี่วิทยุ (RFI) คือแหล่งกำเนิดการส่งสัญญาณใดๆ ที่อยู่ในย่านความถี่ที่สังเกตได้ นอกเหนือจากแหล่งกำเนิดบนท้องฟ้าเอง เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณบนและรอบๆ โลกอาจมีความแรงมากกว่าสัญญาณทางดาราศาสตร์ที่สนใจหลายเท่า RFI จึงเป็นปัญหาสำคัญในการทำดาราศาสตร์วิทยุ[ 24 ]

แถบความถี่บางส่วนที่มีความสำคัญมากสำหรับดาราศาสตร์วิทยุ เช่นเส้น HI 21 ซม.ที่ 1420 MHz ได้รับการคุ้มครองโดยกฎระเบียบ[ 25 ]อย่างไรก็ตาม หอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุสมัยใหม่ เช่นVLA , LOFARและALMAมีแบนด์วิดท์ที่กว้างมากซึ่งสามารถสังเกตได้ เนื่องจากพื้นที่สเปกตรัมที่จำกัดในความถี่วิทยุ แถบความถี่เหล่านี้จึงไม่สามารถจัดสรรให้กับดาราศาสตร์วิทยุได้ทั้งหมด ตัวอย่างเช่น ภาพ ที่เลื่อนไปทางแดงของเส้น 21 ซม. จาก ยุค การแตกตัวเป็นไอออนใหม่สามารถทับซ้อนกับแถบความถี่วิทยุ FM (88–108 MHz) ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์วิทยุจึงจำเป็นต้องจัดการกับ RFI ในแบนด์วิดท์นี้[ 24 ]

เทคนิคในการจัดการกับสัญญาณรบกวนคลื่นวิทยุ (RFI) มีตั้งแต่ตัวกรองในฮาร์ดแวร์ไปจนถึงอัลกอริธึมขั้นสูงในซอฟต์แวร์ วิธีหนึ่งในการจัดการกับเครื่องส่งสัญญาณที่แรงคือการกรองความถี่ของแหล่งกำเนิดนั้นออกไปโดยสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น หอดูดาว LOFAR กรองสถานีวิทยุ FM ในช่วงความถี่ 90 ถึง 110 MHz ออกไป การกำจัดแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่แรงเช่นนี้โดยเร็วที่สุดเป็นสิ่งสำคัญ เพราะอาจทำให้ตัวรับสัญญาณที่มีความไวสูง ( เครื่องขยายสัญญาณและตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล ) "อิ่มตัว" ซึ่งหมายความว่าสัญญาณที่ได้รับนั้นแรงเกินกว่าที่ตัวรับสัญญาณจะรับมือได้ อย่างไรก็ตาม การกรองแถบความถี่ออกไปหมายความว่าความถี่เหล่านั้นจะไม่สามารถสังเกตได้ด้วยเครื่องมืออีกต่อไป

เทคนิคทั่วไปในการจัดการกับสัญญาณรบกวนคลื่นวิทยุ (RFI) ภายในย่านความถี่ที่สังเกตได้ คือการใช้ซอฟต์แวร์ตรวจจับ RFI ซอฟต์แวร์ดังกล่าวสามารถค้นหาตัวอย่างในเวลา ความถี่ หรือพื้นที่เวลา-ความถี่ ที่ปนเปื้อนด้วยแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน ตัวอย่างเหล่านี้จะถูกละเลยในการวิเคราะห์ข้อมูลที่สังเกตได้ต่อไป กระบวนการนี้มักเรียกว่าการติดธงข้อมูล (data flagging ) เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณส่วนใหญ่มีแบนด์วิดท์แคบและไม่ได้ปรากฏอยู่ตลอดเวลา เช่น ฟ้าผ่า หรือ อุปกรณ์วิทยุ CB ( Citizens' Band ) ข้อมูลส่วนใหญ่จึงยังคงสามารถนำมาวิเคราะห์ทางดาราศาสตร์ได้ อย่างไรก็ตาม การติดธงข้อมูลไม่สามารถแก้ปัญหาที่เกิดจากเครื่องส่งสัญญาณบรอดแบนด์แบบต่อเนื่อง เช่น กังหันลม เครื่องส่งสัญญาณวิดีโอดิจิทัลหรือเครื่องส่งสัญญาณ เสียงดิจิทัล ได้

อีกวิธีหนึ่งในการจัดการ RFI คือการสร้างเขตเงียบวิทยุ (RQZ) RQZ เป็นพื้นที่ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนรอบๆ เครื่องรับสัญญาณ ซึ่งมีข้อบังคับพิเศษเพื่อลด RFI เพื่อเอื้อต่อการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์วิทยุภายในเขต ข้อบังคับอาจรวมถึงการจัดการสเปกตรัมและฟลักซ์พลังงานหรือข้อจำกัดความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานเป็นพิเศษ การควบคุมภายในเขตอาจครอบคลุมองค์ประกอบอื่นๆ นอกเหนือจากเครื่องส่งสัญญาณวิทยุหรืออุปกรณ์วิทยุ ซึ่งรวมถึงการควบคุมเครื่องบินและการควบคุมเครื่องกำเนิดคลื่นวิทยุโดยไม่ได้ตั้งใจ เช่น อุปกรณ์อุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการแพทย์ ยานพาหนะ และสายส่งไฟฟ้า RQZ แรกสำหรับดาราศาสตร์วิทยุคือเขตเงียบวิทยุแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา (NRQZ) ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1958 [ 26 ]

RFI เกี่ยวกับการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม

ก่อนการเปิดตัว Wi-Fi หนึ่งในแอปพลิเคชันที่ใหญ่ที่สุดของย่านความถี่ 5 GHz คือ เรดาร์ตรวจอากาศแบบดอปเปลอ ร์ปลายทาง[ 27 ] [ 28 ]การตัดสินใจใช้สเปกตรัม 5 GHz สำหรับ Wi-Fi ได้รับการสรุปในการประชุมวิทยุสื่อสารโลกในปี 2546 อย่างไรก็ตาม หน่วยงานด้านอุตุนิยมวิทยาไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการนี้[ 29 ] [ 30 ]การดำเนินการที่ไม่เข้มงวดและการกำหนดค่าที่ไม่ถูกต้องของ DFS ในเวลาต่อมาได้ก่อให้เกิดการหยุดชะงักอย่างมากในการทำงานของเรดาร์ตรวจอากาศในหลายประเทศทั่วโลก ในฮังการี ระบบเรดาร์ตรวจอากาศถูกประกาศว่าไม่สามารถใช้งานได้นานกว่าหนึ่งเดือน เนื่องจากความรุนแรงของการรบกวน บริการตรวจอากาศของแอฟริกาใต้จึงต้องยกเลิกการใช้งานย่านความถี่ C และเปลี่ยนเครือข่ายเรดาร์ไปใช้ย่านความถี่ Sแทน[ 28 ] [ 31 ]

การส่งสัญญาณในย่านความถี่ที่อยู่ติดกับย่านความถี่ที่ใช้โดยการสำรวจระยะไกล แบบพาสซีฟ เช่นดาวเทียมตรวจอากาศทำให้เกิดการรบกวน ซึ่งบางครั้งก็มีนัยสำคัญ[ 32 ]มีความกังวลว่าการนำ5G มาใช้โดยไม่มีการควบคุมอย่างเพียงพอ อาจก่อให้เกิดปัญหาการรบกวนครั้งใหญ่ การรบกวนอย่างมีนัยสำคัญอาจทำให้ ประสิทธิภาพ การพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลข ลดลง และก่อให้เกิดผลกระทบเชิงลบต่อเศรษฐกิจและความปลอดภัยสาธารณะ[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]ความกังวลเหล่านี้ทำให้รัฐมนตรีว่าการกระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐฯWilbur Rossและผู้บริหาร NASA Jim Bridenstineในเดือนกุมภาพันธ์ 2019 เรียกร้องให้ FCC ยกเลิกการประมูลคลื่นความถี่ ที่เสนอ ซึ่งถูกปฏิเสธ[ 36 ]

ดูเพิ่มเติม

  • ARRL, RFI
  • คู่มือการแทรกแซง
  • หลักการพื้นฐานการออกแบบ EMC
  • หน้าเว็บ EMC ของ Clemson (เครื่องมือและข้อมูลเกี่ยวกับ EMI)
  • บทเรียน EMC
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electromagnetic_interference&oldid=1346745439 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ( EMI ) หรือที่เรียกว่า การรบกวนความถี่วิทยุ ( RFI ) เมื่ออยู่ใน สเปกตรัม ความถี่วิทยุ คือการรบกวนที่เกิดจากแหล่งภายนอกซึ่งส่งผลกระทบต่อวงจรไฟฟ้าโดย...

ประวัติศาสตร์

นับตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการสื่อสารทางวิทยุ ผลกระทบเชิงลบของการรบกวนจากการส่งทั้งโดยตั้งใจและไม่ตั้งใจก็ปรากฏให้เห็น และความจำเป็นในการจัดการคลื่นความถี่วิทยุก็ชัดเจนขึ้น [ 4 ]

ประเภท

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแบ่งออกได้หลายประเภทตามลักษณะของแหล่งกำเนิดและสัญญาณ

กลไกการเชื่อมต่อ

คำศัพท์ทางเทคนิคบางคำที่ใช้ในที่นี้ อาจมีความหมายแตกต่างกันได้ บางปรากฏการณ์อาจถูกเรียกด้วยคำต่างๆ กัน อย่างไรก็ตาม ในที่นี้คำศัพท์เหล่านี้ถูกใช้ในลักษณะที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ซึ่งสอดคล้องกับบทความอื่นๆ ในสารานุกรมนี้