Villanyszerelők Lapja

Mi is az az elektromágneses zavarvédelem?

2004. március 1. | Dr. Fodor István |  4709 | |

Az alábbi tartalom archív, 15 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Előző számunkban tisztáztuk az elektromágneses zavarvédelem alapfogalmait, megismerkedtünk az elektrotechnika néhány speciális területével, és az elektromágneses összeférhetőség (EMÖ=EMC) fogalmával, jelentésével. A mostani folytatásban rátérünk az e...

Előző számunkban tisztáztuk az elektromágneses zavarvédelem alapfogalmait, megismerkedtünk az elektrotechnika néhány speciális területével, és az elektromágneses összeférhetőség (EMÖ=EMC) fogalmával, jelentésével. A mostani folytatásban rátérünk az egyes részterületek ismertetésére.

A rádióhullámok
Életünk a XXI. században szinte elképzelhetetlen a rádiózás, a rádióhullámok jelenléte nélkül: gondoljunk csak az elektronikus médiákra, a mobiltelefonra, a különböző távirányítókra, távjelzőkre, vagy a légi ill. vízi közlekedés biztonságát szolgáló fedélzeti rádiókra és radarokra!

Működésük minden esetben az elektromágneses hullámok kisugárzásán alapul. (Mint tudjuk, a kisfrekvenciás (ELF: 30-300 Hz) váltakozó áramok ill. feszültségek jelenlétében külön-külön, egymástól függetlenül beszélhetünk a mágneses és a villamos térről. A nagyobb frekvenciáknál, a rádióhullámoknál, amikor egyidejűleg, szoros összefüggésben van jelen a két tér, elektromágneses térről beszélünk.) Felmerülhet a kérdés: az elektromágneses hullámok minden esetben mesterségesen jönnek létre? A válasz egyértelműen nem! A rádiózás hőskorában Marconi szikratávírója a villámkisülések felfogható "zaján" alapult. A ma már szinte mindenütt jelen lévő rádióhullámokat frekvenciájukkal (hullámhosszukkal), energiájukkal és modulációjuk fajtájával jellemezhetjük.

A műsorszórásra használt tartomány frekvencianagysága szerinti csoportosítást, ill. a sávok elnevezését mutatja az 1. táblázat. (Egyéb célokra használnak ezektől eltérő frekvenciasávokat is). A különböző frekvenciájú hullámok eltérő módon viselkednek: minél rövidebb a hullámhossz, annál inkább hasonlítanak a fényhez terjedési módjukat tekintve. A zavaró hatás megértéséhez meg kell említenünk még egy fontos tulajdonságot: önmagában a rádióhullám (a szinuszos lefolyású vivőhullám) nem alkalmas az információ továbbításra, bár történetének elején, a szikratávíró korában az információt a hullám jelenléte, ill. hiánya hordozhatta. A modern rádiózás korában az információt az alaphullám modulálásával "ültetik rá" a vivő hullámra. A moduláció során a legegyszerűbb esetekben a hullám amplitúdóját (a szinusz jel csúcsértékét), vagy magát az alapfrekvenciát változtatják meg. (AM = amplitúdómoduláció, FM = frekvenciamoduláció). Ezen túlmenően léteznek más modulációfajták is, de ezek ismertetése nem lehet célunk.

A klasszikus rádiózás során az adóantenna lesugározza a jeleket, a vevőkészülék antennájában az elektromágneses tér feszültséget hoz létre, amit a készülék megfelelő módon áramköreivel feldolgozva hasznos jellé alakít.

RFI = rádiófrekvenciás zavarás
Lényegében ugyanez a folyamat zajlik a rádiófrekvenciás zavarás, ill. zavartatás során. Maga az adó lehet ténylegesen egy rádióadó, de lehet egy villamos berendezés vagy készülék, amely valamilyen célra - akár csak belső használatra - rádiófrekvenciás jeleket termel, s a keletkező jelek valamilyen - az eszközhöz csatlakozó - vezetéken vagy akár a készülék burkolatán keresztül kijutnak a külső térbe. Az adó- antenna ez esetben tehát a készülék valamelyik fém alkatrésze, vagy csatlakozó vezetéke.

A vevőantenna szintén többféle lehet: a zavart készülékhez csatlakozó vezeték, vagy kábel, a készülék egyik belső vezetéke vagy akár egy alkatrészének fémrésze szintén viselkedhet vevőantennaként. Zavarjel adójaként viselkedhetnek egyébként az olyan berendezések is, amelyekben ívkisülés vagy szikrázás zajlik. A zavarforrásokat két csoportba oszthatjuk a kisugárzott elektromágneses hullám, és a zavarforrásként viselkedő készülék kapcsolata alapján: parazita kisugárzásnak tekinthető minden olyan eset, ahol a készülék rendeltetése nem elsődlegesen a rádióhullámok létrehozása és kisugárzása, az csak kísérőjelenség. (Ilyen pl. az autó gyújtóáramköre és a gyertya.) A másik csoportba tartoznak azok az esetek, amelyekben a készülék elsődleges funkciója a rádióhullámok kisugárzása, mint pl. a CB rádió vagy a mobiltelefon. Itt kell felhívni a figyelmet arra, hogy az elektromágneses térnek e cikk keretein belül csak a villamos berendezésekre, készülékekre, rendszerekre gyakorolt hatását vizsgáljuk, de nem foglalkozunk a biológiai hatással, az embert érő sugárzás kérdésével, ami nem tartozik az EMC tárgykörébe.

Az RFI speciális területei
Mielőtt a következő pontban néhány példán keresztül bemutatnánk a gyakran előforduló RF zavarokat, érdemes két, viszonylag új keletű, az elektromágneses hullámok felhasználásához kapcsolódó problémát megemlíteni. Az egyik az elektromágneses terrorizmus kérdése. Sajnos ma már nem a sci-fi világába tartozik az elektromágneses tér, mint romboló eszköz, esetleg mint elektronikus fegyver használata. Megfelelően kialakított, mobil (kis méretű, de viszonylag nagy teljesítményű), speciális (esetleg álcázott) adóberendezésekkel lehetetlenné lehet tenni egy adott helyszín rádiós kommunikációját, meg lehet bénítani a helyi számítógépes hálózatot, vagy működési zavarokat lehet generálni a biztonsági ill. más elektronikus rendszerekben.

Az elektromágneses tér másik érdekes "felhasználási módja" a számítógép-rendszerek (vezeték nélküli) lehallgatása, az adatlopás. Ma már ugyanis nem okoz különösebb technikai nehézséget, hogy néhányszor 10 méteres távolságból, egy kellően érzékeny vevőt használva az informatikai rendszerben mozgó, az információt hordozó impulzusok gerjesztette elektromágneses térben a jeleket a vevőben leképezzék, és azokat visszakódolva az adatokat megszerezzék. (Természetesen mindenkit lebeszélünk a módszer otthoni kipróbálásáról: az alkalmazandó eszközök rendkívül költségesek, minőségi mutatóikban messze meghaladják még a szokványos laboratóriumi eszközöket is.)

A védekezés lehetősége
Általános zavarvédelmi elv, hogy első lépésként megpróbáljuk csökkenteni a zavarforrás kibocsátását. (Esetünkben ez általában nem járható út, vagy legalábbis csak az esetek kis részében képzelhető el.) Ha ez nem megy, akkor megkísérelhetjük csökkenteni a zavarjellel terhelt berendezésünk zavarérzékenységét. Általában - a konkrét esetekben - ez is csak kívánság marad. Ezek után egyetlen lehetőségünk van: a zavarjel-adó és a zavart berendezés közötti csatolást (amelyen keresztül a rádiófrekvenciás zavaró jelek eljutnak a rendszerünkbe) kell úgy alakítani, hogy jelentősen csökkentse a zavarjel energiáját.

A csatolás csökkentésekor általában mindkét bejutási módra gondolnunk kell: a legtöbb esetben a sugárzott és vezetett zavarok nagyságát ugyancsak csökkenteni kell. A csökkentés mértékére jellemző csillapítást általában dB-ben (decibel) szokás megadni, számítása a a=20 log S1/S2 képlet alapján végezhető, ahol S1 a csatolás előtti jelszint, az S2 a csatolás utáni jelszint (ez kerül a zavart berendezésre). A sugárzott zavarok elleni védelem - ha nem is egészen ebben az összefüggésben - szinte mindenki előtt ismeretes: az árnyékolásra kell gondolnunk. A Faraday-kalitka működése egyszerű: a jó vezetőképességű fémből készített, teljesen zárt "dobozba" az elektromágneses tér nem hatol be. A valóság ennél egy kicsit bonyolultabb: a "teljesen zárt" jelző általában nem igaz: a szinte mindig jelenlévő rések, lyukak miatt valamennyi zavarjel átjut. Minél több a rés ill. lyuk, és mennél nagyobbak geometriai méreteik, annál több lesz a bejutó zavarjel.

A helyiség-árnyékolások kivitelezése éppen ezért speciális feladat: az árnyékoló anyagok helyes megválasztása, méretezése is nagy tapasztalatot kíván a tervezés során, de az árnyékoló héj kiépítésekor is rendkívül gondosan kell eljárni. Nem mindegy, hogy pl. milyen frekvenciatartományban várható a zavarjel: ettől függ ugyanis, hogy mekkora rések engedhetők meg. Gyakori hiba, hogy a már elkészült, és a beméréskor jónak talált árnyékolást utólag teszik tönkre pl. a gépészeti berendezések áthelyezésekor, sok-sok furattal bontva meg az eredetileg zárt héjat. Külön érdemes megemlíteni a nyílászárókat: a szakmai zsargonban EMC ajtónak nevezett árnyékolt ajtó speciális tömítéssel bír (1. ábra), amelyet eltávolítva, megrongálva már nem lesz meg a kívánatos tömítettség. Ugyancsak hiba, ha az ajtó- tok nincs összekötve az árnyékolással megfelelő módon.

Mi okozza a zavart?
A kérdésre azt válaszolhatjuk, hogy a készülék bemenetén, vagy valamelyik alegységének bemenetén megjelenő, az üzemi feszültségtől eltérő jellemzőkkel leírható feszültség a zavar tényleges okozója. És itt érdemes egy kis kitérőt tenni. Az elektromágneses hullám két úton is képes ezt a zavarfeszültséget a nem kívánatos helyre juttatni. Egyfelől bejuthat a zavaró energia a készülék házán, burkolatán keresztül, különösen akkor, ha a burkolat szigetelő anyagból készült, vagy jelentős méretű nyílások vannak rajta. Ilyen esetben sugárzott zavarról beszélünk. A másik lehetőség: a készülékhez csatlakozó vezetéken keresztül jut be a zavart okozó jel a készülékbe: ez a vezetett zavar. (A zavarjelet a vezeték vagy más készüléktől hozza, vagy mint antenna "veszi" a térből.)

Sok esetben nem is a műsorszóró állomás által kisugárzott vivőhullám megjelenése okozza a bajt, hanem a moduláló jel megjelenése a zavar forrása. (Ezekben az esetekben a zavart készülék valamelyik része demodulátorként viselkedik - azaz leválasztja a moduláló jelet a vivőről -, s az információt hordozó, lényegesen kisebb frekvenciájú jel okozza a zavart.)

Az ablakok még több problémát okoznak: az üvegre felvitt árnyékolórétegnek szinte átlátszónak kell lennie, megbízhatóan és folytonosan kell csatlakoznia az árnyékoló héjhoz. Ha egy helyiséget árnyékolással látunk el, meg kell akadályozni, hogy az oda belépő vezetéken a vezetett zavarok behatoljanak. Ezért az összes (nem csak a villamos!), árnyékolást áttörő vezetéket megfelelő szűréssel, ill. bekötéssel kell ellátni. A vezetett zavarok csökkentése az előzőnél egy fokkal egyszerűbb feladat: az induktivitásokból és kondenzátorokból kialakított szűrőket (2. és 3. ábra) a gyártók a legkülönbözőbb frekvenciatartományokra, jeltípusokra gyártják. Természetesen olyan szűrő, ami mindenre jó, és nagy csillapítást ad, nincs. A gyártó által megadott csillapítási görbék alapján lehet az adott feladathoz legjobban illeszkedő típust és kivitelt megtalálni. Jó árnyékolást készíteni nem könynyű feladat, s a tervezés során a lehetőségek számbavételénél bizony nem árt, ha a bekerülési költségekre is gondol a tervező!

(Folytatása következik!)


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem