As interferências de radiofrequência (RF)

Esse é um problema que já tem mais de um século e inclui os primórdios das linhas e rádios telegráficos. A proliferação de dispositivos eletrônicos comerciais e de consumo usando circuitos oscilantes de 10 kHz ou mais para operar adequadamente está presente em todos os aspectos e espaços que o ser humano ocupa – tanto nos escritórios e residências a até os aviões e carros. Quando se trata de equipamentos industriais, científicos e médicos (ISM) pode-se conhecer os requisitos de emissão relacionados às perturbações de RF na faixa de frequências de 9 kHz a 400 GHz. As medições precisam ser executadas apenas nas faixas de frequência para as quais foram especificados limites.

interferência2Da Redação –

Quando se ouve um zumbido irritante no rádio do carro pouco antes do celular tocar, também se pode perguntar por que se tem que desligar dispositivos portáteis quando um avião decola ou pousa? Isso tem a ver com os dispositivos eletrônicos interferindo uns com os outros dentro das múltiplas frequências em que operam.

Como todos os dispositivos eletrônicos irradiam uma certa quantidade de radiação eletromagnética – também conhecida como ruído – sua operação pode ser degradada quando eles transmitem ou captam interferências eletrônicas não intencionais. É por isso que se ouve o burburinho quando o rádio do seu carro confunde um sinal de celular com a estação de rádio que se está ouvindo no momento. Além disso, nem todas as interferências são provocadas pelo homem – ocorrências naturais, como raios e explosões solares, também podem causar estragos em dispositivos eletrônicos.

É claro que um leve zumbido pode ser apenas um pequeno inconveniente quando se está ouvindo rádio ou assistindo televisão. No entanto, as interferências de RF podem causar problemas significativos em uma indústria, quando a instância em que um sistema de controle capta o sinal errado, causando atrasos na produção e uma subsequente perda de lucros.

Assim, para empresas que produzem produtos que dependem de circuitos eletrônicos, esse tipo de problema é um fator crítico em todos os estágios do desenvolvimento de produtos, desde o projeto até o ensaio de conformidade. E, como resultado, determinar se um produto está ou não em conformidade com os requisitos de compatibilidade eletromagnética é crucial. Algumas causas potenciais incluem: uma concentração de dispositivos eletrônicos em um espectro; uma conexão composta de dispositivos eletrônicos; e um projeto de gabinete pobre com baixa perda de absorção.

A NBR IEC/CISPR 11 de 03/2019 – Equipamentos industriais, científicos e médicos – Características das perturbações de radiofrequência – Limites e métodos de medição contém, entre os requisitos comuns para o controle das perturbações de RF causadas pelos equipamentos destinados à utilização em aplicações industriais, científicas e médicas, os requisitos específicos para o controle das perturbações de RF causadas por aplicações ISM de RF, dentro da definição da União Internacional de Telecomunicações (ITU); ver também a Definição 3.1 desta norma. A CISPR e a ITU compartilham a responsabilidade pela proteção dos serviços de rádio em relação à utilização das aplicações ISM de RF.

A CISPR aborda o controle das perturbações de RF das aplicações ISM de RF por meio de uma avaliação destas perturbações, seja em um local de ensaio normalizado ou, para uma aplicação ISM de RF individual que não possa ser ensaiada em tal local, em seu local de operação. Consequentemente, esta publicação CISPR abrange os requisitos para a avaliação de conformidade tanto dos equipamentos avaliados por meio de ensaios de tipo em locais de ensaio normalizados quanto de equipamentos individuais em condições in situ.

A ITU aborda o controle das perturbações de RF causadas pelas aplicações ISM de RF durante sua operação normal e a utilização do respectivo equipamento em seu local de operação (ver Definição 1.15 na Regulação de Rádio da ITU). Nesta Regulação, a utilização da energia de radiofrequência dissociada da aplicação ISM de RF por radiação, indução ou acoplamento capacitivo fica restrita ao local daquela aplicação individual.

Esta norma contém, em 6.3, os requisitos essenciais de emissão para uma avaliação das perturbações de RF causadas pelas aplicações ISM de RF nos locais de ensaio normalizados. Estes requisitos tornam possível o ensaio de tipo das aplicações ISM de RF operadas em frequências de até 18 GHz. Além disso, esta norma contém, em 6.4, os requisitos essenciais de emissão para uma avaliação in situ das perturbações de RF das aplicações ISM de RF individuais na faixa de frequências de até 1 GHz.

Todos os requisitos foram estabelecidos em estreita colaboração com a ITU e possuem a aprovação da UIT. Entretanto, para a operação e a utilização de vários tipos de aplicações ISM de RF, é recomendado que o fabricante, o instalador e/ou o comprador esteja ciente das provisões nacionais adicionais relativas às necessidades de licenciamento e de proteção específicas dos serviços de rádio e aplicações locais. Dependendo do país em questão, estas provisões adicionais podem envolver aplicações ISM de RF individuais operadas em frequências fora das faixas destinadas para ISM (ver tabela abaixo).

Elas também podem envolver aplicações ISM de RF operadas em frequências acima de 18 GHz. Para este último tipo de aplicação, a proteção local de aparelhos e dos serviços de rádio requer a execução da avaliação da conformidade com a aplicação das provisões nacionais pertinentes para a faixa de frequências acima de 18 GHz, de acordo com os interesses próprios da ITU e das administrações nacionais. Estas provisões nacionais adicionais podem ser aplicáveis a emissões espúrias, emissões que apareçam em harmônicas da frequência de operação e nas emissões desejadas em frequência de operação atribuída fora da faixa destinada para ISM na faixa de frequências acima de 18 GHz.

As recomendações da CISPR para a proteção dos serviços de rádio de áreas específicas são encontradas no Anexo E desta norma. A definição 1.15 do Regulamento de Rádio da ITU é: 1.15 aplicações (de energia de radiofrequência) industriais, científicas e médicas (ISM): Operação de equipamentos ou aparelhos projetados para gerar e utilizar localmente a energia de radiofrequência com fins industriais, científicos, médicos, domésticos ou similares, excluindo-se as aplicações do campo das telecomunicações.

Essa norma contém, entre os requisitos comuns para o controle das perturbações de RF causadas pelos equipamentos destinados à utilização em aplicações industriais, científicas e médicas, os requisitos específicos para o controle das perturbações de RF causadas por aplicações ISM de RF, dentro da definição da União Internacional de Telecomunicações (ITU); ver também a Definição 3.1 desta norma.

A CISPR e a ITU compartilham a responsabilidade pela proteção dos serviços de rádio em relação à utilização das aplicações ISM de RF. A CISPR aborda o controle das perturbações de RF das aplicações ISM de RF por meio de uma avaliação destas perturbações, seja em um local de ensaio normalizado ou, para uma aplicação ISM de RF individual que não possa ser ensaiada em tal local, em seu local de operação.

Consequentemente, esta publicação CISPR abrange os requisitos para a avaliação de conformidade tanto dos equipamentos avaliados por meio de ensaios de tipo em locais de ensaio normalizados quanto de equipamentos individuais em condições in situ. A ITU aborda o controle das perturbações de RF causadas pelas aplicações ISM de RF durante sua operação normal e a utilização do respectivo equipamento em seu local de operação (ver Definição 1.15 na Regulação de Rádio da ITU).

Nesta Regulação, a utilização da energia de radiofrequência dissociada da aplicação ISM de RF por radiação, indução ou acoplamento capacitivo fica restrita ao local daquela aplicação individual. Essa norma, contém, em 6.3, os requisitos essenciais de emissão para uma avaliação das perturbações de RF causadas pelas aplicações ISM de RF nos locais de ensaio normalizados. Estes requisitos tornam possível o ensaio de tipo das aplicações ISM de RF operadas em frequências de até 18 GHz.

Além disso, esta norma contém, em 6.4, os requisitos essenciais de emissão para uma avaliação in situ das perturbações de RF das aplicações ISM de RF individuais na faixa de frequências de até 1 GHz. Todos os requisitos foram estabelecidos em estreita colaboração com a ITU e possuem a aprovação da UIT.

Entretanto, para a operação e a utilização de vários tipos de aplicações ISM de RF, é recomendado que o fabricante, o instalador e/ou o comprador esteja ciente das provisões nacionais adicionais relativas às necessidades de licenciamento e de proteção específicas dos serviços de rádio e aplicações locais. Dependendo do país em questão, estas provisões adicionais podem envolver aplicações ISM de RF individuais operadas em frequências fora das faixas destinadas para ISM (ver tabela abaixo).

Elas também podem envolver aplicações ISM de RF operadas em frequências acima de 18 GHz. Para este último tipo de aplicação, a proteção local de aparelhos e dos serviços de rádio requer a execução da avaliação da conformidade com a aplicação das provisões nacionais pertinentes para a faixa de frequências acima de 18 GHz, de acordo com os interesses próprios da ITU e das administrações nacionais.

Estas provisões nacionais adicionais podem ser aplicáveis a emissões espúrias, emissões que apareçam em harmônicas da frequência de operação e nas emissões desejadas em frequência de operação atribuída fora da faixa destinada para ISM na faixa de frequências acima de 18 GHz. As recomendações da CISPR para a proteção dos serviços de rádio de áreas específicas são encontradas no Anexo E desta norma.

A definição 1.15 do Regulamento de Rádio da ITU é: 1.15 aplicações (de energia de radiofrequência) industriais, científicas e médicas (ISM): Operação de equipamentos ou aparelhos projetados para gerar e utilizar localmente a energia de radiofrequência com fins industriais, científicos, médicos, domésticos ou similares, excluindo-se as aplicações do campo das telecomunicações.

Certas frequências foram destinadas pela União Internacional de Telecomunicações (ITU) para utilização como frequências fundamentais para aplicações ISM de RF (ver também Definição 3.13). Estas frequências estão listadas na tabela abaixo. Em países específicos, podem ser destinadas frequências diferentes ou adicionais para utilização por aplicações de RF ISM.

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No sentido de simplificar a identificação de limites pertinentes, equipamentos dentro do escopo desta norma são classificados em dois grupos, isto é, grupo 1 e grupo 2. Equipamentos grupo 1: o grupo 1 contém todos os equipamentos do escopo desta norma que não estão classificados como equipamentos do grupo 2.

Equipamentos grupo 2: o grupo 2 contém todos os equipamentos ISM de RF nos quais a energia de radiofrequência na faixa de frequências de 9 kHz a 400 GHz é intencionalmente gerada e utilizada, ou apenas utilizada localmente, sob a forma de radiação eletromagnética, acoplamento indutivo e/ou capacitivo, para o tratamento de material ou com fins de inspeção/análise, ou para transferência de energia eletromagnética. De acordo com o ambiente eletromagnético para o qual o equipamento se destina, esta norma define duas classes de equipamento, nomeadas como classe A e classe B.

Equipamentos classe A são os adequados para utilização em todos os locais que não sejam aqueles localizados em ambientes residenciais e aqueles diretamente conectados à rede de alimentação elétrica de baixa tensão que alimenta os edifícios utilizados com finalidade de moradia (domésticos). Os equipamentos classe A devem respeitar os limites para classe A.

Equipamentos de soldagem a arco que contenham dispositivos faiscadores em arco (arc striking) ou estabilizadores, e dispositivos faiscadores em arco (arc striking) ou estabilizadores independentes para soldagem a arco, devem ser classificados como equipamentos classe A. Equipamentos classe B são os equipamentos adequados para utilização em locais no ambiente residencial e em estabelecimentos conectados diretamente à rede de alimentação elétrica de baixa tensão que alimenta os edifícios utilizados com finalidade de moradia. Os equipamentos classe B devem respeitar os limites para classe B.

O fabricante e/ou fornecedor do equipamento ISM deve certificar-se de que o usuário esteja informado sobre a classe e o grupo do equipamento, seja por meio da rotulagem ou da documentação acompanhante. Em ambos os casos, o fabricante/fornecedor deve explicar o significado tanto da classe quanto do grupo na documentação que acompanha o equipamento.

A documentação que acompanha o equipamento deve conter detalhes de quaisquer precauções a serem observadas pelo comprador ou usuário para assegurar que a operação normal e o uso do equipamento em campo não causem interferência de radiofrequência (RFI) prejudicial. No contexto dessa norma, esses detalhes se referem às informações sobre: a possibilidade de interferência de radiofrequência originada de operação de equipamento classe A em certos ambientes; precauções especiais a serem observadas quando da conexão de equipamento classe A à rede de energia de baixa tensão; medidas que podem ser tomadas a nível de instalação para reduzir a emissão do equipamento classe A instalado.

Para equipamento classe A, as instruções para uso que acompanham o produto devem conter o seguinte texto: Atenção: Este equipamento não é destinado para uso em ambiente residencial e pode não fornecer proteção adequada para recepção de rádio nestes ambientes. Para medições em locais de ensaios normalizados, os requisitos especificados a seguir constituem nos requisitos para ensaio de tipo.

Os equipamentos classe A podem ser medidos em um local de ensaio ou in situ, como o fabricante preferir. Por causa do tamanho, da complexidade ou das condições de operação, alguns equipamentos podem precisar ser medidos in situ para demonstrar conformidade com os limites de perturbação radiada especificados.

Os equipamentos classe B devem ser medidos em um local de ensaio. Os limites foram determinados em uma base estatística, considerando-se a probabilidade de interferência. Nos casos de interferência, provisões adicionais podem ter que ser aplicadas. O limite inferior deve ser aplicável em todas as frequências de transição.

Os instrumentos de medição e os métodos de medição estão especificados nas Seções 7, 8 e 9. Nos casos em que esta norma oferece opções para o ensaio de requisitos específicos com uma escolha de métodos de ensaio, a conformidade pode ser demonstrada em relação a qualquer dos métodos de ensaio, utilizando os limites especificados com as restrições indicadas nas tabelas pertinentes.

Em qualquer situação em que seja necessário ensaiar novamente o equipamento, é recomendado que o método de ensaio escolhido inicialmente seja utilizado para garantir a coerência dos resultados. O equipamento sob ensaio deve atender a um dos itens: tanto o limite médio especificado para medições com um detector de valor médio como o limite de quase pico especificado para medições com um detector de quase pico (ver 7.3); ou o limite médio com a utilização de um detector de quase pico (ver 7.3). Os limites para portas de energia de BT cc especificados, são aplicáveis somente a conversores de energia conectados à rede (GCPC) destinados para montagem em sistemas de geração de energia fotovoltaica.

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Muitos tipos de equipamentos no escopo das normas contêm dois ou mais tipos de fontes de interferência; por exemplo, um aquecedor por indução pode incorporar um semicondutor retificador além da sua bobina de aquecimento. Para a finalidade de ensaio, o equipamento deve ser definido em termos do objetivo para o qual foi projetado.

Por exemplo, o aquecedor por indução que incorpora um semicondutor retificador é para ser ensaiado como um aquecedor por indução (com todas as perturbações respeitando os limites indicados, qualquer que seja a fonte da perturbação) e não é para ser ensaiado como se fosse uma fonte de alimentação semicondutora. A norma fornece definições gerais do grupo 1 e de equipamentos do grupo 2 e, para os objetivos oficiais, o grupo ao qual uma peça particular de aparelho pertence deve ser identificado a partir destas definições.

Será útil, entretanto, que os usuários da norma tenham uma lista abrangente dos tipos de aparelho identificados como pertencentes a um grupo em particular. Isso também ajuda no desenvolvimento de especificações, quando a experiência demonstrar a necessidade de variação nos procedimentos de ensaio para acomodar tipos específicos de aparelhos.

A maioria dos analisadores de espectro não possui seletividade de radiofrequência: isto é, o sinal de entrada é alimentado diretamente a um mixer de faixa larga, no qual é heterodinado para uma frequência intermediária adequada. Os analisadores de espectro de micro-ondas são obtidos com pré-seletores de rastreamento de radiofrequência que automaticamente acompanham a frequência que está sendo varrida pelo receptor.

Estes analisadores resolvem uma quantidade considerável dos problemas de medir as amplitudes das emissões harmônicas e espúrias com um instrumento que pode gerar estes componentes em seus circuitos de entrada. Para proteger os circuitos de entrada do analisador de espectro de danos durante a medição de sinais fracos de perturbação na presença de um sinal forte, convém que seja colocado um filtro na entrada, para fornecer pelo menos 30 dB de atenuação na frequência do sinal forte.

Vários destes filtros podem ser requeridos para lidar com diferentes frequências de operação. Muitos analisadores de espectro por micro-ondas empregam harmônicas do oscilador local para abranger as várias porções da faixa de sintonização. Sem uma pré-seleção de radiofrequências, estes analisadores podem exibir sinais espúrios e harmônicos.

Fica então difícil determinar se o sinal exibido está realmente na frequência indicada, ou se foi gerado no instrumento. Muitos fornos, equipamentos médicos para diatermia e outros equipamentos ISM RF de micro-ondas recebem sua alimentação de entrada de fontes de energia ca retificadas, mas não filtradas. Consequentemente, suas emissões são simultaneamente moduladas em amplitude e frequência.

AM e FM adicionais são causadas pelo movimento dos dispositivos de agitação utilizados em fornos. Estas emissões possuem componentes de linhas espectrais tão próximos quanto 1 Hz entre um e outro (causados pela modulação pelo dispositivo de agitação do forno), e 50 Hz ou 60 Hz (causados pela modulação na frequência da rede elétrica).

Considerando que a frequência da portadora é geralmente instável, a distinção entre estes componentes de linhas espectrais não é viável. Em vez disso, o que se faz na prática é exibir o envelope do espectro real, empregando uma largura de faixa do analisador que seja maior do que o intervalo de frequência entre os componentes do espectro (mas, pequena em relação à largura do envelope espectral).

Quando a largura de faixa do analisador é grande o suficiente para conter um certo número de linhas espectrais, o valor de pico indicado se eleva com a largura de faixa até o ponto em que a largura de faixa do analisador fica comparável à largura do espectro do sinal. É essencial, portanto, que haja um acordo para a utilização de uma largura de faixa específica para que se possam comparar as amplitudes exibidas pelos diferentes analisadores nas medições das emissões típicas dos dispositivos terapêuticos e de aquecimento atuais.

Já foi indicado que várias emissões de fornos são moduladas a uma taxa tão baixa quanto 1 Hz. Já se observou que os envelopes espectrais exibidos destas emissões são irregulares, parecendo variar de uma varredura para outra, a não ser que o número de varreduras por segundo seja baixo, se comparado à frequência mais baixa do componente da modulação.



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