Os limites das perturbações de radiofrequência em equipamentos

Um zumbido irritante no rádio do carro pouco antes de o telefone tocar – é uma interferência de radiofrequência. Esse é um termo que remonta a mais de um século até os primeiros dias das linhas e rádios telegráficos. Desde então, a proliferação de dispositivos eletrônicos comerciais e de consumo usando circuitos oscilantes de 10 kHz ou mais para operar adequadamente invadiu todos os aspectos das vidas e todos os espaços que são ocupados – dos escritórios e residências a aviões e carros. Conheça as características das perturbações de radiofrequência, seus limites e métodos de medição, em equipamentos industriais, científicos e médicos que operam na faixa de frequências de 0 Hz a 400 GHz e aos aparelhos domésticos e similares projetados para gerar e/ou utilizar localmente a energia de radiofrequência.

perturbação2Da Redação –

Atualmente, com a proliferação de dispositivos eletroeletrônicos, eles acabaram interferindo um com o outro na paisagem lotada de 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 interferência eletrônica não intencional.

É por isso que se ouve um zumbido quando o rádio do carro confunde um sinal de telefone celular com a estação de rádio que se está ouvindo no momento. Além disso, nem toda a radio frequency interference (RFI) é fabricada pelo homem – ocorrências naturais, como raios e explosões solares, também podem causar estragos em dispositivos eletrônicos.

A RFI pode causar problemas significativos em uma instância em que um sistema de controle capta o sinal errado, causando atrasos na produção e uma perda subsequente nos lucros. Mesmo quando se limitam as possíveis causas de RFI aos produtos eletrônicos de consumo, o cenário está cada vez mais superlotado. De telefones celulares a micro-ondas, a eletrônica significa que as causas potenciais da RFI aumentam a cada dia.

Para as empresas que fabricam produtos que dependem de circuitos eletrônicos, a RFI é um fator crítico em todas as etapas do desenvolvimento do produto, desde o projeto até os ensaios de conformidade. E, como resultado, é crucial determinar se um produto atende ou não aos requisitos de compatibilidade eletromagnética (electromagnetic compatibility – EMC).

Um método quase padrão para a supressão de emissões é a blindagem RFI, que deve ser incorporada aos projetos de produtos o mais cedo possível. O objetivo de uma blindagem é proteger seções vitais da placa de circuito ou evitar emissões. Muitos tipos de proteções estão disponíveis, havendo diferentes materiais, formas e espessuras para melhorar a permeabilidade e a condutividade. Os exemplos incluem um filme de metal, espuma condutora ou caixa de metal.

Outra opção para eliminar emissões irradiadas é o uso de filtros, que podem incluir filtros tripolares direcionados à faixa de 150 kHz a 30 MHz. Um filtro protege o produto da RFI emitida por outros dispositivos eletrônicos. Além disso, evita que o RFI emitido interfira com outros dispositivos. Os filtros estão disponíveis no nível comercial e no consumidor, oferecendo a oportunidade de incorporar um filtro ao projeto do produto antes de entrar no mercado.

É importante perceber que o que pode ser interferência em um usuário sem fio pode ser entretenimento ou comunicação essencial com outras pessoas. Todos os sistemas de microfone sem fio operam em faixas de frequência compartilhadas com transmissão de televisão ou vários tipos de comunicações de rádio. Por esse motivo, os usuários de microfone sem fio devem se lembrar de que não têm direitos exclusivos sobre as frequências que estão utilizando.

Muitos sistemas de microfone sem fio operam nas bandas de frequência usadas para transmissão de TV. Os transmissores de TV geralmente são bastante poderosos e podem interferir nos receptores sem fio a distâncias muito consideráveis. Os sistemas sem fio que usam frequências operacionais em ou perto de qualquer frequência usada para transmissão de TV podem esperar interferência moderada a grave, mesmo em locais além da distância em que é possível uma boa recepção de TV.

Outros transmissores de microfone sem fio são uma fonte frequente de problemas de RFI. Em alguns casos, um sistema sem fio inclui um body-pack e um transmissor de mão. A menos que seja tomado um cuidado considerável, não é incomum acidentalmente ter ambos os transmissores ligados ao mesmo tempo. Nesta situação, o receptor produzirá um tom de áudio extremamente alto e o sistema ficará completamente inutilizável.

Da mesma forma, se dois sistemas sem fio usarem a mesma frequência, apenas um transmissor poderá ser usado por vez. Ter dois sistemas na mesma frequência ocorre com mais frequência do que o esperado, especialmente em situações em que os usuários sem fio entram e saem com seus próprios sistemas. O equipamento sintetizado também pode ser problemático a esse respeito, pois um determinado modelo geralmente compartilha um conjunto pequeno de frequências. Se a frequência de um transmissor for alterada, as chances são relativamente altas de que haverá um conflito com outro sistema do mesmo tipo.

Outra fonte de interferência são os harmônicos das estações de rádio FM e transmissores de comunicações. Os transmissores de emissoras de FM geralmente produzem uma pequena quantidade de saída com o dobro da frequência de operação (o segundo harmônico), e isso pode ser uma fonte de interferência nos sistemas sem fio que operam na banda de TV VHF. A menos que a potência do transmissor de FM seja alta e o transmissor esteja próximo, a interferência dessa fonte é rara. Ainda assim, é melhor evitar frequências sem fio próximas dos harmônicos das estações de rádio FM locais.

Os transmissores de comunicações também têm saídas harmônicas que podem interferir potencialmente nos sistemas sem fio. Geralmente, nos raros casos em que ocorre interferência de transmissores de comunicações, é resultado de intermodulação ou equipamento defeituoso. Os transmissores de comunicações mal ajustados ou com manutenção inadequada podem ter saída harmônica ou espúria excessiva.

A interferência dessa fonte é provável apenas quando o transmissor de comunicações estiver próximo. Antenas para transmissores de comunicações geralmente estão localizadas no topo de edifícios. Se o transmissor for poderoso e a antena estiver próxima, a interferência sem fio se tornará uma possibilidade.

O mesmo pode acontecer quando um veículo com um poderoso transmissor bidirecional dirige por um local onde os sistemas sem fio estão em uso. Nesta situação, os sinais espúrios de um transmissor desajustado ou com defeito podem causar interferência. Em alguns casos, o sinal forte do transmissor pode sobrecarregar o receptor sem fio e causar interferência devido à intermodulação.

As estações de rádio AM às vezes são uma fonte de interferência. No entanto, na grande maioria dos casos, esse problema não se deve à interferência direta da estação AM. Os sistemas sem fio operam em frequências muito acima das dos transmissores AM e é extremamente improvável que uma saída harmônica ou espúria do transmissor afete um receptor sem fio. Os transmissores de rádio AM às vezes interferem em muitos tipos de equipamentos de áudio, incluindo misturadores, amplificadores de potência, processadores e outros dispositivos que não são de RF.

A solução de problemas de RFI quase sempre envolve a eliminação da fonte do sinal de interferência ou a alteração da frequência do sistema sem fio. Muitos problemas de interferência desse tipo podem ser evitados completamente, simplesmente selecionando-se outras frequências que não as já utilizadas pelas estações de TV locais e outros sistemas sem fio próximos. Por uma questão prática, convencer alguém a mudar sua frequência ou forçá-lo a consertar transmissores com defeito geralmente não é viável; portanto, alterar a frequência do sistema sem fio pode ser a única opção realista.

A NBR IEC/CISPR 11 de 03/2019 – Equipamentos industriais, científicos e médicos – Características das perturbações de radiofrequência – Limites e métodos de medição aplica-se aos equipamentos industriais, científicos e médicos que operam na faixa de frequências de 0 Hz a 400 GHz e aos aparelhos domésticos e similares projetados para gerar e/ou utilizar localmente a energia de radiofrequência.

Esta norma aborda os requisitos de emissão relacionados às perturbações de radiofrequência (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 na Seção 6. Para as aplicações ISM de RF, ou equipamentos e dispositivos de RF ISM, definidas de acordo com o significado da definição encontrada no Regulamento de Rádio da ITU, essa norma aborda os requisitos de emissão relacionados às perturbações de radiofrequência na faixa de frequências de 9 kHz a 18 GHz.

Os requisitos de emissão para aparelhos de cozimento por indução estão especificados na CISPR 14-1. Os requisitos para os equipamentos de iluminação ISM de RF e irradiadores de UV que operam nas frequências dentro das faixas de frequência de ISM definidas pelo Regulamento de Rádio da ITU estão contidos nesta norma. Os equipamentos cobertos por outras normas de emissão CISPR para produtos e famílias de produtos estão excluídos do escopo desta norma.

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). 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.

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 os requisitos essenciais de emissão para uma avaliação das perturbações de RF causadas pelas aplicações ISM de RF nos locais de ensaio normalizados. Esses requisitos tornam possível o ensaio de tipo das aplicações ISM de RF operadas em frequências de até 18 GHz.

Além disso, esta norma contém 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. Certas frequências foram destinadas pela União Internacional de Telecomunicações (ITU) para utilização como frequências fundamentais para aplicações ISM de RF. 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. Os 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. Os 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.

Os equipamentos classe B são os 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. Eles devem respeitar os limites para classe B. 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.

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.

As seguintes listas do grupo 1 e equipamentos do grupo 2 não são exaustivas. Equipamentos do grupo 1: o grupo 1 contém todos os equipamentos do escopo desta norma que não são classificados como equipamentos do grupo 2. Geral: equipamentos laboratoriais, equipamentos eletromédicos, equipamentos científicos, semicondutores-conversores, equipamentos industriais de eletroaquecimento com frequências de operação menores ou iguais a 9 kHz, ferramentas de máquina, equipamentos de controle e medição de processo industrial, equipamentos de fabricação de semicondutores.

Detalhado: geradores de sinal, receptores de medição, contadores de frequência, medidores de fluxo, analisadores de espectro, máquinas de pesagem, máquinas para análise química, microscópios eletrônicos, fontes de alimentação de modo alternado e conversores semicondutores (quando não estiverem incorporados a um equipamento), retificadores/inversores semicondutores, conversor de energia conectado em rede (GCPC), equipamentos de aquecimento resistivos com controladores de potência de C.A. com semicondutores integrados, fornos a arco e fornos para fundição de metal, aquecedores de plasma e descarga luminescente, equipamento para diagnóstico por raios x, equipamento de tomografia computadorizada, equipamento de monitoração do paciente, equipamento de diagnóstico e terapia por ultrassom, máquinas de lavagem por ultrassom, controles reguladores e equipamentos com controles reguladores que incorporam dispositivos semicondutores com uma corrente de entrada declarada acima de 25 A por fase.

Equipamentos do 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, para a finalidade de análise/inspeção, ou para transferência de energia eletromagnética.

Geral: aparelho de micro-ondas para irradiação de UV, aparelhos de iluminação por micro-ondas, equipamentos industriais de aquecimento por indução operando acima de 9 kHz, equipamentos de carregamento/transferência de energia indutiva, equipamentos de aquecimento dielétrico, equipamentos de aquecimento por micro-ondas industriais, fornos de micro-ondas, equipamentos eletromédicos, equipamentos de soldagem elétrica, equipamento de erosão por centelhamento ou eletroerosão (EEC), modelos de demonstração para educação e treinamento.

Detalhado: fundição de metal, aquecimento de tarugo, aquecimento de componentes, soldagem e aplicação de bronze, soldagem em arco, soldagem em arco tipo stud, soldagem por resistência, soldagem por pontos, soldagem com arame tubular, oscilador de laser industrial excitado com descarga de alta frequência, colagem de madeira, solda plástica, preaquecimento plástico, processamento de alimentos, assar biscoitos, descongelamento de alimentos, secagem de papel, tratamento têxtil, cura de adesivos, preaquecimento de materiais, equipamento de diatermia por ondas curtas, equipamento de terapia por micro-ondas, imagem por ressonância magnética (MRI), esterilizadores médicos de AF, equipamentos cirúrgicos de alta frequência (AF), refino por zona de cristais, modelos de demonstração dos transformadores Tesla de alta-tensão, geradores de correia, etc.

Para os equipamentos industriais de radiofrequência situados próximos ou sobre o nível do chão, a atenuação do campo pela distância da fonte, a uma altura entre 1 m e 4 m acima do solo, depende do solo e da natureza do terreno. Embora a influência da natureza do terreno, e dos obstáculos deste, sobre a atenuação real da onda eletromagnética aumente com a frequência, um coeficiente médio de atenuação linear pode ser extraído para a faixa de frequências de 30 MHz a 300 MHz.

Conforme a irregularidade e a quantidade de obstáculos aumentar, os campos eletromagnéticos serão reduzidos por causa dos fenômenos de sombra, absorção (incluindo a atenuação causada por prédios e vegetação), espalhamento, divergência e desfocalização das ondas difratadas. A atenuação só pode então ser descrita de forma estatística. Para distâncias da fonte superiores a 30 m, a intensidade do campo mediana ou esperada a uma altura definida varia 1/Dn, onde D é a distância da fonte, e n varia de aproximadamente 1,3, para espaços abertos, até 2,8, para áreas urbanas densamente construídas.

Considerando-se diferentes medições de todos os tipos de terrenos, parece que um valor médio n = 2,2 pode ser utilizado para estimativas aproximadas. Grandes desvios dos valores medidos de intensidade de campo ocorrem em relação àqueles previstos pela lei da intensidade média do campo/distância, com desvios padrão de até mais ou menos 10 dB em uma distribuição aproximadamente log-normal. A polarização do campo pode não ser prevista. Resultados semelhantes foram obtidos em medições realizadas em vários países.

O efeito de blindagem de prédios sobre a radiação é uma quantidade muito variável, dependente do material dos prédios, da espessura das paredes e da quantidade de espaço para janelas. Em paredes sólidas sem janelas, a atenuação depende da espessura relativa ao comprimento de onda da radiação, e pode-se esperar um aumento da atenuação com a frequência. De forma geral, entretanto, não se considera prudente esperar que prédios forneçam uma proteção muito superior a 10 dB.



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