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Compatibilidad electromagnética

La compatibilidad electromagnética (EMC – Electromagnetic Compatibility), fundamentalmente, es la ausencia de interferencia electromagnética (EMI – Electromagnetic Interference). El EMI es el proceso en el cual la energía electromagnética es acoplada entre dispositivos electrónicos de forma radiada y/o conducida de manera involuntaria.

Luego, al afirmar que un producto posee compatibilidad electromagnética, se dice que el mismo es compatible con su ambiente electromagnético y no causa interferencias ni a sí mismo, ni en otros productos. Este producto también es inmune a las emisiones electromagnéticas provenientes de fuentes externas. Podemos citar aquí ejemplos de EMI como sistemas de sonidos que sufren una interferencia de señal de celular GSM generando un ruido bien conocido e interferencia en televisiones generando una imagen de puro ruido (conocido popularmente como fritura) ocasionados por rayos o ausencia de la señal transmitida.

Para identificar si un dispositivo electrónico posee EMC satisfactoria es importante realizar el estudio que determina la capacidad de un dispositivo electrónico de ser inmune a emisiones externas, conocido por susceptibilidad electromagnética (EMS – Electromagnetic Susceptibility). En este contexto, EMC comprende tanto EMI cuanto EMS, y las pruebas pueden ser estructuradas conforme indica la siguiente figura:

Estructura de pruebas de EMC

Durante la realización de pruebas de EMC, el producto o prototipo es llamado de equipamiento bajo prueba (EUT – Equipment Under Test).

Interferencia Electromagnética
Los efectos de EMI tienen origen en la combinación de las disciplinas de RF (Radiofrecuencia) y circuitos digitales. Eso significa que las geometrías, como por ejemplo, trillas de una placa de circuito impreso (PCB – Print Circuit Board), blindaje y antenas de un EUT, deben ser estudiadas bajo la óptica de RF. Sin embargo, estas geometrías actúan como un canal comunicacional de una señal eléctrica, cuyo análisis debe ser hecho fundamentado en la teoría de circuitos.

Con la natural tendencia y evolución de dispositivos inalámbricos trabajando a velocidades cada vez más elevadas (sea en la transmisión de datos o incluso en la velocidad de señales digitales) la potencialidad de problemas debido a EMI viene aumentando significativamente. Los más diversos segmentos de la industria (automotriz, aeroespacial, de electrodomésticos etc.), precisan certificar los productos electrónicos en determinadas normas de EMC establecidas por organismos como el FCC, IEC, CISPR, etc.

Como Solucionar Problemas de EMI
La simulación computacional entra como herramienta fundamental para solucionar problemas de EMI a la vez que permite la visualización de campos electromagnéticos – campos que son difícilmente obtenidos y visualizados experimentalmente – posibilitando la certificación virtual de los productos en las fases iniciales de desarrollo, sin la necesidad de un prototipo físico.

Vea en la figura abajo el campo eléctrico generado por señales digitales y antenas en una PCB (Placa de Circuito Impreso) de algunos smarthphones calculado por el ANSYS HFSS.

Campo eléctrico en smartphones calculado por el ANSYS HFSS

El software ANSYS HFSS tiene la capacidad de simular estructuras 3D y también circuitos. Con eso es posible observar la forma de onda de una señal en cualquier punto del producto. En la figura abajo tenemos una señal digital de una memoria DDR3 sufriendo interferencia de un transmisor Bluetooth posicionado próximo a las trillas de datos. A través de simulación computacional podemos verificar si el producto cumple con las normas de EMC reduciendo así el número de prototipos físicos y pruebas de certificación.

Diagrama visual de una señal digital bajo EMI de un transmisor Bluetooth

El contenido electrónico de un automóvil, por ejemplo, crece 15% por año en media y eso hace crecer la preocupación en relación a EMI. Los vehículos deben ser inmunes a ruidos electromagnéticos externos, garantizando así el correcto funcionamiento de la arquitectura electro-electrónica. De esta forma, se puede evitar problemas como ruidos en el sistema de sonido o incluso activación de sistemas de seguridad (airbag, por ejemplo) de manera involuntaria.

Lea como la FCA Brasil utiliza el ANSYS HFSS para realizar pruebas virtuales de inmunidad radiada aquí.

Teste virtual de imunidade radiada automotivo realizado pela FCA no ANSYS HFSS

En la industria aeroespacial, así como en todos los sistemas embebidos, una gran cantidad de antenas están presentes en las aeronaves. La Interferencia entre los sistemas de RF es conocida como antena cosite que involucra las antenas de todo el sistema de transmisión y recepción.

El módulo opcional ANSYS RF Option ahora también es parte del ANSYS EMIT, software líder para identificación de RF cosite e interferencia electromagnética entre múltiples transmisores a través del análisis de sistemas incluyendo modelos de multifidelidad para acoplamiento de antenas, sistemas de RF, cables, filtros y amplificadores.

La posibilidad de vincular los modelos de HFSS con el EMIT permite hacer análisis de gran precisión. El siguiente análisis de RF cosite de una aeronave no tripulada realizada con ANSYS EMIT presenta la matriz del acoplamiento de antenas y el origen de EMI producto de la intermodulación.

Análisis RF Cosite con ANSYS EMIT

Los problemas de EMC pueden parecer complejos, pero con el ayuda de las herramientas de simulación computacional es posible investigar con detalle y rapidez las posibles fuentes de ruido y de como mejorar la inmunidad de las emisiones de un producto.

El siguiente vídeo presenta de una forma didáctica, a través de la simulación, varios casos de EMI en la vida cotidiana.

 



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