전자파 간섭

Electromagnetic interference
「전자 노이즈」는, 여기서 리다이렉트 됩니다.전자장으로 인한 음향 소음은 전자파 유도 음향 소음 및 진동을 참조하십시오.
2002년 10월 8일 오후 4시 30분경 태양 플레어의 전자파 간섭으로 인해 중단되고 왜곡된 미 하원 토론 기록.
아날로그 TV 신호의 전자파 간섭

전자파 간섭(EMI)은 무선 주파수 스펙트럼에서 Radio-Frequency Interference(RFI; 무선 주파수 간섭)라고도 불리며, 전자기 유도, 정전 결합 또는 전도에 [1]의해 전기 회로에 영향을 미치는 외부 소스에 의해 발생하는 장애입니다.이 장애로 인해 회로의 성능이 저하되거나 기능이 정지될 수 있습니다.데이터 경로의 경우 이러한 영향은 오류율 증가에서 데이터의 [2]전체 손실까지 다양합니다.EMI를 일으킬 수 있는 전류와 전압의 변화(점화 시스템, 휴대 전화의 셀룰러 네트워크, 번개, 태양 플레어, 오로라(북방/남방광))는, 인공 전원과 자연 전원 모두 발생합니다.EMI는 AM 무선에 자주 영향을 줍니다.또한 휴대전화, FM 라디오 및 텔레비전뿐만 아니라 전파 천문학과 대기 과학 관측에도 영향을 미칠 수 있습니다.

EMI는 전자전과 같이 전파 교란에 의도적으로 사용될 수 있습니다.

EMI 사운드샘플 1
GSM 휴대 전화 신호가 스피커 시스템을 방해합니다.
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EMI 사운드샘플 2
Wi-Fi 신호가 스피커 시스템을 방해한다.
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도플러 기상 레이더에서 5GHz Wi-Fi에 의한 간섭이 확인됨

역사

무선 통신의 초창기 이래로, 의도적 및 의도하지 않은 전송으로부터의 간섭의 부정적인 영향이 느껴졌고, 무선 주파수 스펙트럼을 관리할 필요성이 분명해졌습니다.

1933년 파리에서 열린 국제전기기술위원회(IEC) 회의는 EMI의 새로운 문제를 다루기 위해 국제전파간섭특별위원회(CISPR)를 설립할 것을 권고했다.그 후 CISPR은 측정 및 테스트 기술과 권장 방출 및 내성 한계를 다루는 기술 출판물을 제작했다.이는 수십 년 동안 발전해 왔으며 오늘날 전 세계 EMC 규제의 토대가 되고 있습니다.

1979년, 유선 및 무선 통신을 방해하는 디지털 시스템의 증가에 대응하여 FCC에 의해 모든 디지털 장비의 전자파 방출에 대한 법적 제한이 부과되었다.시험 방법과 한계는 CISPR 간행물에 기초했지만, 유럽의 일부 지역에서는 이미 유사한 한도가 시행되었다.

1980년대 중반 유럽연합 회원국들은 EC 내 무역의 장벽이 되지 않도록 제품의 기술 요건을 표준화할 목적으로 다수의 "새로운 접근법" 지침을 채택했다.그 중 하나가 EMC 지침(89/336/EC)[3]이며, 시장에 출시되거나 서비스를 시작하는 모든 기기에 적용됩니다.적용범위는 "전자파 장애 또는 그러한 장애의 영향을 받기 쉬운 성능의 원인이 될 수 있는" 모든 기기를 대상으로 한다.

일반인을 대상으로 한 장치에 대한 배출뿐만 아니라 면역성에 대한 법적 요건이 있었던 것은 이번이 처음이다.일부 제품에 대해 알려진 내성 수준을 제공하기 위해 추가 비용이 수반될 수 있지만, 현대 활성 전자파 환경에서 장치와 공존할 수 있고 문제가 적기 때문에 인식 품질이 향상된다.

현재 많은 국가에서 제품이 일정 수준의 전자파 적합성(EMC) [citation needed]규정을 충족하기 위한 유사한 요건을 갖추고 있습니다.

종류들

전자파 간섭은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

전도성 전자파 간섭은 (도체의 물리적 접촉이 없는) 유도에 의해 발생하는 방사 EMI와 반대로 도체의 물리적 접촉에 의해 발생합니다.도체의 전자파 장에서 발생하는 전자기 장애는 더 이상 도체의 표면에 국한되지 않고 방사됩니다.이는 모든 도체에서 지속되며 2개의 방사 전자장 간의 상호 인덕턴스가 [citation needed]EMI를 발생시킵니다.

ITU의 정의

전자기 간섭의 의미를 방해, 또한 고주파 잡음 방해(EMI나 지급 준비 완료)1.166 국제 전기 통신 연합의(ITU)라디오 규제조에 따르–은 –는 에너지의 하나 또는 수신하면 그에 방출, 방사선, 또는 inductions의 조합 때문에 효과"로 정의되(RR)[7]. 에서성능 저하, 오역 또는 그러한 불필요한 에너지가 없을 때 추출될 수 있는 정보의 상실로 나타나는 무선 통신 시스템.

이는 주파수 관리에서 무선국 또는 시스템에 주파수 할당 및 주파수 채널 할당을 제공하고 무선통신 서비스 간의 전자파 적합성을 분석하기 위해 사용하는 정의이기도 하다.

ITU RR (제1조)에 따라 간섭의 변화는 다음과 같이 분류된다.

  • 허용 간섭(RR 1.167)
  • 허가된 간섭(RR 1.168)
  • 유해 간섭(RR 1.169)[citation needed]

전도 간섭

전도된 EMI는 (도체의 물리적 접촉이 없는) 유도에 의해 발생하는 복사된 EMI가 아니라 도체의 물리적 접촉에 의해 발생합니다.

주파수가 낮을 경우 EMI는 전도에 의해, 주파수가 높을 경우 방사선에 의해 발생합니다.

접지선을 통한 EMI는 전기설비에서도 매우 일반적입니다.

다양한 무선 테크놀로지의 취약성

간섭은 불필요한 인밴드 신호와 의도된 신호를 구별할 수 있는 방법이 없는 아날로그 진폭 변조나 브로드캐스트시스템에서 사용되는 전방위 안테나 등 오래된 무선 테크놀로지에서는 문제가 되는 경향이 있습니다.새로운 무선 시스템은 선택성을 향상시키는 몇 가지 개선 사항을 포함하고 있습니다.Wi-Fi와 같은 디지털 라디오 시스템에서는 오류 수정 기술을 사용할 수 있습니다.확산 스펙트럼 및 주파수 호핑 기술을 아날로그 및 디지털 신호 전달과 함께 사용하여 간섭에 대한 내성을 개선할 수 있습니다.포물선 안테나 또는 다이버시티 수신기와 같은 고방향 수신기를 사용하여 공간상의 하나의 신호를 선택하여 다른 신호를 제외할 수 있다.

지금까지의 디지털 확산 스펙트럼 신호 전달의 가장 극단적인 예는 Ultra-wide-band (UWB; 초광대역)입니다. Ultra-width band (UWB; 초광대역)는 고대역폭 디지털 데이터를 전송하기 위해 낮은 진폭에서 무선 스펙트럼의 큰 부분을 사용할 것을 제안합니다.UWB를 독점적으로 사용하면 주파수를 매우 효율적으로 사용할 수 있지만 비 UWB 기술 사용자는 수신기에 대한 간섭으로 인해 새로운 시스템과 주파수를 공유할 준비가 아직 되어 있지 않다(UWB의 규제적 의미는 초광대역 기사에 설명되어 있다).

컨슈머 디바이스에 대한 간섭

미국에서는 1982년 공법 97-259에 따라 연방통신위원회(FCC)가 소비자 전자 [8][9]기기의 민감도를 규제할 수 있게 되었습니다.

RFI 및 EMI의 잠재적 공급원에는 다양한 유형의 송신기, 초인종 변압기, 토스터 오븐, 전기 담요, 초음파 해충 방제 장치, 전기 버그 방지 장치, 가열 패드 및 터치 제어 램프가 포함됩니다.[10]복수의 CRT 컴퓨터 모니터나 텔레비전이 서로 너무 가까이 있으면, 특히 디가우스 코일의 1개가 액티브하게 되어 있는 경우, 픽처 튜브의 전자파 특성으로 인해, 서로 「반질」효과를 일으키는 일이 있습니다.

2.4GHz에서의 전자기 간섭은 802.11b, 802.11g 및 802.11n 무선 디바이스, Bluetooth 디바이스, 베이비 모니터, 무선 전화기, 비디오 송신기, 전자레인지로 인해 발생할 수 있습니다.

전기 모터, 변압기, 히터, 램프, 밸러스트, 전원 공급기 등과 같은 스위칭 부하(유도, 용량성, 저항성)는 모두 특히 2A 이상의 전류에서 전자기 간섭을 일으킨다.EMI를 억제하기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 콘덴서와 직렬로 연결된 저항인 스너버 네트워크를 한 쌍의 접점에 연결하는 것입니다.이것은 매우 낮은 전류에서 약간의 EMI 감소를 제공할 수 있지만, 전기 기계 [11][12]접점이 있는 2A 이상의 전류에서는 스너버가 작동하지 않습니다.

EMI를 억제하는 또 다른 방법은 페라이트 코어 노이즈 서프레서(또는 페라이트 비즈)를 사용하는 것입니다.페라이트 코어 노이즈 서프레서(또는 페라이트 비즈)는 가격이 저렴하며, 문제가 있는 디바이스 또는 손상된 디바이스의 전원 리드에 고정됩니다.

스위치 모드 전원 장치는 EMI의 원인이 될 수 있지만 통합 역률 보정 등의 설계 기술이 개선됨에 따라 문제가 줄어들었습니다.

대부분의 국가에서는 전자파 적합성을 의무화하는 법적 요건이 있습니다.전자 하드웨어와 전기 하드웨어는 일정량의 EMI를 적용해도 정상적으로 동작해야 하며 EMI를 방출해서는 안 됩니다.또한 EMI를 방출하면 다른 기기(무전기 등)에 방해가 될 수 있습니다.

스펙트럼이 점점 [additional citation(s) needed]복잡해짐에 따라 무선 주파수 신호의 품질은 21세기 내내 매년 약 1데시벨씩 저하되었다.이것은 휴대폰 업계에 레드퀸의 경쟁을 불러 일으켰다.기업들은 새로운 주파수에 더 많은 셀룰러 타워를 설치해야만 했고, 이로 인해 [13]더 많은 간섭을 유발함으로써 그에 걸맞게 공급자들의 더 많은 투자와 잦은 휴대폰 업그레이드가 요구되기 때문이다.

표준

IEC(International Electrotechnical Commission)의 위원회인 국제무선간섭특별위원회(CISPR)는 방사 및 전도 전자파 간섭에 대한 국제 표준을 설정한다.이것들은 국내, 상업, 산업 및 자동차 분야의 민간 표준이다.이러한 표준은 다른 국가 또는 지역 표준, 특히 CENELEC(European Committee for Electrotical Standards)가 작성한 유럽 표준(EN)의 기초를 형성한다.미국의 조직에는, 전기 전자 기술자 협회(IEE), 미국 국립 표준 협회(ANSI), 및 미군(MILSTD)

집적회로의 EMI

주요 기사:전자파 적합성

집적회로는 많은 경우 EMI의 원인이 되지만,[14] 일반적으로 에너지를 히트싱크, 회로기판 플레인, 케이블 등의 큰 물체에 결합해야 합니다.

집적회로에서는 EMI를 저감하는 중요한 수단으로서 각 액티브디바이스(가능한 한 디바이스와 가까운 전원장치에서 접속)에서의 바이패스 또는 디커플링 캐패시터 사용,[15] 직렬저항을 사용한 고속신호의 상승시간 제어 및 IC 전원장치 핀필터링이 있습니다.전도성 개스킷과 같은 차폐 구성요소의 추가 비용이 발생하므로 다른 기술이 실패한 후에는 차폐가 일반적으로 최후의 수단입니다.

방사선의 효율은 그라운드 플레인 또는 전원 플레인 위의 높이(RF에서 한쪽은 다른 쪽과 동일)와 신호 구성요소의 파장에 대한 도체 길이(오버슈트, 언더슈트 또는 링과 같은 기본 주파수, 고조파 또는 과도)에 따라 달라집니다.133MHz와 같은 저주파에서는 방사선은 거의 I/O 케이블을 통해 이루어집니다.RF 노이즈는 전원 플레인으로 전달되어 VCC 핀과 GND 핀을 통해 라인 드라이버에 결합됩니다.다음으로 RF는 공통 모드노이즈로서 라인 드라이버를 개입시켜 케이블에 결합됩니다.소음은 공통 모드이므로 차동 쌍이 있더라도 차폐 효과는 거의 없습니다.RF 에너지는 신호 쌍에서 차폐로 용량적으로 결합되며 차폐 자체가 방사를 수행합니다.이를 위한 한 가지 방법은 브레이드 브레이커 또는 초크를 사용하여 공통 모드 신호를 줄이는 것입니다.

일반적으로 500MHz를 초과하는 고주파에서는 배선이 전기적으로 평면 위로 길어지고 높아집니다.이러한 주파수에는 직렬 저항을 사용한 파형 성형과 두 평면 사이에 트레이스를 삽입하는 두 가지 기술이 사용됩니다.이러한 모든 조치가 EMI를 너무 많이 남길 경우 RF 개스킷이나 구리 또는 전도성 테이프 등의 차폐를 사용할 수 있습니다.대부분의 디지털 기기는 금속 또는 전도성 코팅 플라스틱 [citation needed]케이스로 설계됩니다.

RF 내성 및 테스트

모든 비차폐 반도체(예: 집적회로)는 가정 환경(예: 휴대전화)[16]에서 일반적으로 발견되는 무선 신호의 검출기 역할을 하는 경향이 있다.이러한 검출기는 고주파 이동 전화 반송파 (예를 들어, GSM850과 GSM1900, GSM900과 GSM1800)를 복조하고 저주파 (예를 들어, 217Hz) 복조 신호를 [17]생성할 수 있습니다.이 복조는 마이크 앰프, 스피커 앰프, 자동차 라디오, 전화 등과 같은 오디오 어플라이언스에서 원치 않는 소음으로 나타납니다.온보드 EMI 필터 또는 특수한 레이아웃 기술을 추가하면 EMI를 우회하거나 RF 내성을 [18]향상시키는 데 도움이 됩니다.일부 IC(LMV831-LMV834,[19] MAX9724[20] 등)는 내장 RF 필터 또는 고주파 반송파의 복조를 줄이는 데 도움이 되는 특수 설계로 설계되어 있습니다.

설계자는 종종 시스템에서 사용하는 부품의 RF 내성에 대한 특별한 테스트를 수행해야 합니다.이러한 테스트는 종종 RF 환경이 제어된 무반향 챔버에서 수행되며, 테스트 벡터는 [17]실제 환경에서 생성된 것과 유사한 RF 필드를 생성합니다.

전파 천문학에서의 RFI

전파천문학에서의 간섭은 일반적으로 무선주파수 간섭(RFI)이라고 불리며, 천체원 자체를 제외한 관측 주파수 대역 내에 있는 모든 전송원이다.지구상 및 지구 주변의 송신기가 관심 있는 천문학적 신호보다 몇 배 더 강할 수 있기 때문에 RFI는 전파 천문학을 수행하는데 있어 중요한 관심사입니다.번개와 태양과 같은 자연적인 간섭원은 RFI라고도 한다.

1420MHz의 21cm HI 라인과 같이 전파 천문학에 매우 중요한 주파수 대역 중 일부는 규제에 의해 보호된다.이를 스펙트럼 관리라고 합니다.단, VLA, LOFAR, ALMA 등의 최신 무선 천문대에서는 관측 가능한 대역폭이 매우 넓습니다.무선 주파수에서의 스펙트럼 공간이 제한적이기 때문에, 이러한 주파수 대역은 전파 천문학에 완전히 할당될 수 없습니다.따라서 관측소는 관측에서 RFI를 다룰 필요가 있다.

RFI를 처리하는 기술은 하드웨어의 필터부터 소프트웨어의 고급 알고리즘까지 다양합니다.강력한 송신기에 대처하는 방법 중 하나는, 송신원의 주파수를 완전하게 필터링 하는 것입니다.예를 들어 90~110MHz의 FM 라디오 방송국을 필터링하는 LOFAR 천문대의 경우입니다.이러한 강한 간섭원을 가능한 한 빨리 제거하는 것이 중요합니다.이는 매우 민감한 수신기(증폭기 및 아날로그-디지털 변환기)를 "포화"시킬 수 있기 때문입니다.이는 수신 신호가 수신기가 처리할 수 있는 것보다 강함을 의미합니다.그러나 주파수 대역을 필터링하면 계측기로 이러한 주파수를 절대 관찰할 수 없습니다.

관측된 주파수 대역폭 내에서 RFI를 처리하는 일반적인 기술은 소프트웨어에서 RFI 검출을 사용하는 것입니다.이러한 소프트웨어는 간섭 소스에 의해 오염된 시간, 주파수 또는 시간 주파수 공간에서 샘플을 찾을 수 있습니다.이러한 샘플은 이후 관찰된 데이터의 추가 분석에서 무시됩니다.이 프로세스를 흔히 데이터 플래그라고 합니다.대부분의 송신기는 대역폭이 작고 번개나 시민대역(CB) 무선장치 등 지속적으로 존재하지 않기 때문에 대부분의 데이터는 천문학적 분석에 사용할 수 있습니다.그러나 데이터 플래깅으로는 풍차, 디지털 비디오, 디지털 오디오 송신기 [citation needed]등의 연속 광대역 송신기 문제를 해결할 수 없습니다.

RFI를 관리하는 또 다른 방법은 Radio Quiet Zone(RQZ; 무선저소음존)을 확립하는 것입니다.RQZ는 지역 내 전파천문 관측에 유리하도록 RFI를 줄이기 위한 특별한 규정이 있는 수신기를 둘러싼 잘 정의된 영역이다.규정에는 스펙트럼 및 전력 플럭스 또는 전력 플럭스 밀도 제한의 특별 관리가 포함될 수 있다.구역 내 제어는 무선 송신기 또는 무선 장치 이외의 요소를 포함할 수 있습니다.여기에는 항공기 제어 및 산업, 과학 및 의료기기, 차량 및 전력선과 같은 의도하지 않은 라디에이터의 제어가 포함된다.전파천문학의 첫 번째 RQZ는 [21]1958년에 설립된 미국 국립 라디오 정숙 지대(NRQZ)입니다.

환경 모니터링에 관한 RFI

와이파이의 도입에 앞서 5GHz 대역의 가장 큰 응용 프로그램 중 하나는 터미널 도플러 기상 [22][23]레이더입니다.Wi-Fi에 5GHz 스펙트럼을 사용하기로 한 결정은 2003년 세계 무선통신 회의에서 최종 결정되었다. 그러나 기상계는 [24][25]이 과정에 관여하지 않았다.그 후 DFS의 허술한 구현과 잘못된 구성은 세계 여러 국가에서 기상 레이더 운용에 상당한 혼란을 초래했다.헝가리에서는 기상 레이더 시스템이 한 달 이상 작동하지 않는 것으로 선언되었다.간섭의 심각성으로 인해 남아공 기상국은 결국 C 대역 작동을 포기하고 레이더망을 S [23][26]대역으로 전환했다.

기상 위성과 같은 수동 원격 감지에 의해 사용되는 인접 대역의 전송은 때때로 상당한 간섭을 유발합니다.[27]충분히 규제되지 않은 5G를 채택하면 중대한 간섭 문제가 발생할 수 있다는 우려가 있다.현저한 간섭은 수치적 기상 예측 성능을 현저하게 저해하고 경제 및 공공 안전에 상당한 부정적인 [28][29][30]영향을 미칠 수 있다.이러한 우려로 인해 2019년 2월 윌버 로스 미국 상무장관과 짐 브리든스틴 NASA 행정관은 FCC에 제안된 주파수 경매를 취소하라고 촉구했으나 [31]거부되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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