Compatibilidade Eletromagnética

A compatibilidade eletromagnética (EMC – Electromagnetic Compatibility), fundamentalmente, é a ausência da interferência eletromagnética (EMI – Electromagnetic Interference). Já o EMI é o processo no qual a energia eletromagnética é acoplada entre dispositivos eletrônicos de forma radiada e/ou conduzida de maneira involuntária.

Logo, ao afirmar que um produto possui compatibilidade eletromagnética, diz-se que o mesmo é compatível com o seu ambiente eletromagnético e não causa interferências em outros produtos nem a si próprio. Este produto também é imune às emissões eletromagnéticas provenientes de fontes externas. Podemos citar aqui exemplos de EMI como sistemas de sons que sofrem uma interferência de sinal de celular GSM gerando um ruído bem conhecido e interferência em televisões gerando uma imagem de puro ruído (conhecido popularmente como chuvisco) ocasionados por raios ou ausência do sinal transmitido.

Para identificar se um dispositivo eletrônico possui EMC satisfatória é importante realizar o estudo que determina a capacidade de um dispositivo eletrônico de ser imune a emissões externas, conhecido por susceptibilidade eletromagnética (EMS – Electromagnetic Susceptibility). Neste contexto, EMC abrange tanto EMI quanto EMS, e os testes podem ser estruturados conforme indica a figura abaixo:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Durante a realização de testes de compatibilidade eletromagnética, o produto ou protótipo é chamado de equipamento sob teste (EUT – Equipment Under Test).

Interferência Eletromagnética 

Os efeitos de EMI têm origem na combinação das disciplinas de RF (Radiofrequência) e circuitos digitais. Isso significa que as geometrias, como por exemplo, trilhas de uma placa de circuito impresso (PCB – Print Circuit Board), blindagem e antenas de um EUT, devem ser estudadas sob a óptica de RF. Porém, estas geometrias atuam como um canal de comunicação de um sinal elétrico, cuja análise deve ser feita fundamentada na teoria de circuitos.

Com a natural tendência e evolução de dispositivos sem fio trabalhando em velocidades cada vez mais elevada (seja na transmissão de dados ou até mesmo na velocidade de sinais digitais) a potencialidade de problemas devido a EMI vem aumentando significativamente. Os mais diversos segmentos da indústria (automotivo, aeroespacial, appliances etc.) precisam certificar os produtos eletrônicos em determinadas normas de EMC estabelecidas por órgãos como FCC, IEC, CISPR e no Brasil ANATEL.

Como solucionar problemas de EMI 

A simulação computacional entra como ferramenta fundamental para mitigar problemas de EMI uma vez que permite a visualização de campos eletromagnéticos – campos que são dificilmente obtidos e visualizados experimentalmente – possibilitando a certificação virtual dos produtos nas fases iniciais de desenvolvimento, sem a necessidade de um protótipo físico.

Veja na figura abaixo o campo elétrico gerado por sinais digitais e antenas em uma PCB (Placa de Circuito Impresso) de alguns smarthphones calculado pelo ANSYS HFSS.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O software ANSYS HFSS tem a capacidade de simular estruturas 3D e também circuitos. Com isso é possível observar a forma de onda de um sinal em qualquer ponto do produto. Na figura abaixo temos um sinal digital de uma memória DDR3 sofrendo interferência de um transmissor Bluetoothposicionado próximo as trilhas de dados. Por meio da simulação computacional podemos verificar se o produto atende as normas de compatibilidade eletromagnética (EMC) reduzindo assim o número de protótipos físicos e testes de certificação.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O conteúdo eletrônico de um automóvel, por exemplo, cresce 15% por ano em média e isso faz crescer a preocupação em relação a EMI. Os veículos devem ser imunes a ruídos eletromagnéticos externos, garantindo assim o correto funcionamento da arquitetura eletroeletrônica. Desta forma, pode-se evitar problemas como ruídos no sistema de som ou até mesmo ativação de sistemas de segurança (airbag, por exemplo) de maneira involuntária.

Veja como a FCA Brazil utiliza o ANSYS HFSS para realizar testes virtuais de imunidade radiada aqui.

 

 

 

 

 

 

 

Na área aeroespacial, além de todos os sistemas embarcados, uma grande quantidade de antenas está presente nas aeronaves. A interferência entre os sistemas de RF é conhecida como antena cosite que envolve as antenas de todo o sistema de transmissão e recepção.

O módulo opcional ANSYS RF Option agora também integra o ANSYS EMIT, software líder para identificação de RF cosite e interferência eletromagnética entre múltiplos transmissores/receptores. O software permite a identificação de problemas através da análise de sistemas incluindo modelos de multifidelidade para acoplamento de antenas, sistemas de RF, cabos, filtros e amplificadores.

A possibilidade de linkar modelos HFSS com o EMIT permite realizar análises de extrema acurácia. A análise abaixo de RF cosite realizada no ANSYS EMIT de uma aeronave não tripulada mostra a matriz de acoplamento de antenas e a origem de EMI devido a produto de intermodulação.

 

 

 

 

 

 

 

 

Os problemas de compatibilidade eletromagnética (EMC) podem parecer complexos, porém, com o auxílio de ferramentas de simulação computacional é possível investigarmos com mais detalhes e rapidamente as possíveis fontes de ruído e como podemos melhorar a imunidade ou diminuir as emissões de um produto.

Autor: Juliano Mologni é mestre em engenharia elétrica pela Universidade de Campinas (Unicamp) e engenheiro elétrico pelo Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL). Está cursando doutorado em aplicações EMC automotiva e integridade de sinais pela Unicamp. Trabalhou em empresas como Delphi Automotive Systems nos EUA, WebTech Wireless no Canadá e, atualmente, é responsável técnico por simulação eletromagnética na ESSS/ANSYS.

 

Fonte: https://www.esss.co/blog/compatibilidade-eletromagnetica/