Lösningar för EMC, RFI-skärmning och EMI-skärmning

EMC (Elektromagnetisk kompatibilitet)

EMC är en apparats, utrustnings eller systems egenskap att fungera tillfredsställande i sin elektromagnetiska miljö utan att oacceptabelt påverka någonting i denna miljö.

EMI (Elektromagnetisk störning)

Electromagnetic interference är motsatsen till EMC. Det är när en konflikt upplevs mellan olika utrustningar i ett system. Det betyder att en utrustning avger störningar, ledningsbundna eller strålade, i en sådan omfattning att en annan utrustning i systemet upplever problem eller felfunktioner. Alla elektriska och elektroniska apparater avger en viss mängd störningar, i större eller lägre omfattning. Det är när de avgivna störningarna kommer upp till en nivå där andra utrustningar blir störda som vi får en konfliktsituation, EMI.

Det finns många olika standarder, både civila och militära, som föreskriver hur mycket en utrustning får avge då det gäller störningar: till exempel den generiska standarden EN61000-6-4:2007/A1:2011 för EMC emissioner i industrimiljö i Europa och FCC47 Part 15 Subpart B i USA.

Det är bra att det finns normer att luta sig mot, men det är definitivt ingen garanti för att konflikter ska utebli, endast en bra början till att uppnå EMC. Det beror givetvis också på hur mycket störningar den mottagande utrustningen tål att få på sig innan den uppvisar felfunktioner.

Man kan således dela in fenomenen EMC/EMI i 4 delar:

• avgiven strålad energi (emission)
• tålighet mot strålad energi (immunitet)
• avgiven ledningsbunden energi (emission)
• tålighet mot ledningsbunden energi (immunitet).

RFI (Radiofrekvensstörning)

Uttrycket RFI, radio frequency interference, används inte särskilt ofta i Europa eller Sverige. I USA däremot används det flitigt. Radiofrekventa störningar, som det heter på svenska, är störningar som har ett sådant frekvensinnehåll att de hamnar inom frekvensområdet radio. Detta frekvensområde ligger mellan 0,1 MHz och 3 000 MHz, vilket är ett avsevärt område, där en mängd olika störningsfenomen kan uppträda. RFI jämställs i Europa med EMI och får då ett betydligt bredare användningsområde.

EMP (Electro-Magnetic Pulse)

Electro-magnetic pulse är det vi vanligtvis förknippar med den elektromagnetiska verkan av en atombombsprängning, oavsett om den detonerar på marken eller på hög höjd. Definitionen för EMP är ett mycket kortvarigt transient spänningsförlopp: t.ex. spiken eller transienten som bildas då ett relä aktiveras, då ett traditionellt lysrör tänder, eller då en termostat slår till eller från. Då uppstår en hastig spik eller transient som vi rimligen kan kalla för EMP.

NEMP (Nuclear Electro-Magnetic Pulse)

Nuclear electro-magnetic pulse är det vi egentligen menar när vi säger EMP, men på svenska vill vi förstärka uttrycket genom att säga EMP-puls. Det är den elektromagnetiska puls som bildas vid en kärnvapenexplosion. Det är bara en – men mycket snabb – puls med en stigtid på 3 ns (se HEMP nedan), alltså en mycket snabb puls.

I dag är man väl medveten vad som händer om man spränger en kärnladdning i marknivå. Man kan inte använda denna mark inom överskådlig framtid. Därför är det en kärnexplosion på hög höjd som är taktiskt användbar nu för tiden.

HEMP (High Electro-Magnetic Pulse)

Höghöjds EMP är den EMP-puls som avges vid en kärnexplosion på hög höjd. Man skickar upp en kärnladdning med en missil till en höjd ovanför atmosfären, för att där detonera laddningen. Man kan då räkna bort alla andra effekter, såsom tryckvåg och gammastrålning. Resultatet blir en EMP-puls som belyser i stort sett hela den del av jorden som är synlig från explosionspunkten.

Observera också att sifferuppgiften 3 ns på pulsens stigtid endast gäller för typ-hotpulsen E1 för en HEMP. Det är denna snabba komponent E1 som finns beskriven i EMMA och som vi i Sverige har använt, och fortfarande använder, som kravställande hotpuls på många av våra militära strategiska system. Förutom E1 ger en HEMP också E2 med effekter liknande åskpulser och E3 med sena tidskomponenter (av sekundstorlek) och med effekter som liknar effekterna av solstormar. Generering av alla HEMP-komponenter är således en komplicerad process, och här har ändå inte en låghöjdsexplosion berörts.

Pulsen bildas genom en Comptonprocess, där det statiska jordmagnetiska fältet tillsammans med gammastrålningen bryter ut elektroner till att bilda en mycket snabb elektromagnetisk puls som belyser jordytan.

LEMP (Lightning Electro-Magnetic Pulse)

Lightning electromagnetic pulse är den elektromagnetiska puls som bildas vid ett blixtnedslag. Då förloppet vid ett blixtnedslag har kommit till den fas då ström börjar gå i strömbanan, bildas ett magnetfält kring blixtbanan.

Från fysiklektionerna i skolan kommer vi ihåg att om man drar ström i en elektrisk ledare, bildas det ett magnetfält kring ledaren; precis så blir det runt blixtbanan.

Vid ett blixtnedslag är det flera effekter som är dominerande; det magnetiska fältet som sprids kilometervis i omgivningen är en av dem.

RÖS (Röjande Signaler)

RÖS, röjande signaler, är en militär beteckning som används för att beskriva:

Otillbörligt avgivna elektromagnetiska signaler som uppfattas av obehöriga, och då kan bidra till att sekretessbelagd information röjs. (Källa: FMV).

Det engelska ordet för RÖS är TEMPEST. Dock finns ingen rationell förklaring till detta engelska ord. Ingen vet var beteckningen kommer ifrån, men man vet vad det innebär, nämligen samma sak som på svenska, röjande signaler (eng. compromising emanation).

Den elektromagnetiska energi som kan detekteras från avstånd och som kan dechiffreras för att ge en tolkning av vilken ”nyttosignal” den elektromagnetiska energin innehåller brukar kallas för RÖS.

Ett beskrivande exempel är den svarta skåpbilen som står parkerad i den stora stadens bankkvarter, eller som står parkerad på kajen intill det gästande utländska örlogsfartyget. Det är mycket troligt att skåpbilen innehåller kraftiga mätantenner och känslig mottagarutrustning som försöker fånga upp elektromagnetiska signaler som oavsiktligt sprids från banklokalerna eller örlogsfartyget. En del avancerad signalbehandling kan sedan tala om vilken information som har kommit ut och som kan användas på ett fientligt sätt.

ESD (ElectroStatic Discharge)

Electrostatic discharge är detsamma som statisk elektricitet (som vi säger på svenska). Om vi kallar blixtpulsen för ett fenomen i makroformat, kan vi kalla statisk elektricitet för ett fenomen i mikroformat.

ESD är mycket lik en blixt. Fenomenet byggs upp genom att starka laddningar separeras, varefter naturen försöker att harmonisera dem igen, som kommunicerande kärl. En laddningsansamling byggs upp av olika anledningar och under olika förhållanden. Därefter skapas en laddningsseparation, och det är nu det börjar bli farligt.

Den separerade laddningsansamlingen, antingen positiv laddning eller negativ laddning, försöker att utifrån naturens lagar utjämna sig genom att samla motsatt laddning i sin närhet. Om till slut isolationen dem emellan brister, uppkommer en statisk urladdning.

Det är just urladdningen som är farlig för elektronikutrustning, om den inte är tillräckligt skyddad mot detta hot.

Om vi går tillbaka till fysiklektionerna i skolan igen för att förstå vad ESD är, kan vi beskriva exemplet med ett kattskinn och en ebonitstav. Man kan gnugga dem mot varandra, för att sedan separera dem, därigenom skapa en stark laddningsseparation. Kattskinnet eller ebonitstaven attraherar damm och hår, och får dessa att fastna på sig om de har motsatt laddning, men om de har samma laddning vill de skjuta ifrån varandra.

Det är oftast mycket höga spänningar i samband med elektrostatiska urladdningar. Man brukar säga att det inte blir någon gnista under 3 kV, medan vår elektronik ibland är betydligt känsligare för spänningstransienter med lägre amplitud, kanske ända ned till 400–500 V.

Vid större gnistor än dem som bildas vid 3 kV brukar man säga att en förlängning av gnistan med en centimeter motsvarar en spänningshöjning av 1 kV.

Om en person sitter och arbetar vid ett bord och reser sig upp från stolen, kan personen kortvarigt laddas upp till 30 kV (beroende på material i stolsdyna och byxtyg).