Kranar som tappar sin last, skenande rullstolar eller låsningsfria bromsar som krånglar är exempel på när EMC-problem ger tydliga och mer eller mindre dramatiska symtom. I somliga fall är dock inte symtomen på EMC-problem lika tydliga vilket försvårar upptäckt och åtgärd i tid. I den här artikeln ska vi därför ge några exempel på mer diffusa smygande symtom som trådlösa system kan uppvisa om EMC-problem har uppstått.

 

Trådlösa system är konstruerade för att fånga upp svaga elektromagnetiska signaler och reagerar därför tidigt på om det uppstår ett EMC-problem som orsakar strålade störningar i luften. Radiostörningsproblem är således något man alltid ska vara uppmärksam på då dessa kan vara indikationer på att EMC-problem uppstått i en konstruktion eller en miljö.

 

Hela EMC-området uppstod just på grund av risken för radiostörningar när rundradiosändningar började för ca hundra år sedan. Då insåg man att oavsiktliga störningar från elektrisk utrustning i hemmen skulle kunna störa den nya tjänsten vilket fick till följd att standardiserade metoder för EMC-mätningar började utvecklas. Det var i detta sammanhang som standardiseringorganet CISPR (International Special Committee on Radio Interference) grundades på initiativ av IEC (The International Electrotechnical Commission) och ITU (International Telecommunication Union).

 

Det tydligaste symtomet på EMC-problem som orsakar radiostörningar är avbrott i den trådlösa förbindelsen. Fördelen med detta är att man då får en mycket tydlig signal om att ett problem uppstått. Det är dock långt ifrån alltid som EMC-problem visar sig på ett så tydligt sätt. EMC-problem kan också yttra sig på ett smygande sätt så att mer eller mindre diffusa symtom uppstår som exempelvis [1]

 

• Minskad räckvidd
• Uteblivna anrop
• Ökad tidsfördröjning av data
• Minskat antal användare
• Ökad känslighet mot tillfälliga störningssignaler
• Förkortat upptäcktsavstånd för sensorsystem

 

Vi ska behandla dessa olika symtom litet mer ingående nedan.

 

Minskad räckvidd

Om radiostörningar uppstår vid en radiomottagare så minskar omedelbart kommunikationsräckvidden för systemet. Enkelt beskrivet kan man se det som att grundbrusnivån i mottagaren höjts vilket måste kompenseras med ökad insignal från den man kommunicerar med. För att bibehålla förbindelsen, – eller den räckvidd man har utan någon EMC-störning, – så måste avståndet mellan sändare och mottagare minskas, vilket samtidigt innebär att räckvidden förkortas, se Figur 1.

Om man vid test eller användning av ett trådlöst system upptäcker att räckvidden är betydligt kortare än vad den borde vara, så ska man alltid ställa sig frågan om det kan bero på störningssignaler vid mottagaren. Ett ytterligare tecken i detta sammanhang är att om störningssignalen bara finns nära den ena mottagaren så kommer räckvidden till den man kommunicerar med i andra riktningen att vara oförändrad (den är ju inte störd), varför en assymmetrisk räckvidd är ytterligare ett tecken på att störningssignaler kan finnas.

I Figur 2 [2] visas ett exempel på hur kommunikationsräckvidden påverkas när en störningskälla (representerad av en utrustning som tangerar emissionskravet i EN55022, Class B) står placerad i närheten av radioutrustning. På taket till den gröna containern finns tre stycken samlokaliserade radiosystem.

Utan ytterligare störningssignaler än de som alstras av respektive radiosystem, så fungerar radioförbindelserna. Om däremot en ytterligare störningskälla tillkommer, här i form av en dator som tangerar emissionskravet, så blir den totala störningsmiljön för hög för att radiosystemen ska fungera med den täta samlokaliseringen. Placering i det gulmarkerade området innebär måttlig störningsrisk medan placering i det röda området innebär hög risk för att radiosystemen störs av den totala miljön.

 

Ur figuren framgår även att kommunikationsräckvidden minskar med ca 12% på grund av störningskällan för just detta fall (visas som en röd liggande stapel och med texten ovanför ”Communication Range Reduction: 12 %”). Figur 2 är gjord i mjukvaruplattformen GENESIS (FOI) för telekonfliktanalyser

Uteblivna anrop

Tillfälliga störningar på en kommunikationslänk innebär att räckvidden kortas av och till. I ett sådant fall kan man missa viktiga anrop eller meddelanden under vissa tider medan det fungerar vid andra tidpunkter. Tidigare i Electronic Environment har Elsäkerhetsverket skrivit om ett sådant fall då en elektronisk reklamskylt störde ut radiotrafiken mellan flygledare och pilot vid Vänersborgs/Trollhättans flygplats.

 

Tidsfördröjningar av data

En del kommunikationssystem reagerar med tidsfördröjning av data när radiostörningar uppstår. Detta kan exempelvis ske genom att ett meddelande sänds om ifall man inte fått en bekräftelse på att det kommit fram. Om det finns starka radiostörningar på länken kan man få sända om så ofta att det visar sig som märkbara fördröjningar av trafiken. Detta kan vara allvarligt om systemet arbetar med tidskritisk information som exempelvis vid styrning och reglering av processer.

 

Lokala trådlösa nätverk, som exempelvis W-LAN (WiFi), är typiska system som hanterar störningar genom att sända om informationen. Detta kan man märka av tydligt om man använder WiFi i en miljö tillsammans med många andra användare. I dessa fall uppstår fördröjningarna på grund av att systemet måste ta hänsyn till när övriga sänder. Ett praktiskt exempel är att använda WiFi på tåget då det är många passagerare ombord. Då kan fördröjningarna bli så stora att det går betydligt snabbare att använda surfning via 3G-nätet.

 

Minskat antal användare

Somliga trådlösa system begränsas av antalet användare i de fall användarnas signaler kan störa varandra. Ett typiskt exempel är mobiltelefoni av typen 3G (UMTS), där alla användare signalerar samtidigt på samma frekvenser. Med denna metod kommer varje ny användare att tillföra en ökad störningsnivå för de andra användarna. Detta gör att antalet möjliga användare är begränsat inom ett visst geografiskt område. Om annan radiostörning tillförs, exempelvis beroende på EMC-problem, kommer detta således att minska antalet möjliga användare.

 

Ökad känslighet mot tillfälliga störningssignaler

Trådlösa system konstrueras i somliga fall för att kunna tåla tillfälliga störningssignaler med inte alltför höga nivåer. Ett EMC-problem kan leda till att tåligheten mot dessa störningar i princip försvinner eftersom systemet redan måste hantera EMC-problemet. Det eventuella störskydd som finns reduceras av EMC-problemet så att skyddet mot de störningar man tänkt skydda sig mot försvinner.

I ett sådant fall upptäcker man inte att man har ett störningsproblem förrän ytterligare någon störning uppstår, alternativt att insignalen minskar på grund av fysiska hinder. Då kan symtom som avbrott eller tidsfördröjning komma mycket abrupt utan synlig förvarning.

 

I Figur 3 [2] visas tre stycken samlokaliserade radiosystem på taket till en container. Utan ytterligare störningssignaler än de som alstras av respektive radiosystem fungerar radioförbindelserna utan problem. Om däremot en ytterligare störningskälla tillkommer blir den totala störningsmiljön för hög för att radiosystemen ska fungera med den täta samlokaliseringen. Störningskällan representeras av en utrustning som precis uppfyller emissionsnivåerna enligt EN55022, Class B. I figuren visas vilken placering av den störande utrustningen som fungerar utan att radiosystemet i mitten (gulmarkerat) på containerns tak får problem.

 

Placering i det grönmarkerade området innebär låg störningsrisk medan placering i det röda området innebär hög risk för att radiosystemen störs av den totala miljön. Det gula området markerar övergångsområdet mellan grönt och rött.

Förkortat upptäcktsavstånd för sensorsystem

Trådlös teknik som används för att upptäcka föremål via exempelvis radarekon eller andra signaler får förkortat upptäcktsavstånd om mottagaren störs av EMC-problem. En sådan mottagare behöver ha ett visst minsta förhållande mellan målets signal och mottagarbruset för att kunna detektera ett föremål.

 

Ett EMC-problem som leder till störningssignaler i mottagaren minskar således förhållandet mellan målets signal och mottagarbruset, vilket leder till att målet måste komma närmare för att kunna detekteras. Om den störande signalen är tillräckligt stark kan mottagaren blockeras helt och inte alls detektera något. Ett exempel är när smartphones stört ut larmbågar i butiker så att stöldlarm inte löst ut när varan passerat förbi [3]. Denna teknik kan även användas avsiktligt som exempelvis när kriminella stör trådlösa billås eller sensorer i inbrottslarm genom att sända en stark störningssignal.

 

Sammanfattningsvis kan alltså sägas att trådlösa system tidigt reagerar på EMC-problem som alstrar störningssignaler i luften. Genom att vara vaksam på de mer eller mindre smygande symtom som vi beskrivit ovan kan en tidig indikation på EMC-problem fås.

 

Referenser

1. [1] Peter Stenumgaard ” Radiostörningar –ett växande hot”, Rapport nr FOI-R–3494—SE, Totalförsvarets forskningsinstitut (FOI). (Finns att hämta på www.foi.se)
2. [2] Wiklundh, K; Stenumgaard, P; Fors, K; Linder, S; Holm, P; Junholm, L,” Scenario-Based Modeling for Electromagnetic Interference Analysis”, EMC Europe 2014, International Symposium on Electromagnetic Compatibility 1-4 Sept, pp. 1269-1274, Gothenburg
3. [3] “Utslagna butikslarm oroar forskare” Sveriges Radio Nyheter P4, publicerat: måndag 7 oktober 2013. www.sr.se

 

Peter Stenumgaard, Kia Wiklundh

Totalförsvarets Forskningsinstitut (FOI)