Efter gymnasiet började jag på en tvåårig elektromekanikerutbildning, dit jag lyckades komma in efter ett inträdesprov, en bit in i terminen. Många av mina klasskamrater var radioamatörer eller hade byggt förstärkare och högtalarlådor. Det var en rätt främmande miljö för mig från början, menjag anpassade mig snabbt. Senare lyckades jag också med att bygga min egen radio och en 20 Watts stereoförstärkare, detta för att kunna lyssna på jazz (Ella och Louis).

 

Där stötte jag på mina första EMC-relaterade problem: Radion (superheterodyne) innehåller ju en oscillator. Det var svårt att få oscillatorn att svänga. Problemet med förstärkaren var det motsatta: det kom i självsvängning och det var hopplöst att bryta den. Jag byggde förstärkaren efter ett kopplingsschema,som jag hittat i en teknisk tidskrift. Jag byggde på en bakelitplatta, genom att på denna skruva fast långa ”lödlister” och socklar för förstärkarrören samt att på dessa löda enstaka komponenter (motstånd, kondensatorer) i prydliga rader. Alla ledningar prydligt ordnade i snygga buntar. Motivet var snyggt utseende, inte klassning av ledningar efter funktion. Det tog mig veckor av arbete att hitta alla osynliga komponenter (strökapacitanser och oavsiktliga loopar som orsakade återkoppling) som inte fanns med i schemat. Jag kan säga att det blev inte lika snyggt. Idag vet jag bland annat att:

Komponenterna har parasit-egenskaper

En av orsakerna att vi har störningsproblematik är att komponenterna, inklusive ledningarna, har parasitegenskaper, vilka är frekvensberoende (se figur 1). En stor del av EMC-problemen beror på komponenter, som ”inte är utritade i schemat” (som en professor uttryckte det). Vi betraktar t ex oförsiktigt ett streck i schemat som förbinder två komponenter som en och samma punkt, elektriskt. Det är inte sant på alla frekvenser! Ledningar och komponentben har en induktans på c:a 1 nH/mm. (En ledare vars längd är en 1/1000 av våglängden har en impedans på 2 Ω (5 cm ledare = 3,1 Ω vid 10 MHz). Jordplan däremot (t ex obrutet kopparlager i ett mönsterkort) har mycket låg impedans och kan ofta bedömas vara nära noll (ca 1 mΩ./kvadrat vid 10 MHz).

Vad är då högfrekvens?

Frekvenser högre än när parasitelementets impedans är ca en tiondel av komponentens nominella impedans. Exempel: en 100 m lång ledare är ett lågfrekvensfall vid 50 Hz. Samma ledning är ett högfrekvensfall vid 10 MHz.

 

Det är viktigt med ledning- och kabelseparation (se figur 2). Närheten till jordplan har skärmande effekt.

 

Närhet till jordledare, plåt eller lågimpediv maskinstruktur minskar både emission från och fältkoppling till en kabel eftersom vi erhåller minskade slingytor för gemensam-mod-strömmar (se Figur 3). Skärmningseffekten av plåt blir bättre ju mer den omsluter kabeln. Metallrör, smala kabelkanaler av metall, med eller utan lock, samt att lägga känslig kabel i hörnet av en kabelkanal är bra utförande. Lågimpediva övergångar krävs mellan metalldelar för önskad effekt.

Yrkespraktik

Andra året på utbildningen skulle vi ut på praktik. Jag placerades på ett telekommunikationstekniskt företag (BHG = typ Ericsson) med ca tio tusen anställda. Jag hamnade först på en avdelning som tillverkade 500 watts mellanvågssändare, vilka var inbyggda i flera i industrirack. Jag kommer särskilt ihåg att på vår avdelning tillverkades bland annat trimkondensatorer som var meterhöga. Produkterna gick mestadels till Sovjet. De sovjetiska kvalitetskontrollanterna kollade produkterna innan leverans: ”alla sovjetiska kullager skulle bytas till SKF.”

 

Sändarna var mycket eftersökta och användes som störningssändare, för att förhindra att folk skall kunna lyssna på ”västlig propaganda” såsom till exempel Radio Free Europe. Senare sökte jag mig till en annan avdelning, som jag fann ytterst avancerad och intressant: företagets instrumentavdelning. Där jobbade ett 10- tal personer med att reparera, underhålla, serva och kalibrera företagets avancerade mätinstrumentpark. Jag minns mitt fösta besök i lokalen. Jag fascinerades av att varje arbetsbänk lystes upp av det grönskimrande ljuset från oscilloskop, som visade mystiska kurvor på sina skärmar. Senare har jag lärt mig hur kan man mäta och ställa in exakt frekvens genom att jämföra med en annan känd frekvens med hjälp av att använda oscilloskopet i XY-mode och studera Lissajousfigurer.

 

Företaget hade en blandad instrumentpark, allt från de bästa från väst, som t ex. Rhode & Schwartz, Brüel & Kjær och Siemens, till Sovjettillverkade. Vad jag lade märke till på den tiden var hur stora skillnaderna i tekniskt kunnande och utförande det var mellan de olika produkterna. Vi hade sk.10 MHz:s oscilloskop, både ryska och tyska; specifikationen för modell Rhode & Schwartz var: frekvensgång upp till 3 MHz 1%, 3-10 MHz 3%, högre upp ospecificerad. Motsvarande specifikation för den ryska modellen, som hade ett robust och tåligt yttre, var 10 % under 1 MHz, 70 % upptill 3 MHz mellan 3-10 MHz var frekvensgången ospecificerad. Men i gengäld så tålde det ryska ”skopet” tuffare hantering. Det kunde man, som vi sa ”slänga i backen”, den gick inte så lätt sönder och behöll sina (bristfälliga) prestanda.

 

Manöverknapparna var grova och med utformning som tillät vantar på. Rhode & Schwartz var däremot en fröjd för ögat på alla sätt: fina släta manöverrattar, vacker ljusblå färg, behaglig finish och format. Snyggare bild, bättre fokus, högre ljusstyrka, mm. En gång fick vi en leverans av ryska instrument, högfrekvensvoltmetrar, om jag minns rätt. Efter inköpskontroll bestämdes, att hela partiet var oanvändbart och kördes iväg till slutförvaring. De hade serienummer 1 och uppåt. Att returnera eller reklamera dom fanns inte på kartan! Jag fick i uppgift att serva en Rhode & Schwartz 10 MHz:s frekvensgenerator. Av någon anledning fick jag öppna själva oscillatorn. Denna var inhyst i ett tjockt metallhus, som var täckt med en lock av tjock metallplåt, som var ytterst jämn, slät och ”odeformerbar”. Alla ytor var försilvrade. Locket var fastsatt med många skruvar som satt tät. När jag skulle återmontera locket slogs jag av frågan varför så många skruvar? Var inte de onödigt många?

Idag vet jag

Det krävs släta, välanpassade, överlappande ytor eller ledande packningar för att förhindra läckage genom skärmen på höga frekvenser. Ju högre frekvens, desto kortare öppningar! (Se Figur 4 och 5.) Se även följande avsnitt i EMC-litteraturen: Öppningar ock spalter i skärm, Överlappande ytor och vågledardämpning, Ytbehandling, Ytledningsförmåga. EMC packningar.

Ett jordplan i ett kretskort eller en monteringsplåt i ett elskåp kan agera som en generaliserad skärm. Dessa har kopplingsreducerande egenskaper. Alla åtgärder som reducerar koppling sorterar under begreppet generaliserad skärm. Figur 6 illustrerar begreppet generaliserad skärm. Den kan föreställa ett kretskort med monterade komponenter eller ett apparatskåp med monterade apparater eller ett datorrum med elektriskt sammankopplade skåp med digital utrustning.

I närheten av jordplanet (plåten) råder en annan elmiljö än en bit därifrån; zongränsen bestäms av avståndsdämpning av fält samt är inte lättbestämd och därmed osäkert. Det är bra om konstruktören ändå är medveten av denna zongräns och ser till att den inte överträds. Ofta får praktiska begränsningar bestämma denna ”osynliga” gräns; man gör volymen, dvs avståndet, så stor som möjligt. Praktiska försök får ofta avgöra om avståndet mellan t ex olika apparater, kablar eller kretskort är tillräckligt.

• Kretskort: se till att andra kort eller kablar inte kommer alltför nära och punkterar denna zongräns, dvs medför störning.
• Datorrum: se till att belysning och dess kablage hålls på behörigt avstånd från apparaterna och signalkablarna. Inga hängande armaturer, till exempel.

 

Miklos Steiner

redaktion@electronic.se