Come la compatibilità elettromagnetica migliora la sicurezza.

La coesistenza senza interferenze di numerosi prodotti elettrici e radio non può essere data per scontata. Solo misure mirate sulla compatibilità elettromagnetica (EMC) possono garantire che gli stimolatori cardiaci non subiscano interruzioni nel loro funzionamento e che gli aerei portino i passeggeri a destinazione in sicurezza.

A tutta forza elettromagnetica

Il più grande incidente dovuto a incompatibilità elettromagnetica che si conosca avrebbe potuto causare un disastro globale, ma non ha avuto gravi conseguenze perché i dispositivi elettrici che avrebbero potuto essere colpiti semplicemente non esistevano. La risposta dei sistemi telegrafici dell'epoca, tuttavia, fu un avvertimento di quanto potenti possano risultare i fenomeni elettromagnetici quando sono coinvolte elevate intensità di campo. I pali del telegrafo emettevano scintille all'impazzata, gli operatori scioccati abbandonavano le loro attrezzature, i nastri del telegrafo prendevano fuoco e venivano ricevuti strani messaggi che nessuno aveva inviato. Le aurore, normalmente visibili solo alle alte latitudini, potevano essere ammirate fino alla regione equatoriale. Oggi, gli esperti sono convinti che una tempesta magnetica solare dell'intensità di quella del 1859 avrebbe un impatto catastrofico sulle nostre infrastrutture high-tech. Statisticamente parlando, ci si può attendere una tempesta del genere solo ogni 500 anni circa. Al contrario della protezione da fenomeni naturali, quella dei dispositivi elettrici dalle interferenze di altre apparecchiature è stata una pratica comune per molto tempo. Vista l'onnipresenza delle nostre reti wireless di oggi, questo aspetto sarà ancora più importante in futuro.

Un problema diventa percepibile all'orecchio umano

Prima che la radiopropagazione fosse scoperta intorno al 1900 e rapidamente sfruttata per le comunicazioni, non esisteva alcun sistema sensoriale che potesse rendere percepibile all'uomo la gamma di frequenze più basse dello spettro elettromagnetico. Di conseguenza, per molto tempo la gente non aveva idea della quantità di elettrosmog generato dai dispositivi elettrici, soprattutto dai motori, e ciò non ha dato fastidio a nessuno per diversi decenni. Il problema è diventato evidente solo con l'avvento delle trasmissioni radiofoniche negli anni '20 e il continuo "monitoraggio" di una parte (all'inizio solo piccola) della banda delle frequenze radio. Il forte rumore disturbava il piacere dell'ascolto, anche se all'epoca modesto, ed evidenziava chiaramente che per tutti era disponibile un solo spettro elettromagnetico, e che esso andava trattato con cura.

Le onde elettromagnetiche non rispettano i confini nazionali

Era, quindi, ovvio e lungimirante mettere la formulazione di raccomandazioni tecniche di protezione nelle mani di un organismo internazionale. Il "Comité international spécial des perturbations radioélectriques" (Comitato internazionale speciale per le interferenze radio) istituito nel 1934, comunemente noto come CISPR e operante sotto l'egida della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), è, ancora oggi, un'istituzione autorevole per la pubblicazione di norme sulla compatibilità elettromagnetica. Il suo lavoro viene integrato da quello di altri comitati e commissioni, come CENELEC, ETSI, FCC e ANSI, i quali assicurano che i prodotti contenenti componenti elettrici vengano commercializzati solo previa approvazione normativa. Tutti gli attori del mercato e gli organismi nazionali designati delegano dei rappresentanti ai comitati di queste organizzazioni di servizio pubblico senza scopo di lucro, le cui raccomandazioni hanno forza di legge mediante risoluzioni statutarie. Come produttore leader di strumenti di misura e collaudo, Rohde & Schwarz partecipa anche al processo di standardizzazione, poiché anche le migliori regole sono inutili se non è possibile verificarne la conformità con misure a costi ragionevoli.

Nell'UE, il marchio CE su un prodotto indica che questo è conforme ai requisiti di tutti gli standard pertinenti, compresi quelli per la compatibilità elettromagnetica. L'etichetta di conformità FCC ha la stessa finalità negli USA. Tuttavia, a causa del gran numero di prodotti e dei costi associati, l'approvazione formale di ogni prodotto non è pratica; pertanto, questa responsabilità è a carico dei produttori. Spetta a loro garantire che i prodotti da essi commercializzati siano conformi alle norme. I trasgressori che vengono scoperti sono soggetti a severe sanzioni, o quanto meno al divieto di vendita del prodotto contestato. A volte, anche i prodotti costosi entrano in conflitto con i tester. Alcuni anni fa, ad esempio, destò grande attenzione mediatica un test di una bicicletta elettrica eseguito dalla nota organizzazione di consumatori tedesca Stiftung Warentest, nel corso del quale alcuni esemplari delle due ruote si erano rivelati fonti di interferenza. Anche ora, le caratteristiche EMC di molti prodotti lasciano a desiderare. Uno studio dell'Agenzia Federale Tedesca per le Reti del 2019 ha rilevato che il 21,5% degli articoli presi in esame non era conforme ai regolamenti.

Da fastidioso a pericoloso

Lo scopo degli standard EMC è garantire che un prodotto che non dovrebbe emettere segnali di disturbo, come un motore o un forno a microonde, sia conforme a questo requisito, o che un prodotto approvato per il funzionamento radio o di trasmissione, come un dispositivo WLAN, sia conforme ai requisiti dello standard applicato e non interrompa o disturbi altri servizi wireless. Inoltre, tutti i prodotti devono essere immuni da interferenze elettromagnetiche esterne nell'ambito dei limiti prescritti. Il mancato rispetto di queste condizioni può avere conseguenze che vanno dal semplice fastidio a incidenti gravi.

Per esempio, lo schianto di un aereo Tornado tedesco fu chiaramente dovuto alla risposta dell'avionica di bordo al forte segnale radio di un trasmettitore a onde corte che l'aereo stava sorvolando a bassa quota. Come conseguenza, il produttore del velivolo fu costretto ad apportare modifiche al progetto. Dal Giappone, la stampa ha riferito di robot industriali che hanno iniziato a muoversi in presenza di persone, presumibilmente sotto l'influenza di emissioni irradiate dalla fabbrica, che si sostiene abbiano causato diverse vittime. Tra i molti incidenti solo teoricamente di minore entità figurano la ricezione, nella cabina di pilotaggio di un aereo, dell'audio di un bambino che piange trasmesso da un baby phone non omologato, porte di garage inceppate a causa di radio militari o autisti bloccati fuori dai loro veicoli perché il loro telecomando aveva improvvisamente smesso di funzionare essendo il segnale stato sommerso da interferenze elettromagnetiche sulla stessa frequenza.

Veicoli come pietre di paragone

Un telecomando bloccato che impedisce l'accesso a un veicolo è fastidioso, ma solitamente non pericoloso. Tuttavia, le auto moderne sono piene di componenti elettrici ed elettronici con un numero crescente di funzioni legate alla sicurezza. La compatibilità elettromagnetica di tutti i sistemi di bordo è essenziale, perché solo i veicoli sicuri possono essere omologati. Diverse norme EMC specifiche per il settore automobilistico, riguardanti ad esempio l'immunità dai disturbi associati al cablaggio, mirano a garantire proprio questo requisito. Regolamenti addizionali sono applicati ai dispositivi radio, che vengono installati nei veicoli in numero crescente. Insieme alla compatibilità elettromagnetica classica, sta diventando sempre più importante, non solo nei veicoli, la coesistenza pacifica di una grande varietà di servizi di radiocomunicazione. Le comunicazioni mobili e le tecnologie di comunicazione senza fili a corto raggio, come Wi-Fi e Bluetooth®, insieme a GPS, radio e funzioni di controllo remoto e radar nel caso dei veicoli, sono spesso integrate nello stesso prodotto e devono poter funzionare insieme senza causare interferenze reciproche. In caso di implementazione impropria della tecnologia wireless, i segnali utili possono facilmente diventare segnali di interferenza. I fornitori e i produttori di veicoli prendono la questione molto sul serio, se non altro per motivi di responsabilità, gestendo in prima persona sofisticate strutture di prova.

Vite e arti in gioco

Le questioni legate alla compatibilità elettromagnetica hanno conseguenze particolarmente gravi nel settore medico, dove la vita e la salute dipendono dal funzionamento affidabile delle attrezzature o, ad esempio, degli impianti dentali. Sono noti numerosi casi in cui le prime generazioni di stimolatori cardiaci, in un'epoca in cui la presenza di segnali radio non andava considerata in modo così dettagliato come oggi, erano sensibili alle interferenze esterne e talvolta saltavano anche un battito. La Nintendo, ad esempio, nelle istruzioni di sicurezza della sua consolle DS indicava esplicitamente che il dispositivo, quando la funzione wireless era abilitata, doveva essere tenuto ad almeno 25 cm di distanza da persone con pacemaker. Raccomandazioni analoghe esistevano (ed esistono ancora) per i telefoni cellulari. Sebbene gli impianti di oggi siano considerati immuni in tal senso, soprattutto ora che i produttori sono consapevoli di questa tipologia di rischi, è necessaria un'attenzione notevole allo sviluppo di un prodotto. Non a caso, negli Stati Uniti, la Food and Drug Administration si riserva il diritto di approvare i dispositivi medici che hanno anche interfacce wireless, ambito di cui è normalmente responsabile la Federal Communications Commission (FCC). I produttori di dispositivi medici devono dimostrare in dettaglio come essi contrastano i potenziali pericoli e quali metodi di test sono stati utilizzati per dimostrare la compatibilità elettromagnetica. Se per un dispositivo innovativo non esistono ancora i relativi standard, il produttore deve assicurare in maniera proattiva che il dispositivo funzioni senza interferenze nell'ambito di applicazione previsto e, se necessario, deve sviluppare metodi di test adeguati. Per esempio, gli specialisti EMC di Rohde & Schwarz collaborano attualmente con un laboratorio di prova nella messa a punto di una procedura di test per la prossima generazione di monitor paziente di un grande produttore di attrezzature mediche.

Gli ospedali, e in particolare i reparti di terapia intensiva, devono poter contare sull'immunità dalle interferenze delle apparecchiature utilizzate per la cura e il monitoraggio dei pazienti. Per ragioni di sicurezza, è ancora pratica comune proibire i dispositivi di comunicazione mobile almeno nelle sale operatorie. Inoltre, sempre più dispositivi medici emettono anche segnali radio, dal momento che le connessioni cablate per la trasmissione dei dati vengono sostituite da collegamenti senza fili, come ad esempio il Bluetooth®. La medicina a distanza fa sempre più affidamento sulle reti mobili 5G a bassa latenza per applicazioni in tempo reale. Le soluzioni di test integrate, come quelle sviluppate da Rohde & Schwarz, si concentrano non solo sulla compatibilità elettromagnetica e la capacità di coesistenza dei dispositivi in prova, ma anche sui loro parametri funzionali (prestazioni radio e trasmissione dati). Questo approccio accelera e riduce i costi dei test di una tecnologia sempre più complessa.

Proteggere il nostro stile di vita digitale

Dall'inizio del secolo, il numero di prodotti radio è letteralmente esploso e oggi supera di gran lunga il numero di persone sul pianeta. I servizi intelligenti wireless e basati su cloud stanno penetrando in tutti i settori della nostra vita. La rete domestica wireless è ormai una realtà comune, e i veicoli collegati in rete con il loro ambiente lo diventeranno nel prossimo futuro. Per ottenere tutti questi risultati, è necessario utilizzare le risorse delle frequenze, di per sé limitate, in maniera restrittiva. Gli standard definiscono i confini entro i quali la tecnologia può operare, ma dimostrare che tutto è regolare, o meno, è possibile solo con attrezzature di misura e collaudo speciali.