Sin interferencias, por favor. Cómo las mediciones de compatibilidad electromagnética (EMC) mejoran la seguridad.

Sin interferencias, por favor

La coexistencia sin interferencias de numerosos productos de radiocomunicaciones y eléctricos no puede darse por hecha. Solamente las mediciones específicas de compatibilidad electromagnética (EMC) pueden asegurar que los marcapasos no se interrumpan y que las aeronaves transporten de manera segura a los pasajeros a sus destinos.

Con toda la intensidad electromagnética

El mayor incidente de EMC conocido pudo haber causado un desastre global, pero pasó sin graves consecuencias ya que los dispositivos eléctricos que pudieron ser afectados simplemente no existían. La respuesta de los sistemas telegráficos en ese momento fue una advertencia de la magnitud de los fenómenos electromagnéticos, cuando están involucradas intensidades de campo altas. Los postes telegráficos arrojaban chispas, los operadores de telégrafos, conmocionados, se alejaron de sus equipos, las cintas del teletipo se encendieron y se emitieron mensajes extraños que nadie había enviado. Auroras boreales, las cuáles normalmente solo son visibles en altas latitudes, pudieron ser vistas hasta en la región ecuatorial. Los expertos están convencidos de que si hoy ocurriera una tormenta solar magnética, tan fuerte como la que ocurrió en 1859, tendría un impacto catastrófico en nuestra infraestructura de alta tecnología. De manera estadística, una tormenta de ese tipo puede esperarse cada 500 años. A diferencia de la protección contra los desastres naturales, la protección de los dispositivos eléctricos ante las interferencias de otros equipos ha sido una práctica común durante mucho tiempo. Dado que las redes inalámbricas están presentes prácticamente en todo lugar, esto será aún más importante en el futuro.

Inicio de la era de la radiocomunicación
1920+
Fundación de CISPR
1934
Primer receptor para ensayos de Rohde & Schwarz
1937

Un problema que se vuelve audible

Antes de que la propagación de ondas radioeléctricas fuera descubierta alrededor de 1900 y explotada rápidamente para las comunicaciones, no había ningún sistema sensorial que pudiera hacer perceptible humanamente la gama de frecuencias más baja del espectro electromagnético. Como resultado y por mucho tiempo, la gente no tenía idea de la cantidad de contaminación eléctrica que generaban los dispositivos, en especial los motores, y esto no molestó a nadie por varias décadas. Recién con la llegada de la radio en la década de 1920 y el continuo «monitoreo» de parte de la banda de RF (al principio solo una pequeña parte), el problema se hizo evidente. Un ruido fuerte perturbó el modesto placer de escuchar y mostró de manera clara que había solo un espectro electromagnético para todos, el cual tenía que manejarse cuidadosamente.

radio_broadcasting

Recién con la llegada de la radio en la década de 1920 y el continuo «monitoreo» de parte de la banda de RF (al principio solo una pequeña parte), el problema se hizo evidente.

Las ondas electromagnéticas no respetan las fronteras nacionales

Por lo tanto, fue obvio y previsor, poner en manos de un organismo internacional la formulación de las recomendaciones técnicas de protección. El Comité Especial Internacional de Perturbaciones Radioeléctricas (CISPR), fundado en 1934 y que cuenta con el patrocinio de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), es aún la institución autorizada para publicar los estándares para la compatibilidad electromagnética (EMC). Otros comités y comisiones, tales como CENELEC, ETSI, FCC y ANSI, complementan el trabajo de CISPR y garantizan que los productos que contienen componentes eléctricos no sean comercializados sin la aprobación reguladora. Todos los actores del mercado y los organismos nacionales encargados envían representantes a los comités de estas organizaciones sin fines de lucro, cuyas recomendaciones adquieren un carácter legal mediante resoluciones parlamentarias. Como un fabricante líder de equipos de prueba y medición, Rohde & Schwarz también participa en la estandarización, puesto que incluso las mejores reglas son inútiles, si la conformidad no puede verificarse mediante mediciones a un costo razonable.

En la UE, la marca CE en un producto indica que cumple con las disposiciones de todos los estándares relevantes, entre los que figuran los estándares para EMC. La etiqueta de conformidad con FCC sirve para el mismo propósito en los EE. UU. No obstante, la aprobación formal de cada producto no es practicable dado el gran número de productos y los costos asociados, por lo tanto, esta responsabilidad recae en los fabricantes. Ellos deben garantizar que sus productos cumplan con los estándares. Los infractores que sean atrapados incumpliendo los mismos serán sancionados severamente o se les prohibirá vender su productos. Incluso, a veces los productos de alto precio entran en conflicto con los probadores. Por ejemplo, una prueba de bicicletas eléctricas realizada por Stiftung Warentest (una conocida organización de consumidores alemana) hace unos pocos años generó mucha atención mediática porque algunas bicicletas resultaron ser fuente de interferencias. Incluso ahora, las propiedades de EMC de muchos productos dejan mucho que desear. Un estudio realizado por la Agencia Federal de Redes de Alemania en el 2019 descubrió que el 21.5 % de los productos investigados no cumplían con el reglamento.

EMC_

Existen estándares de EMC específicos para cada grupo de productos, incluso para monitores. La imagen muestra un receptor que se utiliza para medir interferencias conducidas, es decir, las señales interferentes que un dispositivo emite a través de las líneas de energía eléctrica.

EMC_

Las mediciones de EMC se realizan en cámaras con apantallamiento electromagnético, lo que asegura que solo se midan las emisiones provenientes del DUT. También previenen la fuga de perturbaciones que se imponen al DUT en los ensayos de inmunidad. Al igual que una cámara anecoica, las paredes interiores, el techo y el piso se revisten con un material absorbente que convierte la energía electromagnética perdida en calor para proporcionar un entorno electromagnético «pacífico».

EMC_

Los electrodomésticos también deben probarse. Aquí la lavadora se sitúa sobre una mesa giratoria para permitir las mediciones dependientes de los ángulos.

EMC_

Vehículos, aeronaves y helicópteros se exponen a campos electromagnéticos de gran intensidad para probar su inmunidad a dichos campos. Para esto deben colocarse completamente en cámaras de ensayo de tamaño adecuado.

EMC_

Cuando antes se tomen en cuenta los aspectos de EMC en el desarrollo del producto, menor serán sus costos de implementación. Las emisiones no deseadas provenientes de un circuito pueden identificarse y localizarse con el uso de sondas de campo.

De molesto a peligroso

El propósito de los estándares de EMC es garantizar que un producto, como un motor o un microondas, no emita señales interferentes ni deje de cumplir con este requerimiento; o que un producto aprobado para emitir señales de radio o broadcast, como los dispositivos de WLAN, cumpla también con los requerimientos del estándar aplicado y no interrumpa ni perturbe otros servicios inalámbricos. Además, todos los productos deben ser inmunes a interferencias electromagnéticas externas dentro del alcance de los límites prescritos. El incumplimiento de estas condiciones puede provocar desde una simple molestia hasta graves incidentes.

Por ejemplo, la colisión de un avión Tornado alemán se debió claramente a la respuesta de la aviónica de a bordo a las señales radioeléctricas de un transmisor de onda corta que el avión sobrevoló a baja altura. Como resultado, el fabricante de la aeronave se vio obligado a realizar cambios de diseño. Desde Japón la prensa reportó sobre robots industriales que empezaron a moverse en presencia de la gente, supuestamente bajo la influencia de interferencias electromagnéticas emitidas por la fábrica, lo que habría provocado varias muertes. Entre los muchos incidentes relativamente menores, se incluyen la recepción del sonido del llanto de un bebé en la cabina de pilotaje de una aeronave provocado por un equipo monitor de bebés no aprobado. También, puertas de garaje atascadas por interferencias generadas por un radio militar, además de conductores que no podían entrar a sus vehículos porque su sistema de acceso remoto sin llave de repente dejó de funcionar debido a que su señal fue sobrepuesta por interferencias electromagnéticas en la misma frecuencia.

Automóviles: la piedra angular

Un sistema de acceso sin llave bloqueado molesta, pero normalmente no es peligroso. Sin embargo, los automóviles modernos están repletos de componentes eléctricos y electrónicos con cada vez más funciones relacionadas con la seguridad. La compatibilidad electromagnética de todos los sistemas de a bordo es esencial porque solamente pueden homologarse vehículos seguros. Varios estándares de EMC específicamente para el sector automovilístico, por ejemplo, para la inmunidad del cableado ante perturbaciones, tienen como objetivo asegurarla. Normas adicionales se aplican a los productos radioeléctricos, que se instalan cada vez más en vehículos. La pacífica coexistencia de la clásica EMC con una amplia variedad de servicios de radiocomunicación está volviéndose cada vez más importante, no solo en los vehículos. Las tecnologías de comunicaciones celulares y de corto alcance, como Wi-Fi y Bluetooth®, además de las funciones de GPS, radio y control remoto, así como radares en el caso de vehículos, a menudo se integran en el mismo producto y deben trabajar juntas sin interferirse mutuamente. Si no se implementa de manera correcta la tecnología inalámbrica, las señales deseadas pueden fácilmente convertirse en señales interferentes. Los proveedores y fabricantes de vehículos se toman este problema muy en serio, aunque solo sea por razones de responsabilidad, y operan instalaciones de prueba sofisticadas.

EMC Story
Las cámaras de ensayos de EMC están entre las instalaciones de prueba más impresionantes en cualquier lugar del mundo. En las más grandes cabe una aeronave completa.

Lo que cuenta es la vida

Los problemas de EMC tienen consecuencias especialmente graves en el sector médico, donde la vida y la salud dependen del funcionamiento confiable del equipo o de los implantes. Las primeras generaciones de marcapasos, cuando la presencia de señales radioeléctricas no tenía que ser considerada con tanto detalle, eran sensibles a las interferencias externas y a veces se saltaban un latido. Nintendo, por ejemplo, remarcó de manera explícita en las instrucciones de seguridad de su consola de juegos DS que ésta debía mantenerse a una distancia mínima de 25 cm de personas con marcapasos cuando la función inalámbrica estuviera activada. Existían (y aún existen) recomendaciones similares para los teléfonos celulares. Aunque los implantes de hoy en día se consideran inmunes a estos aspectos, especialmente ahora que los fabricantes son más conscientes de los peligros, es necesario una considerable precaución en el desarrollo del producto. Existe una buena razón por la cual la Administración de Medicamentos y Alimentos de los EE. UU. se reservó el derecho de aprobar los dispositivos médicos que también tengan interfaces inalámbricas, de lo cual la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) normalmente es responsable. Los fabricantes de dispositivos médicos deben demostrar de manera detallada, cómo contrarrestan los posibles peligros de la compatibilidad electromagnética (EMC) y qué métodos de ensayo han usado para probarla. Si aún no existiera ningún estándar para un dispositivo innovador, el fabricante debe garantizar de manera proactiva que el dispositivo funciona sin interferencias en el campo de aplicación deseado y, si es necesario, debe desarrollar métodos de ensayos adecuados. Por ejemplo, los especialistas en EMC de Rohde & Schwarz trabajan actualmente junto con un laboratorio de ensayos en un procedimiento para probar la próxima generación de monitores de pacientes de un gran fabricante de equipos médicos.

Los hospitales, y en especial las unidades de cuidados intensivos (UCI), deben ser capaces de confiar en la inmunidad a las interferencias de los equipos utilizados para el cuidado y monitoreo de los pacientes. Por razones de seguridad, es aún una práctica común prohibir los dispositivos de comunicación celular en general, al menos en los quirófanos. Cada vez más dispositivos médicos emiten señales radioeléctricas, ya que las conexiones alámbricas para la transmisión de datos están siendo reemplazas por enlaces inalámbricos, como Bluetooth®. La medicina remota está apostando cada vez más por las redes celulares 5G de baja latencia para aplicaciones en tiempo real. Las soluciones de ensayo integradas, como las desarrolladas por Rohde & Schwarz, se centran no solo en la EMC y la capacidad de coexistencia de los DUT, sino también en sus parámetros funcionales (rendimiento de los sistemas radioeléctricos y de datos). Esto acelera la prueba de tecnologías cada vez más complejas, además de reducir su costo.

Protegiendo nuestro estilo de vida digital

El número de productos de radiocomunicación se ha disparado con el cambio de siglo y supera con creces el número de personas en el planeta. Servicios inalámbricos inteligentes basados en la nube están penetrando en todas las áreas de nuestras vidas. Las redes inalámbricas en el hogar son la cultura dominante, y los vehículos interconectados con su entorno serán una realidad en un futuro probable. Todos estos logros requieren de un uso restrictivo de los recursos de frecuencia limitados. Los estándares definen los límites dentro de los cuales la tecnología puede operar, pero demostrar si todo está bien, o no, solo es posible con equipos de prueba y medición especiales.

Un buen inicio

En 1937, cuatro años después que fuera fundada la compañía, Rohde & Schwarz ya presentó su primer medidor de intensidad de campo de RF, probablemente uno de los primeros de la historia. Esto permitió a los fabricantes medir las emisiones de sus dispositivos en bandas de RF, las cuales estaban plagadas de interferencias y a tomar contramedidas específicas. La compañía se ha mantenido fiel a este grupo de productos y ha acompañado el avance tecnológico a través de décadas con un flujo constante de nuevas generaciones de equipos. Además, la gama de equipos de prueba y medición para EMC ha venido aumentando de manera continua. Hoy, incluye todo lo que la industria y los organismos de evaluación necesitan para la medición de la compatibilidad electromagnética, desde antenas hasta sistemas de prueba llave en mano. El continuo auge de los servicios de radiocomunicación hace que los equipos de prueba y medición de EMC sean más valiosos que nunca.