*** Deze pagina is nog in bewerking. Laatste update: 18 maart 2012. ***
*** Scroll naar beneden om de pagina verder te lezen.***

Actueel: EMC normen geven geen garantie op een ongestoorde radio ontvangst !!!

EMC staat voor Elektro Magnetische Compatibiliteit. De EMC Richtlijn houdt in dat apparaten elkaar niet mogen storen.

Het gebod luidt:"Gij zult niet storen of gestoord worden."

Wat is er tegenwoordig aan de hand in vele huishoudens?

Er zijn vele Switched Mode Power Supplies (SMPS, Switched Mode voedingen) die in hun omgeving veel storing veroorzaken in de radio ontvangst, met name in de lage hoogfrequentbanden, in het gebied van 150 kHz - 30 MHz.

De middengolf, welke in gebruik is voor AM radio, is een onderdeel van deze hoogfrequentbanden.

Normaal behoren AM signalen welke met 60 dBuV/meter binnenkomen storingsvrij te kunnen worden ontvangen. Dit is de zogenaamde elektrische component van het veld (het E-veld). Gebruikelijke middengolfradio's bevatten echter een ferrietantenne of raamantenne die reageert op de magnetische component van het veld (het H-veld).

De luisteraar bevindt zich praktisch altijd in het verre veld van de zender. Hiervoor geldt bij benadering dat de verhouding tussen het E-veld en het H-veld gelijk is aan 120 π = 377 Ω. Het H-veld van een dergelijk signaal is dan ongeveer 3 μA/meter.

Voor het magnetisch veld rondom een lange rechte stroomdraad waardoor een stroom I loopt geldt de regel: H = I / 2 π r, waarbij r de afstand is tot de stroomdraad. De EMC normen staan toe dat over 9 kHz bandbreedte een stoorstroom loopt van 20 μA. Op 1 meter afstand levert dit een stoorveld op van eveneens 3 uA/meter !!!

De storing is dus even sterk als het gewenste signaal ! Het resultaat is dat de SMPS in staat is de gewenste zender op de radio geheel weg te drukken !

Deze norm is dus veel te ruim; Als een onwetende consument een dergelijke Switched Mode voeding koopt en in gebruik neemt, is het mogelijk dat de radio ontvangst in het gehele huis en ver daarbuiten zwaar wordt gestoord.


Technische onderbouwing:

Zie onderstaande figuur:

                                   

Het device is een Switched Mode voeding, die aan de uitgang is aangesloten op een belasting (RL) en aan een externe aarde. Deze situatie komt vaak voor bij Switched Mode voedingen die bijvoorbeeld in combinatie met een router worden gebruikt. Ook Switched Mode voedingen in DVD spelers kunnen via de op de DVD speler aangesloten randapparatuur (TV) op een externe aarde (bijvoorbeeld van het kabeltelevisienet) zijn aangesloten.

Is de stroom I3 = 0, dan is I1 = - I2, en is er uitsluitend sprake sprake van een Differential Mode stoorstroom.
Is de stroom I3 = - 2 * I1, dan is I1 = I2 en is er uitsluitend sprake van een Common Mode stoorstroom.

De Differential Mode stroom geeft weinig storing; de magnetische component van het veld wordt grotendeels onderdrukt, omdat de beide draden van het netsnoer dicht bij elkaar liggen (dit is echter anders op de plaatsen waar de L en de N leiding van elkaar zijn gescheiden, bijvoorbeeld bij de bedrading van schakelaars naar lichtpunten in het huis).

De Common Mode stroom geeft een veel groter storingsprobleem. Om een storingsvrije radio ontvangst in huis te kunnen garanderen, moet de norm van 20 μA per spectraalcomponent tenminste enkele tientallen dB's worden verlaagd !!!


Meetopstelling voor de Common Mode stroom bij een pre-compliance test.

Maak eerst een stroomtransformator volgens de onderstaande tekening.

                                    

De kern is een ferriet ringkern met een voldoende hoge permeabiliteit in het frequentiegebied van 150 kHz - 30 MHz. De zelfinductie van de secundaire wikkeling is tenminste gelijk aan 80 μH.

Maak nu het volgende schema: (Vervang R2 door een weerstand met de nominale waarde voor de belasting).


                                     

Op de RF uitgang wordt nu een communicatieontvanger of een spectrum analyzer aangesloten.
Met deze opstelling kun je de Common Mode stoorstroom meten. Het onderstaande schema is gebruikt voor simulatie van de meetmethode. C3 (100 pF) simuleert de bedradingscapaciteit naar de meetontvanger.
R1 is een afsluitweerstand. V2 simuleert de stoorbron. Berekend is de open klemspanning (EMK) van het RF uitgangssignaal.

                                   

Dit is het resultaat van de simulatie:

                                   

Conclusie:

1. De EMC normen geven op zichzelf geen garantie op een ongestoorde radio ontvangst
    op de AM banden met gebruikelijke apparatuur (radio met een ferrietantenne).
2. De pre-compliance test voor Common Mode stoorstromen is met eenvoudige middelen
    uit te voeren.
3. Het is voor een goede gegarandeerde dekking van middengolf omroepzenders bij binnenshuis ontvangst
    noodzakelijk dat de EMC normen voor de Common Mode stromen in netleidingen met enkele tientallen dB's
    worden verzwaard.

Link naar de persoonlijke pagina's van de auteur: www.mate.nl/wvogel .

*********

APPENDIX

Hoeveel energie zit er eigenlijk in een elektromagnetisch veld?

De energiedichtheid in een EM veld in de vrije ruimte volgt uit:

w = ½ ε0 E2 + ½ μ0 H2  (Joule per m3).

μ0 = 4 π . 10-7 H/m (dit is de magnetische permeabiliteit in vacuum).
ε0 = 8,85 . 10-12 F/m (dit is de elektrische permittiviteit in vacuum).
(μ0/ε0)0,5 = 377 Ω (dit is de impedantie van het verre EM veld).
c = (μ0 . ε0)-0,5 = 3 . 108 m/s (dit is de lichtsnelheid).

Keren we nu terug naar het voorbeeld van de AM zender op de middengolf.

Voor een E-veld van 1 mV/m in de vrije ruimte in combinatie met een H-veld van 3 μA/m is de energiedichtheid ongeveer gelijk aan w = 10 . 10-18 J/m3.

Het vermogen per eenheid van oppervlakte is gelijk aan E . H = ongeveer 3 nW/m2.

Delen we dit getal door de lichtsnelheid (3 . 108 m/s), dan vinden we weer de eerder gevonden energiedichtheid terug!

Over 9 kHz bandbreedte van de AM ontvanger vinden we een natuurlijke thermische ruisvloer van

kTB = 1,38 . 10-23 . 300 . 9000 = ongeveer 37 . 10-18 Watt.

In de praktijk zal de totale ruisvloer in de ontvanger ongeveer 10 x hoger liggen; wij vinden dan ongeveer 0,4 . 10-15 Watt (= - 124 dBm) = 0,4 fW.

Meer informatie over ontvangers vind je hier .

Nemen wij nu als voorbeeld een magnetisch gevoelige AM antenne met een effectieve oppervlakte van 50 cm2 en een rendement van 25%. Neem aan dat de energie gelijk verdeeld is over het E-veld en het H-veld; dit gaat op als E/H = 377 Ω.

Het ontvangen signaalvermogen wordt dan 0,25 . 50 . 10-4 . 0,5 . 3 . 10-9 Watt = ongeveer 19 . 10-13 Watt = ongeveer 2 pW ( = - 87 dBm).

Dit is een signaalspanning van ongeveer 10 μV over 50 Ω. (De meeste antieke middengolfradio's hebben een hoogohmige antenneaansluiting; is deze bijvoorbeeld 5 kΩ, dan is de signaalspanning 100 μV.).

We vinden dan een hoogfrequent signaal/ruisverhouding (carrier to noise ratio) van 124 - 87 = 37 dB, wat betekent dat de AM zender met een goede kwaliteit is te ontvangen!

Het signaalvermogen (P) is dan 5000 x zo groot als het vermogen van de ruis (N).

De heer Shannon heeft in het verleden een formule gevonden voor het berekenen van de kanaalcapaciteit bij de meest efficiente vorm van informatieoverdracht:

C = B log2 (1 + P/N) bits per seconde = ongeveer B log2 (P/N) bits/s.

Link naar de wet van Shannon - Hartley: klik hier.

In dit rekenvoorbeeld vinden we: C = 9000 . log2 (5000) = 9000 . 12,3 = ongeveer 110 kbits/s.

Dit is ongeveer MP3 kwaliteit !

Opmerking: Dit is het maximum dat voor deze situatie en kanaalbandbreedte haalbaar is: Bij maximale efficiency van de informatieoverdracht is er geen draaggolf (die wel energie kost, maar geen wezenlijke informatie naar de ontvanger brengt). Overigens zijn met spread spectrum communicatie technieken de bandbreedte en de audiokwaliteit wel verder te optimaliseren voor de meest efficiente signaaloverdracht (ervan uitgaande dat het ruisvermogen evenredig is met de bandbreedte) ! De nieuwe communicatiemethode DRM (Digital Radio Mondiale) voor de oorspronkelijke AM banden geeft een betere efficiency en een betere audiokwaliteit ten opzichte van de oorspronkelijk toegepaste AM techniek bij omroepzenders.

Wordt door storing van buitenaf (man made noise) de signaal/ruisverhouding kleiner, dan neemt het aantal bits per seconde dat foutloos kan worden overgedragen af. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als door extern veroorzaakte storing de signaal/ruisverhouding 10 x (= 10 dB) slechter wordt?

Wij gaan er in dit rekenvoorbeeld van uit dat het signaalvermogen hetzelfde blijft ( - 87 dBm), maar dat het ruisvermogen toeneemt tot - 114 dBm. De signaal/ruisverhouding is nu 27 dB (= 500 x) geworden. We vinden dan met de Shannon formule:

                          C = 9000 . log2 (500) = 9000 . 8,96 = ongeveer 80 kbits/s.

De ontvangstkwaliteit is nu met 30 kbits/s verminderd !

Conclusie:

De storingveroorzaker zorgt dus voor een verlies aan (beschikbare) informatie per seconde in het transmissiekanaal. In het rekenvoorbeeld kan de rechthebbende in de storingvrije situatie 110 kbits/seconde aan informatie ontvangen. Vanwege de storing wordt hij echter beperkt tot 80 kbits/seconde. Hij raakt dus 30 kbits per seconde aan informatie kwijt !

Door deze vorm van berekenen kan per situatie worden vastgelegd, hoe ernstig het veroorzaken van storing is. Het probleem kan dus op deze wijze worden gekwantificeerd.


Wat is nu de aanbevolen strategie voor het storingsslachtoffer ?

Veel storingveroorzakers weten niet eens dat ze storing veroorzaken. Dit wordt echter anders nadat je die mensen dat hebt uitgelegd.

Als iemand daarna tegen beter weten in toch doorgaat met het veroorzaken van storing, dan kom je al aardig dicht bij de aanwezigheid van een oogmerk om de storing met opzet te veroorzaken..

Ik stel mij in een zodanige situatie als storingsslachtoffer dan ook de volgende strategie voor:

1. Leg de veroorzaker van de storing het probleem uit. In het ideale geval kan dit d.m.v. een goed gesprek. In het slechtste geval kan dit via een aangetekende brief.

2. Als de storingveroorzaker na een redelijke termijn niet blijkt mee te werken, laat het probleem dan officieel vaststellen door het Agentschap Telecom. Zij zijn verantwoordelijk voor een goede bescherming van de ether bij je thuis.

3. Schakel zonodig deskundige hulp in, om de storende installatie te modificeren, zodat het stoorniveau voldoende omlaag gaat. Je kunt ook in je eigen huis zoeken naar de best mogelijke plaats voor je eigen ontvangantenne, maar probeer het probleem bij de veroorzaker principieel aan te pakken.

4. Doet het Agentschap Telecom niet wat van haar in redelijkheid mag worden verwacht, dan resteert nog alleen de gang naar de rechter (een bestuursrechtelijk verzoek tot handhaving indienen bij het AT, en de stoorder aanspreken op het ontnemen van (een deel van) de beschikbare informatie-stroom aan de rechthebbende).

P.S. Recent heb ik in een computerzaak in Eindhoven gezien dat een mevrouw een 200 Mb/s homeplug set kocht, mogelijk voor een 24/7 toepassing als online TV kijken met een TV in een andere kamer van het huis. Weer een potentieel radio ontvangst probleem voor de buren erbij ! En zo kunnen we nog wel even aan de gang blijven !


Link naar de persoonlijke pagina's van de auteur: www.mate.nl/wvogel .