EMC Europe 2014 i Göteborg fick ett rekordstort deltagande vilket visar hur viktiga EMC-frågorna är. Forskarkonferensen, med åtföljande utställning, återkommer varje år i olika europeiska städer.

EMC-direktivet har funnits i mer än två decennier och många trodde på en ”hype” några år efter direktivets införande. Sedan skulle störningsproblemen i stort sett vara lösta, ansåg många.
Det visade sig snart vara önskedrömmar. Störningarna har i stället ökat kraftigt i vårt samhälle. Att skapa EMC, elektromagnetisk samexistens med vår omgivning, är en brännhet fråga som kräver lösningar på alla nivåer.
EMC Europe är en akademisk konferens som tidigare huvudsakligen hållits på universitet i olika städer som Zürich, Rom, Brügge etc. Denna gång kom konferensen att hållas på Svenska mässan i Göteborg. Professor Jan Carlsson, ordförande för EMC Europe 2014, inledningstalade.
SP tillsammans med Just Event AB (Utgivare av Electronic Environment) genomförde arrangemanget med den äran.
– Antalet deltagare var rekordstort, säger Dan Wallander, vd för Just Event.
I reda siffror innebär det att 524 personer var anmälda till konferenserna, därav 162 från Sverige. Konferensen var med andra ord internationell i högsta grad med deltagare från Tyskland, Frankrike, Japan, Italien, Nederländerna, Kina, Storbritannien, Sydkorea och USA.
Det fanns 36 montrar med lika delar svenska som internationella utställare.
– Sammantaget räknar vi med att kring 700 personer besökte evenemanget.
EMC Europe 2014 inleddes med en dag av ”tutorial” och ”workshop”.  Totalt hölls 40 muntliga presentationer.
Programmet för en av de fyra konferensdagarna innehöll tre föreläsningar av speciellt inbjudna talare. Här ger vi ett sammandrag av vad dessa ”keynote speakers” berättade om.

JAS – ett jättestort EMC-projekt
Sveriges förmodligen största EMC-projekt stod utvecklingen av JAS Gripen för. De tekniska utmaningarna var i särklass.

– Vi lade ned kring 100 man år på arbetet med EMC då vi under 70- och 80-talet utvecklade JAS Gripen, berättade dr Karl-Gunnar Lövstrand i sitt anförande.

Den långa utvecklingstiden flygplan av den här typen ställde till problem eftersom den omgivande tekniken utvecklades snabbt och dramatiskt under utvecklingstiden.
– Vi gick från mekanik och transistorer, till TTL, till CMOS, vilket gjorde att kravbilden successivt förändrades radikalt. Kretskorten behövde återkommande testas och konstrueras om.
De första ritningarna tog form 1979 och de första provflygningarna genomfördes nio år senare.

EMC-zoner
För att få en fungerande struktur delades planet in i fyra topografiskt skilda elektromagnetiska zoner. I den mest kritiska finns avioniken, den zon som kräver mest skärmning.
Det gällde att noggrant planera, konstruera och granska all hårdvara. Alla tester krävde genomgång och  acceptans. Enbart test av det digitala manöversystemet för flygning var ett laboratoriearbete som tog mer än tre månader i anspråk. Alla testrapporter sammanställdes i en systemrapport för flygplanet.
1981 fanns det inga tillämpbara handböcker eller standarder för elektromagnetisk konstruktion, EME. Man arbetade i separata grupper för EMC, åskskydd och kärnvapensprängningar på hög höjd (HEMP, High-altitude ElectroMagnetic Pulse).
Beträffande åskskydd fanns från 1980 standarden MIL-STD 1757 som dock inte inkluderade multipla stötpulser eller skurar av pulser, vilka kan spela en roll för digital elektronik.
För EMC började man med att följa MIL-STD-461B. Men mycket där byggde på analogteknik och man behövde kunna skärskåda digital elektronik med HIRF-tester (High Intensity Radiated Field). Man tvingades öka kraven för tålighet mot instrålade fält på mikrovågsbanden hundra gånger. Olinjäriteter vid elektromagnetisk koppling kan skapa störningar som påverkar tester på låg signalnivå.
Genomförda HIRF-tester visade sig senare ha skapat mycket bättre förutsättningar för att kunna klara HEMP-tester.
Vid HIRF-testerna bestrålades flygplanet på 15 m avstånd av starka starka sändare på L-, S, C-, X- och Ku-banden. Signalerna sveptes med hjälp av riktade hornantenner. Piloterna tvingades bära dräkter som skyddade mot de kraftiga elektromagnetiska fält som de exponerades för.
Systemrapporten för EME, där alla testresultat hade samlats, visade att man hade uppfyllt kraven på basis av konstruktionsrapporter, genomgångar av konstruktioner och utrustning samt EME-testrapporter för undersystem och hela flygplanet. I varje systemrapport ingick fler än 500 dokument.
SR blev basen för en lång serie av ändringar och versioner av JAS Gripen.
– Tack vare ett tidigt EME-arbete kunde vi undvika många störningar i projektet. De över 100 manår vi lade ned har sparat mycket pengar och projektkostnaderna har betalt sig, konstaterar Karl-Gunnar Lövstrand.

EMC-frågor i bilutveckling
Dagens bilar innehåller mycket elektronik. med tanke på det var det intressant att lyssna på den presentation som dr Marco Klingler och Ariel Lecca från PSA Peugeot Citroën höll gemensamt under rubriken ”The backstage and challenges of automotive EMC”.
En bilkonstruktion måste uppfylla en mängd olika EMC-krav. Men tyvärr finns ingen gemensam EMC-standard för bilar. Här måste man skilja på EMC-standarder för kompletta bilar och för komponenter.

– Man tvingas utföra en balans mellan dessa krav som ibland kan vara motsägelsefulla, konstaterade Marco Klingler. Och på grund av skillnader i nivåkrav mellan olika länder anpassar tillverkare sig till sin egen marknad.

Biltillverkare följer generellt olika tumregler. I exempelvis USA skall bilarna tåla 600 V/m radarsignaler.
Å andra sidan är frekvensbanden kända och gränser för att skydda radiomottagare definieras i och regleras av bilstandarder. Men det finns inga sådana definitioner och reglementen för skydd av RF-mottagning under 30 MHz.

– Det är svårt att använda standarkomponenter från hyllan utan kompletterande tester, sade Ariel Lecca. Men alla komponentleverantörer förser oss med EMC-modeller eller så tar vi fram modeller tillsammans med dem.

360 modeller
Marco Klingler betonade hur komplexa EMC-problemen blir på grund av att PSA Peugeot Citroën har så många bilmodeller: Fyra olika karosser, tre olika taktyper, fem olika motorer, tre olika växellådor och vänster/högerstyrning ger tillsammans 360 olika kombinationer! Varje avvikelse kan skapa nya EMC-scenarior.
Varje utvecklingssteg påverkar. Bilarna förses med nya funktioner och komponenter kan bli omoderna, saknas i lager, bytas ut för att de är för dyra eller kanske man måste byta leverantör eller producent.
Biltillverkare utgår från att CE-märkta eftermarknadsprodukter inte har någon påverkan på bilens EMC-egenskaper, men de kan naturligtvis inte lämna garantier. Specifika bruksanvisningar för att installera tillbehör måste ta hänsyn till vilka kostnader marknaden kan bära.
Marco Klingler och Ariel Lecca avslutade med att ge en framtidsvy där de tror på nya sätt att arbeta och tänka i termer om EMC. I den bilden ingår att utveckla EMC-utvecklingshjälpmedel, förbättrade metoder för EM-simulering, optimering av valideringsstrategier, uppfyllande av säkerhetsstandarden ISO 26262, förbättra EMC-kunskaper och projektledning – allt i syfte att skapa en EMC-strategi och utvecklingsväg.

Revolutionerande E-fältsprob
Det mest spännande föredraget stod Christoffer Holloway för.

Dr Christoffer Holloway är verksam vid NIST.

Rubriken på föredraget, ”Rydberg atom-based self-calibrating compact electric-field probe” sammanfattar vad det är fråga om, nämligen en helt ny E-fältsprob med egenskaper som innebär ett signifikant framsteg, jämfört med dagens probar. Den nya proben är ytterst bredbandig. Frekvensområdet är 1 GHz till 500 GHz som till och med kanske kan utökas till 1 THz.
– Noggrannheten i traditionella E-fältsprobar (belastad dipol eller elektro-optiska probar av litiumniobat) är sällan bättre än 0,5 dB, vilket motsvarar ca 5 procent. Därför är det svårt att kalibrera ekofria mätrum, TEM- eller GTEM-celler. Den nya proben kan ha en noggrannhet av 0,1 procent och dessutom medge noggrann kalibrering vid så höga frekvenser som 105 GHz.

– Detta har tidigare inte varit möjligt.

Beviset för att det hela var realiserbart gavs för ett halvår sedan då mätresultat och beräkningar med Maxwells ekvationer uppvisade samma resultat.
Den nya E-fältproben är byggd som en rörformad gastät glasbehållare som innehåller en alkalimetall, dvs ämnena grupp 1 i periodiska systemet förutom väte. För den nya E-fältsproben används rubidium.

Laserbestrålad prob
Två laserstrålar, med våglängderna 480 (röd) respektive 780 nm (Blå) belyser alkalimetallen.
Normalt gör den blå laserstrålen att den röda laserstrålen absorberas. Men när rubidiumatomerna nås av ett RF-fält avges fotoner (elektroner från fjärde elektronskalet) med en annan våglängd, en interferens. Genom att läsa av denna våglängd (med frekvensräknare) får man ett mått på E-fältet, dvs man får ut en ”färg” som direkt motsvarar det applicerade fältet.
Teorin bygger på Rydbergs formel. 1888 upptäckte Janne Rydberg en formel som beskrev förhållande mellan våglängderna i alkalimetallernas spektra.
Fältstyrkan kan beräknas utifrån frekvensmätning, grundläggande konstanter och kända atomparametrar. Eftersom principen bygger på kända atomparametrar är proben självkalibrerande. Och eftersom cellen inte innehåller metaller ger den minimal påverkan av fältet under mätningen.
E-fältsproben kan mäta såväl svaga som starka fält. Hittills har 0,8 mV/m kunnat mätas, vilket är ca 100 gånger känsligare än med dagens probar. Men det borde vara möjligt att nå 0,01 mV/m, enligt Christoffer Holloway.
Proben kommer initialt att användas för att direkt medge spårbar kalibrering av befintliga probar och sensorer. Den kommer också att användas för att kalibrera testanläggningar och möjliggör kalibrering på frekvenser upp till THz-området. En E-fältsprob kan göras liten och många sådan skulle kunna byggas i form av matriser.

– Den Rydbergatombaserade E-fältsproben skapar nya möjligheter tack vare högre känslighet, bättre noggrannhet och ett brett frekvensområde.

Filed under: Teknikartiklar