מאת: שמעון מואס, Tenagon Systems Ltd
תאימות אלקטרו-מגנטית הוא תחום רב חשיבות המתפתח בתחומי התקשורת, האלקטרוניקה והאלקטרואופטיקה המתמקד בתכנון ובקרה לעמידה בתנאים אלקטרומגנטיים.
כל המערכות האלקטרוניות המוכרות לנו כגון: מערכות תקשורת, פיקוח ובקרה, מכשור רפואי (בדומה למכשירי MRI), מחשבים, ציוד אלקטרוני תעשייתי, ציוד אלקטרוני צבאי, מערכות בתחום האלקטרו-אופטיקה וכדומה, נמצאות בסביבה אלקטרומגנטית, משפיעות על סביבה זו ומושפעות ממנה.
על מנת להבטיח את תפקודן התקין של מערכות אלה ללא הפרעות ממערכות אלקטרומגנטיות אחרות, התפתח ענף בהנדסת אלקטרוניקה (חשמל) בשם: “תאימות אלקטרו-מגנטית” (EMC- Electronic Compatibility) או תאלמ”ג.
במטרה להבטיח כי ציוד אלקטרוני יעבוד ללא הפרעה או בהפרעה מזערית, נקבעו תקנים לציוד אזרחי וצבאי הנוגעים במספר פרמטרים, בניהם הגבלת רמות פליטת אנרגיה אלקטרומגנטית וחסינות מקרינה לציוד אחר. ענף התאלמ”ג התפתח כתוצאה מתקלות והשפעות ציוד מסוג זה במהלך השנים.
מוצר אלקטרוני שייצורו תואם להנחיות תאימות אלקטרומגנטית בנוסף להנחיות הבטיחות והאיכות האחרות הקשורות במוצר עצמו, הוא מוצר אמין ובטוח יותר לשימוש.
מושגים חשובים ובלתי נמנעים בתחום התאלמ”ג הם הפרעות בפליטה ובקליטה של קרינת שדות מגנטיים ושל קרינת שדות חשמליים (והפרעות בהולכה חשמלית). הפרעות אלה מוגדרות כ-EMI ו-RFI בהתאמה.
הפרעות לתדר רדיו
פריסה של שדה מגנטי
סיבים אופטיים - חסינים מפני הפרעות תאלמ”ג
כאשר קיים אילוץ בפני מהנדס המכונות למקם רכיבים ה”רגישים” לפליטה של שדות חשמליים (RFI), בסמוך לרכיבים “רועשים” (פולטים/קורנים), עליו להרחיק את הרכיבים האחד מהשני. במקרה שהתכנון לא מאפשר הרחקה, ניתן לטפל בהפרעה באמצעות סיכוך בדרך של יצירת מעטפת מתכתית מוליכה הנקראת כלוב פארדיי (Faraday Cage) שכאמור מהווה אילוץ לתכנון המכאני.
הפרעות נוספות בתחום RFI הן הפרעות בהולכה חשמלית (ולא בקרינה), ניתן לבחור לדוגמא מעבר של צמת חוטים במסלול מסויים על פני מסלול אחר על-מנת להתגבר על ההפרעה. אפשרות נוספת היא הצבת פילטרים (בתיאום עם מהנדס אלקטרוניקה) כאמצעי לפתרון הבעיה אך יש לקחת בחשבון אילוצים של נפח בכלל וזיווד נכון בפרט עוד בשלב בניית הקונספט התכנוני.
הפרעות אלקטרומגנטיות-EMI (Electromagnetic
אמנם מרבית היישומים הקשורים בתאלמ”ג הם בתחום RFI, אולם קיימים מקרים פחות נפוצים הכרוכים ב-EMI המאופיינים במערכות הרגישות לקרינה של שדות מגנטיים.
מהנדסי מכונות נוהגים להתגבר על בעיות EMI בדרכים שונות, בניהן שימוש במתכות מיוחדות (Mu-metal) בעלות תכונות מיוחדות המאפשרות להסית את השדה המגנטי.
תאימות אלקטרומגנטית – אבחון ודרכי טיפול
כחלק מהטיפול בבעיות תאלמ”ג יש לאבחן מנגנוני הפרעה וחשוב לשים דגש על האופן בו יבוצע התכנון ההנדסי (הן המכאני והן האלקטרוני) כך שיתוכננו מראש מערכות שימנעו או יורידו למינימום כל בעיה בשדה אלקטרומגנטי.
אחד האתגרים העומדים בפני המהנדסים הוא להתמודד עם בעיות שונות העלולות להופיע בתחום התאלמ”ג, כך לדוגמא:
תכנון חיווטים וסיכוך כבלים במערכות אלקטרו-מגנטיות, סיכוך מארזים שימנעו ויגנו מפני הפרעות אלקטרו-מגנטיות, סינון קווי אספקות, אותות ובקרה, פריקה אלקטרו-סטטית, עריכה של מעגלים אלקטרוניים, מיגון אקטיבי ופאסיבי של ציוד, דיכוי תופעות מעבר, הארקות וכדומה.
עריכה של מעגלים אלקטרוניים תיעשה תוך הפרדת קווים רועשים (ספקי כוח) מקווים שקטים (קווי אותות ובקרה), הוספת פילטרים פאסיביים או אקטיביים על-גבי הכרטיסים (ו/או על גבי מחבר הכניסה) לשם סינון הרעש הנכנס או היוצא מהמוליכים המיועדים לסינון.
כאשר מדובר בכמות רבה של אותות רגישים שיש להעבירם למרחקים גדולים, לא ניתן לעשות שימוש באמצעות פילטרים אלא בסיבים אופטיים החסינים לחלוטין מפני הפרעות אלקטרומגנטיות.
ברק יכול להוות הפרעה אלקטרו-מגנטית ולכן יש להגן על מכשור אלקטרוני מפני ברקים, לשם כך יש לשלב בתכנון ההנדסי רכיב מסוג “דיודת זנר” הקרוי בשמו המקצועי “Transorb”. רכיב זה מתוכנן לעמוד בפגיעות ברק ולפרוק את המטען שנוצר לאדמה ובכך למנוע נזק למכשור האלקטרוני.
כאשר יש לשלב מכלול קיים במערכת חדשה, יש לאלץ ולתזמן את המערכת בהתאם לאילוצי המכלול כך שהרכיבים ה”רועשים” במערכת לא יעבדו באותה העת עם הרכיבים ה”רגישים” במכלול במטרה למנוע הפרעות אלקטרומגנטיות מהמערכת למכלול ולהיפך.
לעיתים המטרה היא ליצור הפרעות אלקטרו-מגנטיות על מנת לשבש מערכות אלקטרוניות, השימוש רווח במערכות צבאיות בתחום ל”א (לוחמה אלקטרונית) לדוגמא: שיבוש הנחיה של טילים מתבייתים, שיבוש מערכות קשר וכדומה.
אין ספק כי תחום התאלמ”ג הוא תחום רחב ורב חשיבות בכל הקשור לתכנון, ייצור ובקרה של מערכות אלקטרוניות. התחום דינאמי ומרחיב את הפתרונות הטכנולוגיים, את הידע ואת שיטות העבודה.
