Qu'est-ce que les interférences électromagnétiques ?
Qu'est-ce que les interférences électromagnétiques ?
Définition des interférences électromagnétiques
Les interférences électromagnétiques (EMI) sont définies comme une perturbation affectant un circuit électrique en raison de l'induction ou du rayonnement électromagnétique.
Les interférences électromagnétiques (EMI) sont définies comme une perturbation dans un circuit électrique en raison de l'induction électromagnétique ou du rayonnement électromagnétique externe. Elles se produisent lorsque les champs électromagnétiques d'un appareil interfèrent avec un autre appareil.
Les ondes électromagnétiques (EM) sont créées lorsqu'un champ électrique interagit avec un champ magnétique. Elles se déplacent à une vitesse de 3,0 × 10^8 m/s dans le vide. Les ondes EM peuvent se propager à travers l'air, l'eau, les solides, ou même le vide.
Le spectre EM ci-dessous montre les différents types d'énergie EM selon leurs fréquences (ou longueurs d'onde). Les EMI sont confrontées par tous dans notre vie quotidienne et devraient connaître une inflation exponentielle à l'avenir en raison de la croissance du nombre de dispositifs sans fil et de normes, y compris les téléphones cellulaires, le GPS, Bluetooth, Wi-Fi et la communication en champ proche (NFC).
Les EMI peuvent se produire sur une large gamme du spectre électromagnétique, y compris les fréquences radio et micro-ondes. Elles perturbent d'autres appareils électriques. Tout appareil avec des courants électriques changeant rapidement peut produire des émissions électromagnétiques.
Ainsi, l'émission d'un objet "interfère" avec l'émission d'un autre objet. Lorsqu'une EMI interfère avec une autre, cela entraîne une distorsion des champs électromagnétiques. Le rayonnement électromagnétique peut interférer et perturber même s'ils ne sont pas sur la même fréquence. Cette interférence peut être entendue dans les radios lorsque les fréquences sont changées et dans les téléviseurs lorsque le signal est distordu, l'image devient perturbée. Par conséquent, dans le spectre de fréquences radio, les EMI sont également connues sous le nom d'interférences de fréquence radio.
Les EMI peuvent facilement affecter le fonctionnement d'un appareil électronique. En général, puisqu'il y a un flux d'électricité à travers les circuits des appareils électroniques, il tend à créer une certaine quantité de rayonnement électromagnétique. L'énergie créée par l'appareil 1 se propage à travers l'air sous forme de rayonnement ou est couplée aux câbles de l'appareil 2. Cela entraîne le dysfonctionnement de l'appareil 2. L'énergie de l'appareil 1 qui interfère avec le fonctionnement de l'appareil 2 est appelée interférence électromagnétique.
Causes des EMI
Les EMI peuvent provenir de diverses sources, y compris des événements naturels comme la foudre et des sources d'origine humaine comme les équipements industriels.
Transmission de la télévision
Radio AM, FM et satellite
Tempête magnétique solaire
Éclair avec une tension et un courant élevés
Radar d'aéroport, décharge électrostatique et bruit blanc
Alimentations à découpage
Soudeurs à l'arc, brosses de moteur et contacts électriques
Types d'EMI
EMI d'origine humaine
Les EMI d'origine humaine proviennent d'un autre appareil électronique fabriqué. Ce type d'interférence se produit lorsque deux signaux se rapprochent l'un de l'autre ou lorsque plusieurs signaux passent par un appareil à la même fréquence. Un bon exemple est lorsque la radio de la voiture capte deux stations simultanément.
EMI naturelle
Ce type d'EMI affecte également les appareils, mais elles ne sont pas d'origine humaine, plutôt les EMI se produisent en raison de phénomènes naturels sur Terre et dans l'espace, tels que la foudre, les orages électriques, le bruit cosmique, etc.
La deuxième méthode de classification est basée sur la durée des EMI. La durée de l'interférence signifie la période pendant laquelle l'appareil subit l'interférence.
EMI continue
Lorsqu'une source émet continuellement des EMI, on parle d'EMI continue. La source peut être d'origine humaine ou naturelle. Les EMI se produisent en raison d'un mécanisme de couplage long entre la source d'EMI et le récepteur. Ce type d'EMI provient de sources comme un circuit qui émet un signal continu.
EMI impulsionnelle
Ces types d'EMI se produisent pendant une très courte durée, comme des impulsions. Ainsi, on les appelle EMI impulsionnelles. La source peut être soit naturelle, soit d'origine humaine, comme le type d'EMI continu. De bons exemples pour comprendre sont le bruit entendu des interrupteurs, de l'éclairage, etc., qui émettent des signaux pouvant causer une perturbation de la tension et du courant.
La troisième méthode de classification est basée sur la bande passante des EMI. La bande passante des EMI fait référence à la plage de fréquences expérimentée par les EMI. Sur cette base, les EMI sont divisées en deux types : étroite et large bande.
EMI à bande étroite
Ce type d'EMI se produit à une seule fréquence générée par un oscillateur. Il peut également se produire en raison de différents types de distorsion dans un émetteur. Généralement, dans les systèmes de communication, l'EMI à bande étroite joue un rôle mineur et peut être corrigée facilement. Cependant, la limite d'interférence doit être contrôlée.
EMI à large bande
La principale différence avec l'EMI à bande étroite est que ce type d'EMI ne se produit pas à une seule fréquence. Lorsqu'on regarde le spectre magnétique, ce type d'EMI couvre un large spectre et existe sous différentes formes. La source peut être soit naturelle, soit d'origine humaine. Un exemple de source d'origine humaine est la soudure à l'arc, où l'étincelle est émise continuellement. De même, un exemple de source naturelle est les pannes solaires pour un système de télévision par satellite.
Mécanismes de couplage EMI
Le mécanisme de couplage EMI aide à comprendre comment l'EMI est générée à partir de la source et atteint le récepteur. Pour résoudre les problèmes causés par l'EMI, la nature de l'EMI et comment elle est couplée de la source au récepteur doivent être clairement comprises. Quelques types de couplage sont la conduction, la radiation, le couplage capacitif et inductif. En comprenant les mécanismes de couplage, l'EMI peut être réduite en prenant des mesures pour réduire le couplage et le niveau d'interférence.
Couplage par conduction
Le couplage par conduction se produit lorsque les émissions EMI se propagent le long des conducteurs, des fils et des câbles qui connectent la source et le récepteur. Lorsqu'il y a une conduction le long du parcours dans lequel les signaux se propagent, des émissions conduites se produisent, et cela est compris comme de l'EMI conduite. Elle peut apparaître le long des lignes d'alimentation ou de tout câble d'interconnexion. La conduction peut se produire dans l'un des deux modes,
Mode commun
Les EMI se produisent lorsque le bruit se développe en phase lorsque deux conducteurs sont utilisés. Exemple : + et - d'un câble d'alimentation
Mode différentiel
Lorsque deux conducteurs sont utilisés, lorsque le bruit est en phase opposée sur les conducteurs, on dit qu'il fonctionne en mode différentiel.
Couplage par rayonnement
Le type de couplage le plus courant qui se produit lorsque la source et le récepteur sont séparés par une grande distance, supérieure à une longueur d'onde. Il n'y a aucun contact physique entre la source et le récepteur, car l'EMI est rayonnée via l'espace jusqu'au récepteur. Ainsi, lorsque le signal indésirable est transféré de la source au récepteur par technique de rayonnement à travers l'espace, on l'appelle EMI rayonnée.
Couplage capacitif
Ce type de couplage est réalisé entre deux appareils connectés. Il se produit lorsque une tension qui change à partir d'une source, transfère capacitivement la charge vers la victime.
Couplage inductif
Lorsqu'un conducteur induit des interférences dans un autre conducteur placé à proximité, selon le principe de l'induction électromagnétique, il produit des EMI appelées EMI couplées magnétiquement. En termes simples, lorsque un champ magnétique variable est présent entre la source et la victime, un courant suffisant sera induit dans la circuit de la victime. Cela entraîne le transfert de signal de la source à la victime.
Mécanismes de couplage EMI
Les EMI peuvent se transférer d'une source à un récepteur par conduction, rayonnement, couplage capacitif et inductif.
Réduction des EMI
Terre de masse
Dans l'industrie, les signaux et les courants de retour sont transportés par des systèmes de terre. Ils forment également les références pour les circuits analogiques et numériques, protégeant ainsi les humains et les équipements des défauts et des éclairs. Lorsque le courant circule dans le système de mise à la terre, il crée des différences de potentiel.
Lorsqu'un éclair frappe, il crée une différence de potentiel en unités de milliers de volts. Dès le début de la conception du circuit, le système de mise à la terre doit être pris en compte afin que le système fonctionne avec les exigences de sécurité requises. Lors de l'élaboration d'un schéma de mise à la terre ou de la résolution d'un problème de mise à la terre, il est d'abord nécessaire de déterminer où passe le courant.
Lorsque différents types de mises à la terre coïncident, le courant peut ne pas revenir par le chemin prévu. Une mise à la terre correcte dépend de plusieurs facteurs tels que les fréquences et les impedances, la longueur de câblage requise, et les questions de sécurité.
Le type de mise à la terre le plus bénéfique pour les applications à basse fréquence est la mise à la terre à un seul point, comme illustré dans la figure ci-dessous. Lorsqu'une instrumentation sensible ou un câblage est utilisé, la connexion en série ou en chaîne, doit être évitée car les courants de retour des trois circuits circulent à travers les impedances communes reliant les circuits.
Comme on le voit sur la figure, le potentiel de terre du circuit 1 n'est pas seulement défini par son courant de retour à travers l'impédance Z1, mais aussi par les courants de retour des circuits 2 et 3 à travers la même impédance. Cette influence est appelée couplage par impédance commune et est un moyen fondamental de couplage de bruit.
