Suscetibilidade Eletromagnética (em Equipamentos Eletroeletrônicos)

Para os casos em que o receptor eletromagnético é um equipamento eletroeletrônico, o efeito indesejado provocado por uma perturbação eletromagnética caracteriza um fenômeno de interferência eletromagnética. Pode-se definir a interferência

eletromagnética (EMI) como a perda da funcionalidade de um equipamento em razão da

sua suscetibilidade (ou falta de imunidade) à energia eletromagnética proveniente do ambiente onde ele opera.

Quando o efeito de uma EMI é observado, muitas vezes não é trivial determinar, a princípio, qual o sinal incidente no receptor é o seu agente causador. Dessa maneira, a EMC preocupa-se com três aspectos, a fim de evitar que os fenômenos de EMI ocorram [P5]:

• Suprimir as emissões na fonte;

• Tornar o caminho de acoplamento o mais ineficiente possível; • Tornar o receptor o menos susceptível possível.

A suscetibilidade eletromagnética de um equipamento está relacionada à tendência deste equipamento sofrer influências frente à presença de uma perturbação eletromagnética. Diversos são os fatores que condicionam a suscetibilidade de um equipamento e, dentre os mais significativos, podem-se destacar [P9]:

a) Intensidade de campo ou amplitude; b) Distância e disposição dos equipamentos;

c) Comprimento de onda e freqüências das emissões; d) Proteção eletromagnética do equipamento.

a) Intensidade de Campo ou Amplitude: A intensidade de campo ou amplitude é o

principal agente na caracterização da suscetibilidade de um determinado equipamento. Para meios radiados, a intensidade dos campos, elétrico (V/m) ou magnético (A/m), são os

fatores primordiais na influência da imunidade dos equipamentos. Quanto mais elevado o valor da intensidade de campo, mais influente se tornará a sua ação sobre os elementos receptores. De maneira dual, para os meios conduzidos, as amplitudes da tensão elétrica (V) ou da corrente elétrica (A) induzida, assumem este papel.

b) Distância e Disposição dos Equipamentos: Os fatores de intensidade de campo e

distância e disposição dos equipamentos estão (de certa maneira) relacionados entre si, uma vez que quanto maior a distância entre a fonte de energia eletromagnética e o equipamento receptor, menor será a sua influência em função da atenuação dos campos eletromagnéticos frente a sua propagação de ondas. Por outro lado, a disposição dos equipamentos é baseada no caráter geométrico da distribuição de campos eletromagnéticos no ambiente em questão. A disposição geométrica do ambiente entre a fonte e o receptor determina o comportamento das ondas eletromagnéticas emitidas quanto aos seus aspectos de reflexão, refração e difração. Assim, as interações entre os campos eletromagnéticos no ambiente podem resultar em acoplamentos construtivos ou destrutivos, de modo a definir uma intensidade de campo resultante sob a qual o receptor estará submetido.

c) Comprimento de Onda e Freqüência das Emissões: Os fatores de comprimento

de onda (λ) e freqüência das emissões (f) estão relacionados entre si de maneira inversamente proporcional. Sua relação é estabelecida por uma equação bastante conhecida nos estudos da física clássica: v = λ f. Da teoria de eletromagnetismo, é sabido que um radiador ou receptor de energia eletromagnética ideal (antena) possui maior eficiência quando o seu comprimento físico é equivalente à ordem de grandeza do comprimento de onda do sinal a ser transmitido ou recebido (fenômeno da ressonância eletromagnética- geométrica). Por esta razão, antenas de múltiplos comprimentos de onda, i.e. λ/2, λ/4, entre outros múltiplos, são facilmente encontradas em casos práticos. Esta característica de transmissão e recepção de energia possui influência direta na susceptibilidade dos equipamentos eletrônicos. Explica-se. Para uma dada transmissão de sinal modulado em freqüência, os diversos componentes eletrônicos e cabos presentes em um determinado equipamento podem funcionar como elementos receptores (antenas não intencionais) que, por sua vez, captam a transmissão de sinal como sendo um ruído espúrio. Como conseqüência, as dimensões físicas dos diversos elementos receptores constituintes de um equipamento definem as características de suscetibilidade do mesmo em relação a uma dada faixa de freqüências. Tal afirmação baseia-se no fato de que para determinadas

freqüências de ruído, os elementos receptores envolvidos passam a funcionar como antenas não intencionais de maior ou menor eficiência.

Segundo o estudo realizado por Paperman, em 1994 [P54], as maiores ameaças de EMI para equipamentos de instrumentação médica estão na faixa de freqüências de 10 kHz até 1GHz. Teoricamente, isto leva a comprimentos de onda na ordem de 30 km até 30 cm. Para nosso entendimento, tendo em vista a dimensão cada vez menor dos componentes eletrônicos e uma utilização cada vez maior do espectro de microondas, principalmente UHF (até 3GHz, onde λ = 10 cm), esta faixa de freqüência também passa a ser significativamente importante para efeitos de EMI.

d) Proteção Eletromagnética do Equipamento: Sabendo-se que os equipamentos

eletrônicos podem operar em situações inadequadas do ponto de vista eletromagnético, é importante a existência de dispositivos protetores que atuem para garantir a funcionalidade do equipamento mesmo sob condições não favoráveis. Como a transferência de energia eletromagnética durante o funcionamento de um equipamento é um fenômeno muitas vezes difícil de ser controlado, os dispositivos de proteção atuam com o objetivo de tornar o caminho de acoplamento da energia eletromagnética o mais ineficiente possível. Para tanto, os equipamentos eletrônicos podem dispor de inúmeros dispositivos de proteção que dificultem o acoplamento de energia tanto sob a forma radiada, quanto sob a forma conduzida. O projeto destes dispositivos supressores pode muitas vezes não ser trivial dependendo da faixa de freqüências em que se é desejável atuar, e assim, é objeto constante de pesquisa e desenvolvimento para muitos grupos de engenharia. A título de ilustração, apresenta-se a seguir alguns exemplos clássicos de dispositivos supressores para emissão e suscetibilidade radiada e conduzida.

Os equipamentos eletroeletrônicos são constituídos de blindagem a fim de evitar ou minimizar a transferência indesejada de energia eletromagnética sob a forma radiada. A blindagem é definida como sendo um invólucro metálico que envolve de forma completa ou parcial os sistemas eletrônicos do equipamento. Sua principal função é atuar como um dispositivo isolador de sistemas (interno e externo), de modo a minimizar as emissões radiadas e a suscetibilidade radiada do equipamento em questão. Em outras palavras, a blindagem eletromagnética deve:

• Atuar para que o campo eletromagnético gerado pelo equipamento não seja propagado ao ambiente onde ele opera.

• Atuar de modo a tornar o equipamento o menos suscetível possível aos campos eletromagnéticos presentes no ambiente onde ele opera.

Para os casos práticos, a maior parte das blindagens apresenta uma série de aberturas, configuradas sob a forma de rampas, portas, orifícios para passagem de cabos, ventilação e interruptores. Todas estas aberturas acabam por diminuir a eficiência da blindagem, pois permitem um vazamento indesejado de energia eletromagnética, conforme ilustra a Figura 2-8.

Figura 2-8: Aberturas Diminuem a Eficiência da Blindagem.

Assim como as blindagens constituem artifícios clássicos para suprimir a emissão e a suscetibilidade radiada, os estudiosos da engenharia também empenham suas horas de trabalho para desenvolver dispositivos de supressão sob a forma conduzida. Desta maneira, os equipamentos eletroeletrônicos podem ser dotados de filtros de alimentação e ferrites com a finalidade de minimizar a transferência indesejada de energia eletromagnética sob a forma conduzida. Os filtros supressores são caracterizados geralmente pela inserção de perdas, ou seja, provocam a redução da tensão ou corrente na carga do circuito para uma determinada faixa de freqüência de interesse, em função da inserção de elementos reativos estrategicamente posicionados (capacitores e indutores). Mais uma vez, torna-se interessante minimizar tanto as emissões, quanto a suscetibilidade conduzida do equipamento em questão. Portanto, estes filtros supressores podem:

• Atuar para que os ruídos conduzidos gerados pelo equipamento não sejam propagados para a rede de alimentação onde ele opera.

• Atuar de modo a tornar o equipamento o menos suscetível possível aos ruídos conduzidos presentes na rede de alimentação onde ele opera.