EMI (Elektromagnetische Interferenz)

Was ist elektromagnetische Interferenz (EMI)?

Elektromagnetische Störungen oder elektromagnetische Interferenzen (EMI) sind unerwünschte Störsignale oder Interferenzen in einem Stromkreis oder einer elektrischen Leitung, die durch eine externe Quelle verursacht werden. Sie werden auch als Hochfrequenz-Interferenzen bezeichnet. EMI können zu Fehlfunktionen, Störungen oder sogar zum vollständigen Ausfall elektronischer Geräte führen.

Sie können durch natürliche oder vom Menschen verursachte Quellen entstehen. Durch den Einsatz hochwertiger Elektronik, elektrischer Abschirmungen und moderner Fehlerkorrekturverfahren lassen sich die Auswirkungen von EMI reduzieren.

Ein typisches Beispiel hierfür ist, wenn ein Mobiltelefon in der Nähe von eingeschalteten Audiogeräten oder Lautsprechern platziert wird und dadurch ein Geräusch oder eine Reihe von Pieptönen zu hören ist.

Was verursacht elektromagnetische Störungen?

EMI entstehen aufgrund der engen Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Jeder elektrische Strom erzeugt ein kleines Magnetfeld. Umgekehrt erzeugt ein sich bewegendes Magnetfeld einen elektrischen Strom. Auf diesen Prinzipien basieren Elektromotoren und Generatoren. Darüber hinaus können alle elektrischen Leiter als Funkantennen fungieren. Hochleistungsfähige elektrische und Funkquellen können in weit entfernten Geräten unerwünschte Effekte hervorrufen. Da Elektronikgeräte immer kleiner, schneller, kompakter und empfindlicher werden, sind sie anfälliger für diese Effekte, die als elektromagnetische Interferenz bezeichnet werden.

Die Ursachen für EMI lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: natürlich vorkommende und vom Menschen verursachte.

In der Natur gibt es einige Quellen, die ausreichend starke elektrische Felder erzeugen können, um elektronische Geräte zu beeinträchtigen. Blitze beispielsweise können starke elektrostatische Entladungen und magnetische Impulse erzeugen. Sonnenstürme und Sonneneruptionen senden hochgeladene Teilchen aus, welche die Satelliten- und terrestrische Kommunikation stören können. Kosmische Strahlung ist dafür bekannt, Bit-Flips in elektronischen Geräten zu verursachen.

Von Menschen verursachte EMI kann aus vielen Quellen stammen. Dazu zählen Hochleistungsfunkgeräte und elektrische Quellen. Auch Fehlfunktionen oder unsachgemäß konstruierte Verbrauchergeräte können EMI in anderen Geräten verursachen. Eine weitere mögliche Angriffsmethode ist die absichtliche Induzierung von EMI-Störungen in Zielgeräten mittels elektromagnetischer Impulse.

Arten elektromagnetischer Störungen

Bei EMI gibt es eine Quelle, einen Übertragungsweg und einen Empfänger (oder ein Opfer). Es gibt verschiedene Arten der Übertragung von EMI von der Quelle zum Empfänger.

Abgestrahlte EMI entsteht, wenn ein leistungsstarker Sender oder ein elektrisches Gerät eine Hochfrequenz erzeugt, die empfangen wird und unerwünschte Auswirkungen auf ein anderes Gerät hat. Tritt EMI auf und sind die Quelle und der Empfänger weit voneinander entfernt, handelt es sich wahrscheinlich um abgestrahlte EMI. Beispiele hierfür sind eine defekte Mikrowelle in der Küche, die einen Computer neu starten lässt, oder alte schnurlose Telefone, die WLAN-Verbindungen unterbrechen.

Abgestrahlte EMI kann in Schmalband- und Breitbandstörungen unterteilt werden:

Schmalband-EMI betrifft nur eine bestimmte Hochfrequenz und stammt in der Regel von einem Funksender.

Breitband-EMI betrifft einen großen Teil des Funkfrequenzspektrums bei vielen Frequenzen und wird in der Regel durch fehlerhafte Geräte verursacht.

Leitungsgebundene EMI tritt auf, wenn ein physischer elektrischer Pfad von der Quelle zum Empfänger vorhanden ist. Dies ist häufig entlang von Stromübertragungsleitungen der Fall. Mögliche Quellen sind große Motoren oder Stromversorgungen. Ein Beispiel hierfür ist das Einschalten eines Laufbands oder Wäschetrockners, wodurch ein im selben Stromkreis befindlicher Computer neu gestartet wird.

Gekoppelte EMI tritt dagegen auf, wenn die Quelle und der Empfänger zwar nahe beieinanderliegen, aber nicht elektrisch verbunden sind. Gekoppelte EMI kann durch Induktion oder Kapazität übertragen werden.

• Induzierte oder magnetisch gekoppelte EMI entsteht, wenn das Magnetfeld eines Leiters einen unerwünschten Strom in einem nahegelegenen Leiter induziert. Ein Beispiel hierfür ist, wenn ein Stromkabel und ein Audiokabel nahe beieinander liegen und auf der Audiokabelstrecke ein Brummen zu hören ist.
• Kapazitiv gekoppelte EMI tritt auf, wenn zwei Leiter parallel zueinander liegen und sich zwischen ihnen eine kapazitive Ladung aufbaut. Dies erfordert, dass die Leiter sehr nah beieinanderliegen, weshalb es am häufigsten auf elektronischen Leiterplatten oder in Gruppen dicht gepackter Drähte, die über große Entfernungen verlaufen, auftritt.

Wie man EMI verhindert

Der beste Weg, elektromagnetische Störungen zu vermeiden, ist der Einsatz hochwertiger Elektronik renommierter Hersteller. Das CE-Zeichen ist eine Pflichtkennzeichnung in der EU.

Es zeigt an, dass das Produkt laut Hersteller die grundlegenden EU-Anforderungen an Sicherheit, EMV und Umwelt erfüllt. Es ersetzt jedoch keine unabhängige Prüfung, sondern basiert auf der Eigenverantwortung des Herstellers.

Schlecht gefertigte, billige oder gefälschte Elektronikgeräte sind möglicherweise nicht ordnungsgemäß geprüft oder nicht EMV-geschirmt. Dadurch verursachen sie eher EMI in anderen Geräten und sind selbst anfälliger dafür. Moderne Fehlerkorrekturen und Filter können die Auswirkungen von EMI-Quellen in der Nähe ebenfalls reduzieren.

Die Berücksichtigung von EMI ist in Hochgeschwindigkeitsnetzwerken besonders wichtig. In kabelgebundenen Netzwerken sollten Strom- und Datenleitungen voneinander getrennt werden. Abgeschirmte und verdrillte Kabel bieten eine höhere Signalintegrität. Glasfaserkabel können ebenfalls als Ersatz für Kupferkabel verwendet werden, da sie nicht anfällig für EMI sind. Bei der Planung drahtloser Netzwerke müssen unter Umständen auch die Anzahl und Leistung der Sendestationen sowie nahegelegene Funkquellen und Hochspannungsleitungen berücksichtigt werden.

Achten Sie deshalb beim Kauf auf die Angaben zu EMV-Konformität oder auf geprüfte Qualitätssiegel von unabhängigen Prüfstellen wie TÜV oder VDE.

Medizinische Geräte unterliegen oft besonderen gesetzlichen Anforderungen bezüglich der EMI-Abschirmung und -Prüfung. In Krankenhäusern musste lange Zeit jedes Mobiltelefon ausgeschaltet werden, um EMI in empfindlichen Geräten zu vermeiden. In modernen Krankenhäusern ist ein generelles Verbot heute jedoch unüblich. Die meisten Geräte sind inzwischen ausreichend abgeschirmt, sodass von gängigen Mobiltelefonen keine relevante Störgefahr mehr ausgeht. Dennoch können in besonders sensiblen Bereichen wie Intensivstationen oder Operationssälen Nutzungseinschränkungen bestehen, meist aus Vorsichtsgründen oder um Störungen der medizinischen Kommunikation zu vermeiden.

Bei der Entwicklung von Elektronik und Leiterplatten ist die Berücksichtigung von EMI wichtig. Dies gilt insbesondere für moderne Hochgeschwindigkeitsgeräte. Leiterplattenentwickler müssen die Positionierung der Komponenten und das Routing entsprechend anpassen. Sie können auch Metallabschirmungsgehäuse oder leitfähiges Klebeband verwenden, um zu verhindern, dass EMI empfindliche Komponenten beeinträchtigt.

In hochsensiblen Situationen kann ein Faradayscher Käfig verwendet werden, um ein Gerät oder einen Raum vor EMI von außen abzuschirmen. Radioteleskope werden häufig in abgelegenen Gebieten errichtet, um EMI zu reduzieren. Auch Messlabore, Militärtechnik und Luftfahrt nutzen Faradaysche Konstruktionen zur gezielten EMI-Abwehr.

Schneller Überblick: Elektromagnetische Interferenz (EMI)

Elektromagnetische Interferenzen (EMI) sind unerwünschte Störungen, die elektronische Geräte beeinträchtigen oder ausfallen lassen können.

Ursachen

• Natürlich: Blitze, Sonnenstürme, kosmische Strahlung
• Technisch: Funkquellen, defekte Geräte, elektromagnetische Impulse

Arten von EMI

• Abgestrahlt: Über Funk, z. B. Mikrowelle stört WLAN
• Leitungsgebunden: Störung über Stromleitungen
• Gekoppelt: Induktion oder Kapazität zwischen nahen Leitungen

Schutzmaßnahmen

• Hochwertige Elektronik mit EMV-Schutz
• Abgeschirmte Kabel, Glasfaser, korrektes Leiterplattenlayout
• CE-Kennzeichnung (Selbstverpflichtung, keine Garantie)