Fremtidens bredbånd som 5G stiller nye krav til standardisering og EMC-tests

Det elektriske miljø omkring os består af masser af elektriske signaler fra radio, bredbånd, TV, 5G og meget andet. Siden udbredelsen af UMTS signaler til trådløs datatrafik omkring årtusindskiftet, er mere og mere af datatrafikken via radiosignaler (mobiltelefonnettet) blevet udbygget, så der i dag benyttes meget mere effektive transmissionsformer. Nutiden er bredbåndet. Fremtiden bliver det endnu mere. 

EMC test følger det elektriske miljø 

Test af elektriske produkters immunitet overfor radiobølger fra sendere i omgivelserne har været en kendt aktivitet siden 1970-erne, og kom for alvor på banen med EMC direktiverne i EU. Man efterlignede dengang de anvendte mobilsignaler og radiosignaler, for eksempel NMT mobiltelefoni, walkie-talkies i VHF- og UHF-området samt andre sendere. 

Disse var baseret på en bærebølge og enten AM- eller FM-modulation. Modulation er den måde informationen eller indholdet er indlejret i transmissionen. Det er almindeligt, at man derfor også benytter den form for signal til at forstyrre produkterne under en EMC-immunitetstest.

Den mest anvendte modulationsform har været AM, indstillet til 80 % modulationsindeks, og med 1 kHz som modulationsfrekvens. Det betyder, at styrken af radiosignalet skrues op og ned ved 1 kHz frekvens. Styrken varierer op til 180% og ned til 20% af nominel værdi. Feltstyrken af testsignaler har ofte været 10 V/m.

UMTS og GSM startede - 5G bredbånd rulles ud nu 

Industrien benytter efterhånden moderne digital kommunikation, der fungerer på en helt anden måde end klassisk AM- og FM-modulation. GSM blev rullet ud i 1990-erne, og mange har hørt den signalform som ”dikke-dik, dikke-dik” eller snerren i stereoanlægget,  transistorradioen eller clockradioen. 

Den transmissionsform var en udfordring gennem mere end et årti, indtil industrien fik styr på beskyttelse af produkterne. Mange transmissionsbånd i radiospektret er nu, efterhånden som licenserne udløber, blevet omlagt til moderne bredbånd som 4G, LTE eller nu 5G signalering. 

Også TV med AM-modulation er nu ophørt, og erstattet af DVB transmission (Digital Video Broadcast, der enten sendes fra en antenne eller fordeles til brugerne via kabel-TV net). 

Der foregår en stadig udskiftning af gamle analoge radiotransmissioner til digitale transmissionsformer, der ofte sender informationen i form af mange parallelle ”under-bærebølger” udsendt som et samlet, frekvensmæssigt bredt signal. 

Signalerne afviger fra den analoge transmission ved, at de fylder flere MHz brede kanaler, hvor de tidligere var langt smallere. Variationen i amplitude er hovedsagelig ”ON/OFF”, alt efter om der sendes transmission hele tiden eller ej. Den variationsform minder mest om pulsmodulation, hvor signalet slås til/fra ved fx 100 Hz eller 217 Hz.

Med 5G bredbånd følger standarderne med 

Når det elektriske miljø ændrer sig, så arbejder de internationale og europæiske standardiseringsorganisationer i samme retning. Nye elektriske fænomener i miljøet betyder, at der også skal tilpasses i teststandarderne. Det giver ikke mening at teste produkter med testsignaler, der ikke længere anvendes, eller som kun forekommer meget sjældent. 

Organisationer som IEC eller CENELEC forbereder så New Proposals til opdaterede teststandarder, og der nedsættes arbejdsgrupper for at beskrive de nye test, fx EMC-tests. Det betyder også, at der inden for en ramme på nogle år udkommer opdaterede teststandarder, som beskriver de nye test. 

Disse kan derefter inddrages i produktlovgivning, fx gennem de europæiske EMC-og radioudstyrs direktiver samt produktlovgivning om sikre maskiner, sikkert medicinsk udstyr mv.

Nye bredbånd får ekspertgruppe i arbejdstøjet

IEC har en udnævnt teknisk komité for højfrekvens standardisering. Den hedder IEC TC77, Sub-Committée B. En arbejdsgruppe med internationale specialister har gennem de sidste par år samlet viden og udformet mulige tekniske informationer til en test, der anvender de nye digitale transmissionsformer. 

Testsignalet er meget anderledes end tidligere. Der anvendes nu signaler som er 20 MHz eller 100 MHz brede, svarende til fx 4G og 5G transmissionsformen. Fremtiden kan byde på 400 MHz brede signaler.

EMC-testudstyr kan typisk ikke bare stilles om til den nye signalform. Generatorer til de nye signaler koster flere hundrede tusind kroner, og forstærkere og andet måleudstyr skal muligvis også opdateres. 

Styrken af testsignalet er umiddelbart svær at oversætte fra det kendte testmiljø, men overordnet set kan man sige, at der anvendes samme totale signalenergi som før. Energien er blot fordelt ud over et bredt frekvensområde i stedet for en enkelt bærebølge. Eksempel på det foreslåede testsignal er vist på Figur 1.

Kun få testlaboratorier har i dag sådant udstyr, så arbejdsgruppen har måttet forsøge at beskrive de nye test ud fra den seneste tekniske udvikling, allerede inden der er indhøstet omfattende erfaringer fra praktisk test.

Seneste nyt om 5G bredbåndstransmission og test

Seneste arbejdsgruppe møde i juni 2024 har gjort den endelige version af teststandarden klar. Den har fået dokumentnummer 61000-4-41, og sendes nu til endelig afstemning i IEC-medlemskredsen. 

Hvis den godkendes, kan den benyttes i 2025. Men der kan gå tid, før den inddrages i produktkrav. Pres fra organisationer indenfor fx produktsikkerhed eller risikovurdering af medicinske produkter kan være med til at accelerere processen, hvis der observeres fejlfunktioner i markedet, som kan henføres til fx 5G transmission tæt på et produkt. 

I så fald kan produktkrav opdateres meget hurtigt, og så er en færdig og fungerende teststandard nødvendig. Arbejdsgruppen er klar. Og det samme er FORCE Technologys EMC-testlaboratorier, som kan udføre test efter den nye metode allerede i dag.