Artikel: EMC – EMI – EMP

av Jörgen Städje den 31 Aug 2015

Störningar finns överallt. Vissa håller naturen med, andra skapar människan själv. Vissa påverkar elnätet, andra stör radiosändningar, återigen andra kan slå ut datorhallar eller stoppa järnvägstrafiken.

Redan 1859 kunde den brittiske astronomen Richard Carrington slå fast sambandet mellan solutbrott och underliga rörelser på en kompassnål på jorden (ett sk Carrington Event). Norrmannen Kristian Birkeland (1867-1917) var den förste som helt förstod solvinden och dess inverkan på vår magnetiska jord. Han har också givits äran att slutligen ha klurat ut hur stora delar av norrskenet fungerar.

Birkeland i labbet. Terellan är mitt i vakuum-kammaren som ser ut som et akvarium. Bild: Birkeland.
Birkeland i labbet. Terellan är mitt i vakuum-kammaren som ser ut som et akvarium. Bild: Birkeland.

Solutbrott skulle senare, när vi förstått vad det handlar om, komma att kallas massutkastning, eller på engelska Coronal Mass Ejection (CME). Solen slänger hela tiden ut mängder av laddade partiklar, men när den blir ”arg” kan det röra sig om plötsliga energier på uppåt 10^13 joule som far ut i en enda glödande svans. De enorma elektriska fält som bildas vid massutkastningar kan ställa till skada på Jorden genom att de elektriska fälten kopplas över till kraftledningar eller bränner upp satelliters radioutrustning, det vi kallar för en geomagnetisk storm. Den stora explosionen på Solen i oktober 2003 orsakade ett timslångt strömavbrott för 50.000 hushåll i Malmö. I mars 1989 gjorde en större incident att strömmen försvann för sex miljoner hushåll i nio timmar i Quebec med omnejd i Kanada.

EMI

Electromagnetic Interference eller elektromagnetisk störning är samlingsnamnet på störningar som uppstår i elektronisk utrustning på grund av sändningar från eller felaktigheter i annan elektronisk eller elektrisk utrustning. Störningen åstadkommer en nedsättning av eller förhindrande av utrustningens funktion.

Typisk flygradar. Stå inte i vägen för strålen. Bild: Bukvoed, CC BY-SA 3.0
Typisk flygradar. Stå inte i vägen för strålen. Bild: Bukvoed, CC BY-SA 3.0

Störningen kan vara av två typer: strålad eller ledningsbunden störning, eller, som ofta är fallet, en blandning. Strålad störning kommer i från någon fjärran källa som en radiovåg, som tar sig in i utrustning och förändrar spänningar och strömmar på ett okontrollerat sätt. Ledningsbunden störning består ofta av felaktigheter i nätspänningen på elnätet, som korta spänningstoppar, som kommer in genom apparatens nätaggregat och ställer till samma som ovan. Oavsett typ, brukar resultatet bli detsamma: dataförlust eller datorkrascher.

EMP

EMP står för elektromagnetisk puls, en kortvarig och bredbandig mikrovågspuls som bland annat uppstår vid kärnvapenexplosioner, men även förekommer naturligt. EMP kan störa eller allvarligt skada elektronik och störa telekomtrafik, men är ofarlig för levande varelser.

NEMP

Med Nuclear Electromagnetic Pulse avses särskilt EMP som skapas av en kärnvapenexplosion utanför jonosfären, vilken joniserar jonosfären lokalt och åstadkommer en elektronlavin, som i sin tur medför geomagnetiska störningar.

RFI

Radio Frequency Interference är en del av EMI som sker i de frekvenser som brukar användas för rundradio och television, men kan även påverka annat, som militär kommunikation och mobiltelefoni. RFI uppstår huvudsakligen på grund av slarvigt byggd eller intrimmad utrustning eller gnistbildning, eller oavsiktligt på grund av stadens alla ljuskällor.

Stadens brus

Kvicksilverlampa, en vanlig radiostörkälla. Bild: Torindkflt, PD
Kvicksilverlampa, en vanlig radiostörkälla. Bild: Torindkflt, PD

En modern stad lyses upp av kvicksilverlampor eller natriumlampor, en typ av urladdningsrör som arbetar med en kontinuerlig gnista förtunnad i kvicksilver- eller natriumgas. Exempel på sådana ljuskällor är gatljus, fasadbelysning, lysrör och lågenergilampor. Gnistan fungerar som en bredbandig störsändare och är orsaken till att det knappast går att höra mellan- och långvågssändningar i en modern storstad. Förhoppningsvis kommer problemet att elimineras när stads- och hemmabelysningen övergått till lysdioder.

Neonrör fungerar också som radiosändare, men de är på väg bort från stadsbilden och ersätts allt mera med lysdioder.

Elektronisk krigföring

Electronic Warfare (EW) har blivit en faktor att räkna med i moderna konflikter, helt bortsett från informationskrigföringen som äger rum på Internet. Elektronisk krigföring går ut på att störa eller slå ut fiendens elektroniska system. System som GPS, Glonass, radar och annan flygnavigering, radiokommunikation, mobiltelefoni etc., kan göras obrukbara för fienden, varvid denne inte kan navigera eller kommunicera.

Stör man på ett selektivt sätt kan man till exempel låta fienden ha kvar viss kommunikation som inte är säker. Kan man tvinga ut fienden på exempelvis det publika mobiltelefonnätet genom att störa de militära radiokanalerna, kan man enkelt avlyssna fienden genom att avlyssna mobilnätet. Så har skett i stor omfattning i kriget i Ukraina. Om man måste kommunicera och alla säkra vägar är störda, väljer man ändå de osäkra.

Samma sak gjorde engelsmännen under andra världskriget, när man fick motståndsrörelserna på den europeiska kontinenten att spränga tyska telegrafledningar, för att tvinga ut den tyska kommunikationen på kortvågen, där den kunde avlyssnas.

EMC-prov

EMC-prov
EMC-prov utförs i skärmrum. Provobjektet ska ställas på träbordet och mätantennen står till höger. Bild: Stan Zurek, CC BY-SA 3.0

För att man ska kunna vara säker på att all elektronisk utrustning som säljs på öppna marknaden både tål EMI och inte strålar ut skadlig strålning, måste elektroniktillverkare utföra EMC-prover för att se att deras utrustning har Elektromagnetisk kompatibilitet (Electromagnetic Compatibility, EMC), det vill säga att utrustningen inte strålar ut otillåten EMI och står upp mot en viss nivå inkommande EMI.

Vi ska vara mycket glada för att EU har utfärdat ett gemensamt EMC-direktiv som är lika för hela unionen. Före direktivets tillkomst fick alla tillverkare låta testa sina apparater i alla länder där man ville sälja, med delvis olika EMC-krav, men idag räcker det med ett EMC-prov i ett EU-land, så är marknaden öppen i resten av EU. Det medför väldiga kostnadsbesparingar för små företag, som i princip annars inte skulle ha råd med internationell marknadsföring.

Resultatet av bristande EMC

Långt ifrån all utrustning på marknaden uppfyller EMC-normerna, utan strålar väldigt mycket mera än vad som är tillåtet. Sitter du vid en dator med en FM-mottagare i handen och ställer in radion lite vid sidan av en station, kommer du att höra ett kraftigt brummande. Det är din eller andras datorer som stör på FM-bandet. Om du går ett par meter ifrån datorn och brummandet fortfarande hörs, finns det en EMC-bov i närheten.

De flesta datortillverkare är noga med sina EMC-prover, men det finns särskilda datorlådor för entusiaster, som är helt eller delvis gjorda i glas och har intern neonbelysning osv. De är rena radiosändarna och skulle aldrig komma igenom ett EMC-prov. Som tur är, är de inte så vanliga.

Störningar på trådlösa nät kan komma dels från välkända källor, som trasiga wifi-noder, eller exempelvis trådlösa kameror som inte alls bryr sig om wifi-nätet. En mindre känd störkälla är mikrovågsugnen. Den stör inte särskilt mycket, men nog för att orsaka omsändningar som ger lägre kapacitet i nätet om man dålig signal redan från början och dessutom råkar värma lunchen i ugnen och står alldeles intill. Det rör sig inte om många mikrowatt, men signalnivåer i wifi-nät är låga och närmar sig det naturliga termiska bruset.

Du har säkert haft en mobiltelefon liggande intill en datorhögtalare och hört det berömda ratt-attattatt-attattatt när telefonen identifierar sig för en basstation? Förstärkaren i högtalaren borde klara strålningen från mobiltelefonen, men sämre plasthögtalare gör inte det.

Ett boeingflygplan genomgår EMP-prov. Den inte så lilla grejen uppe i luften är en dipolantenn, ansluten till en lika mäktig sändare. Bild: Ernie Stone, PD
Ett boeingflygplan genomgår EMP-prov. Den inte så lilla grejen uppe i luften är en dipolantenn, ansluten till en lika mäktig sändare. Bild: Ernie Stone, PD

Militären kan drabbas av värre saker än så. Radar är en oerhört kraftig störkälla och skulle exempelvis flygplan vara bristfälligt störskyddade skulle förfärliga saker kunna hända. Vid prover har man sett hur landställen plötsligt fäller in sig under landning, eller hur en stridsvagns kanontorn plötsligt svänger runt utan anledning. Sådant får bara inte förekomma. Därför EMC-testar försvarsindustrin sina konstruktioner noga.

Skyddade datorhallar

Fiberoptiska nät är givetvis förskonade från elektromagnetiska störningar av alla slag, helt enkelt för att glasfibern är en isolator. Men det är inte de datorhallar som tar hand om anslutningen till fibern, dess optiska förstärkare eller olika trafikutbytespunkter.

Vilka är farorna? Blixtnedslag är ett uppenbart problem. Att försöka jorda bort blixten med en åskledare ansluten till en jordplatta i marken är tämligen meningslöst för vår moderna höghastighetselektronik, på grund av impedanserna i nedledaren. När det kommer 100.000 ampere i en mikrovågspuls på ett par mikrosekunder fungerar nedledaren som sändarantenn och alla datorer som blir bestrålade kommer att krascha.

Universal RF Shielded Double Door
Elektromagnetiskt skärmad dörr, lämplig som dörr till en datorhall i form av en Faradays bur. Bild: Universal Shielding Corp.

Om blixten är kapabel att riva upp en bred grav i marken från nedslagspunkten i ett träd till jord i en byggnad, förstår man att en ynklig ledare inte är mycket att ha. Modern åskledning handlar istället om potentialutjämning, att se till att datorhallen beter sig som en kortsluten enhet, en Faradys bur. Det åstadkommer man genom att klä hallen inuti med plåt och se till att alla skarvar är ordentligt igenlödda. Man får inte heller leda in störningarna i buren, varför alla tilledare måste vara avstörda. Eller bestå av optiska fibrer.

Titta bara på vad som hände med Google i Frankrike: http://www.bbc.com/news/technology-33989384

En annan fara är EMP i form av geomagnetiska jordströmmar som skapats av solutbrott. Sådana förekommer hela tiden och moderna telekomhallar är skyddade, på samma sätt som ovan, med intern skärmning och EMI-täta öppningar, tätade dörrar och avstörda genomföringar.

Man är skyddad i en Faradys bur. Bild: Antoine Taveneaux, CC BY-SA 3.0
Man är skyddad i en Faradys bur. Bild: Antoine Taveneaux, CC BY-SA 3.0

Av mindre vikt är NEMP. Skulle ett kärnvapenkrig bryta ut har vi nog andra problem än att hålla igång Internet. HPM (High Power Microwave), högeffektpulsad mikrovågsstrålning är en hypotetisk typ av elektromagnetiskt vapen som eventuellt är under utveckling, som kan åstadkomma skada eller förstörelse på elektroniska system utan att skada människor.

Det är viktigt för Sveriges säkerhet att alla som bygger datorhallar för telekom och Internet faktiskt förstår hur man skyddar sig mot helt naturliga faror som kan störa driften. Kunskapen om detta varierar, för att nu vara diplomatisk (jämför alla driftavbrott vi haft i landet de senaste åren). Därför skriver Svenska Stadsnätsföreningen i sin skrift ”Robusta noder”:

”Läget idag är att ett stort antal nätägare bygger och driver bredbandsnät. Något gemensamt regelverk som styr hur näten skall byggas, drivas och underhållas finns inte. Det innebär att kvalitet, säkerhet och funktion varierar mellan olika nätägares nät. Informationen om näten är ofta bristfällig. Som ett led i att skapa förutsättningar för att det byggs ändamålsenliga och tillförlitliga nät har Svenska Stadsnätsföreningen tagit initiativ till att skapa rekommendationer inom området fysisk säkerhet i knutpunkter och noder. Post- och telestyrelsen har stött arbetet med framtagningen av rekommendationerna.”

Utredningen finns överst i referenserna nedan. Den är mycket informativ och bör läsas av alla som har för avsikt att skaffa eller bygga en datorhall, eller hyra in sig i en befintlig anläggning.

Läs mer

Bygg så här för att få en robust nod: www.pts.se/upload/Documents/SE/Robusta_noder.pdf

Rymdfysik – med voltmätare i världsrymden: http://www.qedata.se/idg-artiklar/voltmetare-i-verldsrymden/med_voltmetare_i_verldsrymden.htm

Krig och solvind: http://techworld.idg.se/2.2524/1.374006/datorhallen-som-star-emot-krig-terror-och-solvind

Så signalspanar Sverige: http://techworld.idg.se/2.2524/1.598985/sa-signalspanar-sverige

Fler blogginlägg av Jörgen Städje

DNS och DNSSEC utan facksnack

30 Jan 2018
/ Bloggen fiberfeber

Från oss alla, till er alla

14 Dec 2017
/ Bloggen fiberfeber

Så arbetar NOC

13 Nov 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNET i Hongkong

20 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNETs handbok i informations- och IT-säkerhet

1 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

Den ökända hästen från Troja

31 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

Redundans är allt

3 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

SNIC-snack

2 Jun 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff: del 5 av 2

3 Maj 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: We are at the Forefront!

13 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: Vi ligger i framkant!

10 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 4 av 2

22 Feb 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 3 av 2

30 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 2 av 2

9 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 1 av 2

16 Dec 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long Read – Cleanliness is a Virtue

20 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Långläsning - tvättar bäst som tvättar först

16 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Följa fiber – från Tulegatan till Stockholms universitet.

26 Aug 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ericsson, then swänske Lars Magnus

7 Jun 2016
/ Bloggen fiberfeber

One ring to rule them all

24 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Den tunga bakgrundstrafiken

12 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long read: How to Design a Fibre Optic Network

5 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Welcome to the Fiber Fever Blog!

3 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Procuring an Optical Network – Smooth as Silk

2 Maj 2016
/ Blogg

The Breadth and Width of a Megabit

29 Apr 2016
/ Blogg

The Nobel Prized Piece of Glass

28 Apr 2016
/ Blogg

What’s the time? Really?

28 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (3) – molnsäkerhet

26 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (2) – vad är molnet egentligen?

25 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (1) – det här får du

25 Apr 2016
/ Blogg

Read about the brand new Sunet network.

11 Apr 2016
/ Bloggen fiberfeber

GÉANT och NORDUnet – bästa kompisar

14 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ljuset kommer från Tyskland

3 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Thunderbirds are GO!

19 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ett panorama av verkligheten

17 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Det allseende ögat

15 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Förstärkning på längden

15 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Dämpning och förstärkning i optisk fiber

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Grundläggande om L-bandet

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

C-bandet – grundläggande om

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Logaritmer, min käre Watson

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

CERN – krossen som slår sönder materiens minsta byggstenar

12 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Riksarkivets samarbete med SUNET

11 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

One Ring to Rule them - Vetenskapsrådet

21 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Alla jättars jätte - Cisco

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En värld av siffror - belastning

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Ur led är inte alls tiden - atomur

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En djungel av kontaktdon

4 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Elektronisk enbärsdricka - Juniper

27 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är Géant?

26 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Radar Love - Eiscat

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Color Purple - dispersion

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Full Metal Packet - switchen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Get your kicks on route 66 - routrar

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Game of Stones - kvarts

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Twilight Zone - fotonen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Peering – SUNETs ekonomiska ryggrad

9 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

I mörkret är alla katter infraröda

4 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibertyperna i nätet och deras optiska felaktigheter

29 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är klockan? Egentligen?

21 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Nätets centrum

20 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Den optiska transceivern

17 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Polarisation och informationsöverföring

1 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Laserns historia

30 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Koherent ljus, vad är det?

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

När allt är klart

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

SUNET – nu ännu bättre!

16 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibern fruktar fukten

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Att få kontakt

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Så tillverkas optisk fiber

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Glasbiten som gav nobelpris

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Megabit på längden och tvären

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Fibern från Frostmofjället

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Upphandling av optiskt nät

25 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

OptaSense – när fiber blir sensorer

3 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med ramanförstärkare

2 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk utvikning: 130.000 fibrer som i en liten ask

1 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 2: Felrapporter

27 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 1: hög belastning

26 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med EDFA

22 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Så designar man ett fiberoptiskt nät

11 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Bredare motorväg för svenska data – äntligen en offensiv satsning!

22 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva tidslinjen

21 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva kartan

20 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fiberfeber: Vad som har varit och vad som komma skall

19 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Följ bygget av Sunets nät på bloggen Fiberfeber!

18 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: den mystiska routerkraschen

11 Jun 2006
/ Bloggen fiberfeber

2000–2013: Sunet mognar och kapaciteten ökar. Identitetsfederation skapas.

1 Jan 2000
/ Bloggen fiberfeber

1990–1999: Kapaciteten stiger, 2 – 34 – 155 Mbps

1 Jan 1990
/ Bloggen fiberfeber

1968–1989: Idéernas tidevarv. Internets vagga.

1 Jan 1968
/ Bloggen fiberfeber

Jörgen Städje

Jag heter Jörgen Städje och har skrivit om teknik och vetenskap sedan 1984. Friskt kopplat, hälften brunnet!