Hoofdstuk 16: Storingen (EMC)
Dit hoofdstuk behandelt elektromagnetische compatibiliteit (EMC): hoe storingen ontstaan, welke vormen ze aannemen, en hoe je ze voorkomt of verhelpt. Praktisch elke zendamateur die met enige regelmaat actief is op amateurbanden, krijgt vroeg of laat te maken met storingen in apparatuur in de nabije omgeving of in de eigen apparatuur. Het gaat hier om storingen die worden veroorzaakt door een elektromagnetisch veld - iets dat elke zender nu eenmaal uitstraalt.
16.1 Soorten Storingen
Storingen in ontvangstapparatuur en LF-versterkers kunnen verschillende vormen aannemen. Bij elk type storing is er een andere oorzaak en daarmee ook een andere oplossing nodig.
16.1.1 Interferentie
Interferentie ontstaat door menging van signalen. Bij menging kunnen allerhande frequenties ontstaan die storingen veroorzaken op TV, radio of bij de buren. Dit proces lijkt op wat er in een mengschakeling gebeurt (zie hoofdstuk 13), maar dan onbedoeld en ongewenst.
Oorzaken van interferentie:
- Harmonischen van de zender - Geen enkele zender is vrij van uitgezonden harmonischen. Vlakbij de zendantenne kunnen deze hinder veroorzaken. Harmonischen zijn veelvouden van de grondfrequentie (2x, 3x, 4x, etc.) die onbedoeld worden mee-uitgezonden.
- Niet-lineariteit in versterkers - Geen enkele versterker is volledig lineair, waardoor altijd wel ergens menging optreedt. Bij menging heeft het ene signaal invloed op de versterking van het andere, vergelijkbaar met hoe AM-modulatie werkt - maar dan ongewenst.
Voorbeeld: De vierde harmonische van een 144 MHz-zender (2-meterband) is 576 MHz. Dit valt in TV-kanaal 34 (574-582 MHz) en kan warrelingen in het beeld veroorzaken. Tot 145,5 MHz valt de vierde harmonische nog in deze TV-band.
16.1.2 Kruismodulatie
Kruismodulatie is een gevolg van niet-lineariteit in het ingangscircuit van een ontvanger. Hierbij ontstaan geen nieuwe frequenties, maar wordt de modulatie van een sterk storend signaal overgedragen op het (zwakkere) beluisterde signaal. Je hoort dan als het ware twee zenders tegelijk, doordat de modulatie van de ene "overspraak" geeft naar de andere.
Voorbeelden: AM op een CW-signaal (tegenwoordig zeldzaam geworden bij gebrek aan AM-stations), of twee FM-signalen door elkaar. Het resultaat is "twee voor de prijs van een", maar niet de bedoeling!
Examenstof: Kruismodulatie staat niet expliciet in de N-exameneisen, maar kan voorkomen in foute meerkeuze-antwoorden.
16.1.3 Laagfrequentdetectie (LFD)
Laagfrequentdetectie (LFD), ook wel "LF-inpraten" genoemd, treedt op wanneer het EM-veld van een zender een HF-frequentie opwekt in een LF-versterker, die vervolgens wordt gedetecteerd door een halfgeleider in het audiodeel. Dit werkt eigenlijk als een onbedoelde kristalontvanger zonder afstemkring: het HF-signaal wordt opgepikt door kabels of bedrading en vervolgens gelijkgericht door een diode-overgang in een transistor.
Examenstof: LFD is een belangrijke storingssoort voor het examen!
Kenmerken per modulatiesoort:
| Modulatie |
Effect bij LFD |
| AM |
Woordelijk verstaanbare taal |
| EZB (SSB) |
Onverstaanbaar geluid in spraakritme |
| CW |
Plopgeluiden bij in-/uitschakelen via de seinsleutel |
| FM |
Zachter of vervormd geluid, geen spraak - de versterker wordt "dichtgedrukt" |
LFD kan optreden bij de buren, maar ook op grotere afstand (tot 100 m). Dit duidt meestal op apparatuur met onvoldoende immuniteit tegen EM-straling. De storing treedt op doordat het ingangssignaal groot genoeg is om een halfgeleider in geleiding te brengen, waardoor detectie (gelijkrichting) plaatsvindt.
EMC-richtlijnen: De CE-markering op apparatuur geeft aan dat het voldoet aan de Europese EMC-richtlijnen (ElektroMagnetische Compatibiliteit). Er zijn regels voor de maximale veldsterkte waarbij een apparaat normaal hoort te werken. Onvoldoende geimmuniseerde apparatuur hoeft in Nederland niet door de amateur te worden ontstoord, maar omwille van goede burenrelaties doen velen dit toch.
16.2 Oorzaken van Storingen
16.2.1 Veldsterkte
Elke zendende antenne veroorzaakt een elektromagnetisch (EM-)veld. De veldsterkte wordt uitgedrukt in V/m of W/m2. Dit veld is de "drager" van de radiogolven en het is ook de oorzaak van eventuele storingen in de omgeving.
Factoren die de veldsterkte bepalen:
- Zendvermogen - Hoe groter het vermogen, hoe groter de veldsterkte
- Afstand - Hoe kleiner de afstand tot de antenne, hoe groter de veldsterkte. De kans op storingen neemt met toenemende afstand snel af.
- Antennebundeling - Een Yagi-antenne kan in de stralingsrichting een aanzienlijk effectief uitgestraald vermogen hebben, ook bij klein zendvermogen. De grootste kans op storingen zit dan ook in de stralingsrichting van de antenne.
Praktijk: De kans op storingen neemt snel af met toenemende afstand tot de antenne. De grootste kans zit in de stralingsrichting van een richtantenne. Als je in een dichtbebouwde omgeving woont, is de afstand tot stoorbare apparatuur al gauw klein.
16.2.2 Ongewenste Uitstralingen
Parasitaire uitstralingen zijn alle signalen buiten de draaggolf en noodzakelijke modulatieproducten. Het woord "parasitair" geeft aan dat deze uitstralingen ongewenst meeliften op je bedoelde signaal:
- Oscillatorfrequenties - Onvoldoende onderdrukte frequenties uit de oscillator die eigenlijk in de zender moeten blijven
- Som- en verschilfrequenties - Ontstaan bij (ongewenste) menging en verschillen van de zendfrequentie
- Harmonischen - Door niet-lineariteit van de eindtrap ontstaan altijd harmonischen (veelvouden van de grondfrequentie)
- Klasse A: minste harmonischen (meest lineair)
- Klasse B: meer harmonischen
- Klasse C: meeste harmonischen (minst lineair)
- Frequentievermenigvuldiging - Bij oudere apparatuur kunnen harmonischen van de oorspronkelijk opgewekte frequentie parasitair worden uitgestraald
Parasitaire uitstralingen kunnen allerlei storingen veroorzaken, niet alleen bij radio en TV, maar ook bij telefoon- en mobilofoonverkeer, luchtvaart en hulpdiensten.
Examenstof: Klasse A is het meest lineair en produceert de minste harmonischen. Klasse C is het minst lineair en produceert de meeste harmonischen. Dit komt doordat bij klasse C de transistor een groot deel van de tijd in spertoestand is, wat sterke vervorming (en dus harmonischen) veroorzaakt.
16.2.3 Indringwegen
Het EM-veld van een zendantenne kan via verschillende wegen apparatuur binnendringen. Een oude uitspraak luidt: "Hoogfrequent kruipt waar het niet gaan kan" - HF vindt altijd wel een weg naar binnen als de apparatuur niet goed is afgeschermd.
| Indringweg |
Typische storing |
| Antennes en antenneleidingen |
Interferentie, kruismodulatie |
| Netsnoeren |
LFD |
| Luidsprekersnoeren |
LFD |
| Signaalleidingen (CD/DVD, audio) |
LFD |
| Directe instraling op printplaat |
LFD |
Stoorsignalen via de antenne leiden meestal tot interferentie of kruismodulatie. De andere vier wegen geven merendeels aanleiding tot laagfrequentdetectie (LFD).
Diagnose tip: Reageert de storing op de volumeregelaar? Dan komt het signaal binnen via een signaalleiding (voor de volumeregelaar). Reageert het niet? Dan is waarschijnlijk de luidsprekerleiding of het netsnoer de boosdoener (deze zitten na de volumeregelaar in het signaalppad).
16.3 Storingen Voorkomen en Verhelpen
16.3.1 Algemene Regels
Fabriekstransceivers voldoen praktisch altijd aan de officiele eisen voor amateurzenders. Wie in staat is tot zelfbouw of eigenhandige modificatie, zal meestal ook de hier beschreven maatregelen zelf kunnen uitvoeren. Bij onzekerheid is hulp van een mede-amateur aangewezen - onderlinge hulp hoort ook bij het zendamateurisme!
Belangrijke preventieve maatregelen:
- Beperk zendvermogen - Gebruik alleen wat nodig is voor de verbinding, zeker in dichtbebouwd gebied waar de afstand tot stoorbare apparatuur klein is
- Goede aanpassing - Zorg voor lage SWR tussen zender, kabel en antenne. Een lage SWR tussen zender en kabel betekent niet automatisch dat de SWR van kabel naar antenne ook goed is!
- Gebruik een balun - Bij asymmetrisch/symmetrisch-overgangen om mantelstromen te voorkomen. Anders straalt de kabel mee, wat voor problemen zorgt als deze langs je huis of dat van de buren loopt.
- Alleen de antenne mag stralen - Niet de kabel! Een enkele antennedraad rechtstreeks op de zenderuitgang is vragen om problemen.
- Middenvoeding boven eindvoeding - Een dipool (middengevoed) geeft minder problemen dan een eindgevoede antenne. Bij eindvoeding gebruik je bij voorkeur een symmetrische aansluiting ("kippenladder").
16.3.2 Filteren
Bij de zender: Laagdoorlaatfilters
Tussen zenderuitgang en antenneleiding kunnen harmonischen worden onderdrukt met laagdoorlaatfilters. Plaats deze zo dicht mogelijk bij de zenderuitgang, of beter nog: in de zender tussen aanpassingsfilter en uitgang.
Pi-filter (CLC):
- Twee condensatoren naar massa/aarde
- Een spoel in de signaallijn
- Effectief laagdoorlaatfilter voor onderdrukking harmonischen
- De naam komt van de vorm die lijkt op de Griekse letter Pi (π)
T-filter (LCL):
- Twee spoelen in de signaallijn
- Een condensator als middenaftakking naar massa
- Ook effectief laagdoorlaatfilter
- De naam komt van de T-vorm van het schema
Let op: Een T-filter met twee condensatoren en een spoel in het midden is een hoogdoorlaatfilter - zinloos voor het onderdrukken van harmonischen! Voor impedantie-aanpassing werkt zo'n filter wel, maar het laat juist de hogere frequenties (harmonischen) door.
Ferrietklem: Een omhulling van ferriet die op de kabel wordt geklemd. De klem verhoogt door zijn hoge magnetische permeabiliteit de zelfinductie op de mantel van de coax-kabel, waardoor mantelstromen worden onderdrukt. Eventueel kunnen meerdere klemmen worden aangebracht voor extra effect. Deze klemmen zijn op onderdelenbeurzen en bij gespecialiseerde radiozaken te koop.
Bij de ontvanger: Zuigkring en Sperkring
Als het amateursignaal storing veroorzaakt in een ontvanger, kunnen speciale filterkringen helpen:
| Filter |
Type |
Aansluiting |
| Zuigkring |
LC-seriekring |
Tussen antenne-ingang en aarde - "zuigt" de storende frequentie naar aarde |
| Sperkring |
LC-parallelkring |
In de signaallijn na antenne-ingang - "spert" de storende frequentie af |
Beide filters worden afgestemd op de storende frequentie. De resonantiefrequentie moet gelijk zijn aan de frequentie van het storende signaal. Nadeel: frequenties rondom de resonantiefrequentie worden ook verzwakt, afhankelijk van de kwaliteit van de kring.
Examenstof: Ken het verschil tussen zuigkring (seriekring, naar aarde) en sperkring (parallelkring, in de lijn)! Bij resonantie heeft een seriekring minimale impedantie (kortsluiting naar aarde), terwijl een parallelkring maximale impedantie heeft (blokkade in de lijn).
Alternatief: Laag- of hoogdoorlaatfilter tussen antenne en ontvanger:
- Storende frequentie hoger dan gewenste? Gebruik laagdoorlaatfilter
- Storende frequentie lager dan gewenste? Gebruik hoogdoorlaatfilter
Praktijkvoorbeeld: Bij een HF-zender die TV stoort, kan een hoogdoorlaatfilter in de TV-antenneleiding helpen. HF-frequenties zijn altijd lager dan TV-frequenties, dus het hoogdoorlaatfilter laat TV door en blokkeert HF. Is de praktijk te ingewikkeld? Vraag hulp bij een ervaren mede-amateur!
16.3.3 Ontkoppelen
Een storend signaal kan via allerlei wegen een elektronisch apparaat binnenkomen: ontvanger, versterker, elektronisch orgel, noem maar op. Het doel van ontkoppelen is het HF-signaal kortsluiten naar massa voordat het schade kan aanrichten.
Lichtnet
Om te bepalen of storing via het lichtnet binnenkomt: plaats een laagdoorlaatfilter in de netaansluiting van het gestoorde apparaat (niet bij de zender). Een filter bij de zender heeft zelden effect, omdat het zendersignaal voorbij dat filter allerlei mogelijkheden heeft om alsnog lichtnetkabels binnen te komen.
Oplossingen:
- Keramische condensator (1-10 nF, min. 1 kV) over de netaansluiting - plat type met lage zelfinductie. Het keramisch dielectricum is geschikt voor hoge frequenties. Een platte condensator heeft rechte elektroden (niet gewonden), waardoor de inwendige zelfinductie klein is.
- Ferriet-ringkern met doorgewikkeld netsnoer voor extra zelfinductie. Wikkel het snoer een aantal keren door de ring. Voor meer zelfinductie: twee ringkernen op elkaar of een grotere nemen.
Monteer het filter veilig in een niet-geleidende behuizing, bijvoorbeeld PVC-buis met schroefafsluiting. Het filter komt zo dicht mogelijk bij de netaansluiting van de versterker, of indien mogelijk erbinnen. Geef een stoorsignaal zo min mogelijk kans!
Luidsprekerleidingen
LFD via luidsprekerleidingen is berucht. Lange kabels (vaak meerdere meters) pikken gemakkelijk HF op en bieden zo alle gelegenheid om een flink signaal op te bouwen. Het gaat niet alleen om hifi-versterkers, maar ook om de audiotrappen van radio en TV.
Diagnose: Reageert de storing niet op de volumeregelaar? Dan is meestal de luidsprekerleiding de boosdoener. Het storende signaal wordt dan ergens in de eindtrap gelijkgericht (gedetecteerd).
Oplossing: Platte keramische condensator (1-10 nF) tussen de twee aders, zo dicht mogelijk bij de versterkeruitgang of beter nog: over de twee polen van de aansluiting binnen de behuizing. Zorg dat de reactantie XC ≤ 1 Ω bij de storende frequentie. Een laagspanningstype is voldoende, want luidsprekeraansluitingen zijn laagohmig en de spanningen daardoor laag.
XC = 1 / (2πfC)
Helpt de condensator onvoldoende, dan kunnen condensatoren samen met ferriet worden toegepast op dezelfde manier als bij netaansluitingen.
Signaalleidingen
Audio-signaalleidingen kunnen ook LFD veroorzaken. De frequentie van een HF- of VHF-signaal is vele orden van grootte hoger dan die van het audiosignaal, wat het recept voor al dit soort storingen in theorie eenvormig maakt: pas een laagdoorlaatfilter toe dat voldoende HF-dicht is.
Het probleem zit meestal in het eerste versterkende element (transistor of FET) waarop het signaal terechtkomt. Daar vindt gelijkrichting (detectie) plaats als de amplitude van het storende signaal groot genoeg is.
Oplossing: Ontkoppelcondensator
Plaats een condensator over de signaalingang, zo dicht mogelijk bij of in het apparaat. De capaciteit hangt af van de bronimpedantie Zsign. Als de reactantie XC grofweg een factor 10 lager is dan Zsign, zal dat bijna altijd voldoende zijn (die factor 10 is niet kritisch - 3 of 15 werkt meestal ook):
C ≈ 10 / (2πf × Zsign)
Rekenvoorbeeld: Bij Zsign = 500 Ω en f = 7,1 MHz (40-meterband):
C ≈ 10 / (2π × 7,1 × 106 × 500) ≈ 450 pF
In de praktijk gebruik je dan een gangbare waarde zoals 470 pF.
Voor de 10-meterband (frequentie 4× hoger): ca. 112 pF, praktisch 120 pF.
Richtlijnen:
- FET (hoogohmige ingang): bereken C op basis van Zsign
- Bipolaire transistor (laagohmige ingang): hogere capaciteit nodig, ca. 3-10 nF. Let bij muziekversterkers op dat de hogere audiofrequenties (5-20 kHz) niet worden gedempt.
- Gebruik platte keramische condensatoren (goede HF-eigenschappen, lage inwendige zelfinductie)
Extra maatregelen:
- Ferrietkralen in de signaalleiding voor de ontkoppelcondensator - verkrijgbaar als enkelvoudige kralen, "varkensneusjes" (twee gaten), of grotere typen voor meer zelfinductie
- Kleine weerstand (enkele honderden ohm) als alternatief voor ferriet
16.3.4 Afschermen
Afschermen ("inblikken") voorkomt dat EM-velden zich verspreiden of binnendringen. Het doel is tweeledig: voorkomen dat velden van binnen naar buiten komen, en voorkomen dat velden van buiten naar binnen komen.
Afscherming in zendapparatuur
- Inblikken - Scherm alles af dat een frequentie opwekt (oscillatoren, mixers). Bij fabrieksapparatuur is dit in orde; wie zelf bouwt of verbouwt moet hier zelf voor zorgen. In de handel zijn blikken doosjes met losse afschermschotjes in allerlei maten te koop.
- Doorvoercondensatoren - Voor voedingsleidingen door afschermingen. De buitenkant is een elektrode (verbonden met de afscherming), de doorlopende leiding is verbonden met de andere elektrode.
- Afgeschermde kabels - Voor signaalleidingen, met afscherming gesoldeerd aan schotten bij doorgang
- Geaard metalen plaatje - Tussen in- en uitgang van versterkers om oscillatie te voorkomen. Dit is des te belangrijker naarmate meer versterkertrappen in serie staan.
Afscherming bij gestoorde apparatuur
- Zoek het gestoorde deel en scherm het af
- Kunststof of houten kast? Beplak de binnenkant met geaarde aluminiumfolie
Praktijk: Directe instraling op de print is een van de lastigst op te lossen storingsproblemen. Dit komt niet heel vaak voor, maar als het gebeurt is "inblikken" vaak de enige oplossing. Fabrieksapparatuur is meestal goed afgeschermd; bij zelfbouw moet je hier zelf voor zorgen.
16.4 Samenvatting
Kernpunten voor het examen:
- Drie storingstypen: Interferentie (menging van signalen), Kruismodulatie (modulatie-overdracht door niet-lineariteit), LFD (detectie van HF in audio-circuits door halfgeleiders)
- LFD-effecten: AM = verstaanbaar, EZB = onverstaanbaar ritme, CW = ploppen, FM = geen geluid maar dichtdrukken
- Parasitaire uitstralingen: Harmonischen, oscillatorfrequenties, mengproducten. Klasse C produceert de meeste harmonischen (minst lineair), klasse A de minste (meest lineair).
- Indringwegen: Antenne (interferentie), netsnoer/luidspreker/signaalleiding (LFD)
- Laagdoorlaatfilters: Pi-filter (CLC) en T-filter (LCL) onderdrukken harmonischen. Let op: T-filter met twee C's en een L is hoogdoorlaat!
- Zuigkring = LC-serie naar aarde (kortsluiting bij resonantie); Sperkring = LC-parallel in de lijn (blokkade bij resonantie)
- Ontkoppelen: Keramische condensator (plat type, goede HF-eigenschappen) + eventueel ferriet (klemmen, kralen, ringkernen)
- Afschermen: Inblikken, doorvoercondensatoren, afgeschermde kabels
- Diagnosetip: Reageert storing op volumeregelaar? → signaalleiding. Niet? → luidspreker of net.