GLÁUCIO SANTOS Tecnologia, Universidade Mackenzie, 1991 CONSIDERAÇÕES DO AMBIENTE ELETROMAGNÉTICO URBANO NA ANÁLISE

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1 GLÁUCIO SANTOS Tecnologia, Universidade Mackenzie, 1991 CONSIDERAÇÕES DO AMBIENTE ELETROMAGNÉTICO URBANO NA ANÁLISE DE INTERFERÊNCIAS EM VEÍCULOS AUTOMOTORES Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia. São Paulo 2002

2 GLÁUCIO SANTOS Tecnologia, Universidade Mackenzie, 1991 CONSIDERAÇÕES DO AMBIENTE ELETROMAGNÉTICO URBANO NA ANÁLISE DE INTERFERÊNCIAS EM VEÍCULOS AUTOMOTORES Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia. Área de Concentração Sistemas de Potência Orientador Prof. Dr. Carlos Antonio França Sartori São Paulo 2002

3 Santos, Gláucio Considerações do Ambiente Eletromagnético Urbano na Análise de Interferências em Veículos Automotores. São Paulo, p. Dissertação Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Sistemas de Potência. 1. Ambiente eletromagnético 2. Compatibilidade eletromagnética 3.Campos eletromagnéticos I. Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Sistemas de Potência II. DaimlerChrysler do Brasil.

4 Dedico este trabalho à minha esposa Andréa, minha filha Gabriele e aos meus pais.

5 AGRADECIMENTOS À DaimlerChrysler do Brasil Ltda que possibilitou a realização deste trabalho, através da colaboração de diversos colegas do Centro de Desenvolvimento Tecnológico. Ao INPE-LIT e a ABRICEM que contribuíram intensivamente na realização das medições e na análise dos dados adquiridos. Ao Mestre Benjamim da Silva C. M. Galvão pela parceria e o companheirismo nos trabalhos efetuados em conjunto. Ao meu orientador Prof. Dr. Carlos Antonio França Sartori pelo incentivo para realização deste trabalho A todos que de alguma maneira contribuíram na realização deste trabalho.

6 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE FIGURAS RESUMO ABSTRACT 1 INTRODUÇÃO 1 2 REVISÃO LITERÁRIA Resumo da revisão literária 13 3 METODOLOGIA Introdução Aspectos teóricos e definições Compatibilidade Eletromagnética (CEM) Ambiente Eletromagnético Composição do ambiente EM interno ao veículo Composição do ambiente EM externo ao veículo Métodos de medidas e critérios aplicáveis Considerações Gerais Considerações sobre a detecção de sinais Detector de Quase-pico (QP) Detector tipo average (AVE) Detector tipo de peco (P) medição do campo elétrico e fatores que influenciam a medição Definição dos limites de imunidade 28

7 3.4 Metodologia adotada Introdução Considerações sobre a escolha dos pontos de medição Equipamentos utilizados durante as medições Fator de correção das antenas Aspectos gerais Antena Monopolo H-Field Loop Antena Bicônica Antena Log-espiral Antena Double Ridge Guide Perda nos cabos de medição Aspectos gerais Fator de perda no cabo Definição dos locais de medição Introdução Considerações sobre as medições próximas às ERB s Considerações sobre as medições próximas a antenas de TV e rádio Considerações sobre as medições próximas às linhas de transmissão e subestações Considerações sobre as medições em aeroportos 43 4 RESULTADOS Comentários gerais Resultados das medições próximas às ERB s Resultados das medições próximas a sistemas de TV e rádio 45

8 4.4 Resultados das medições próximas a sistemas de potência Resultado das medições próximas a aeroportos 60 5 DISCUSSÕES Medições próximas às ERB s Medições próximas à sistemas de TV e rádio Medições próximas às linhas de transmissão e em subestações Medições próximas aos aeroportos Apresentação do ambiente EM 66 6 CONCLUSÃO 74 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76

9 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Resumo de atividades de CEM. 14 Tabela 3.1 Características do detector de QP. 24 Tabela 3.2 Características do detector AVE. 25 Tabela 3.3 Características do detector de pico. 26 Tabela 3.4 Instrumentação utilizada nas medições. 32 Tabela 4.1 Valores medidos através do medidor isotrópico sistemas de TV e rádio. 46 Tabela 4.2 Sistemas de potência valores medidos com medidor isotrópico. 59 Tabela 5.1 Campos provenientes de sistemas de TV e rádio. 65 Tabela 5.2 Valores de campo para a faixa de 0,5MHz a 30MHz 67 Tabela 5.3 Valores de campo para a faixa de 30MHz a 200MHz 68 Tabela 5.4 Valores de campo para a faixa de 200MHz a 1GHz 69 Tabela 5.5 Limite de imunidade impostos por normas 70

10 LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Crescimento da aplicação de sistemas elétricos e eletrônicos embarcados [2]. 3 Figura 3.1 Equipamentos e meio ambiente [63]. 17 Figura 3.2 Ambiente EM interno ao veículo [64]. 19 Figura 3.3 Ambiente EM externo ao veículo [64]. 21 Figura 3.4 Circuito detector simplificado. 23 Figura 3.5 Detector de QP [70]. 24 Figura 3.6 Ambiente EM em função da freqüência e da probabilidade [64]. 29 Figura 3.7 Definição dos limites [64]. 30 Figura 3.8 Antena Monopolo. 33 Figura 3.9 Gráfico do fator de correção da antena H-Field Loop. 34 Figura 3.10 Antena H-Field Loop. 34 Figura 3.11 Gráfico do fator de correção da antena bicônica. 35 Figura 3.12 Antena bicônica. 35 Figura 3.13 Gráfico do fator de correção da antena Log-espiral. 36 Figura 3.14 Antena Logéspiral. 36 Figura 3.15 Gráfico do fator de correção da antena Double Ridge Guide. 37 Figura 3.16 Antena Double Ridge Guide. 37 Figura 3.17 Gráfico do fator de perda do cabo. 38 Figura 3.18 Medição do campo elétrico utilizando-se medidor isotrópico. 39 Figura 3.19 Medição na região da Av. Paulista. 41 Figura 3.20 Medição na região da Av. Paulista. 41 Figura 3.21 Jd. São Gabriel e Pico do Itapeva 42

11 Figura 3.22 Medições nas proximidades das linhas de transmissão e subestações. 43 Figura 3.23 Ponto de medição no aeroporto. 44 Figura 4.1 Medição nas imediações de ERB 45 Figura 4.2 Av. Paulista com Brig. Luis Antônio (polarização vertical) 47 Figura 4.3 Av. Paulista com Brig. Luis Antônio (polarização horizontal) 47 Figura 4.4 Av. Paulista com Brig. Luis Antônio (Log-espiral) 48 Figura 4.5 Av. Paulista com Teixeira da Silva (polarização vertical) 48 Figura 4.6 Av. Paulista com Teixeira da Silva (polarização horizontal) 49 Figura 4.7 Praça Oswaldo Cruz (polarização vertical) 49 Figura 4.8 Praça Oswaldo Cruz (polarização horizontal) 50 Figura 4.9 Praça Oswaldo Cruz (Log-espiral) 50 Figura 4.10 Instituto Adolfo Lutz (polarização vertical) 51 Figura 4.11 Instituto Adolfo Lutz (polarização horizontal) 51 Figura 4.12 Instituto Adolfo Lutz (Log-espiral) 52 Figura 4.13 Sumaré (polarização vertical) 52 Figura 4.14 Sumaré (polarização horizontal) 53 Figura 4.15 Praça Oswaldo Cruz 1997 (polarização vertical) 54 Figura 4.16 Praça Oswaldo Cruz 1997(polarização horizontal) 54 Figura 4.17 Praça Oswaldo Cruz 1997 (polarização vertical) 55 Figura 4.18 Praça Oswaldo Cruz 1997(polarização horizontal) 55 Figura 4.19 Jd. São Gabriel Campinas (polarização vertical) 56 Figura 4.20 Jd. São Gabriel Campinas (polarização horizontal) 56 Figura 4.21 Jd. São Gabriel Campinas (Log-espiral) 57 Figura 4.22 Pico do Itapeva Pindamonhamgaba (200MHz a 1GHz) 57

12 Figura 4.23 Pico do Itapeva Pindamonhamgaba (polarização vertical) 58 Figura 4.24 Pico do Itapeva Pindamonhamgaba (polarização horizontal) 58 Figura 4.25 Medição abaixo da LT de 500kV em via pública 59 Figura 4.26 Medição nas imediações do aeroporto de São Paulo 60 Figura 4.27 Medição nas imediações do aeroporto de São Paulo 61 Figura 4.28 Medição nas imediações do aeroporto de São Paulo 62 Figura 4.29 Medição nas imediações do aeroporto de São Paulo 63 Figura 5.1 Faixa de freqüências de 0,5 a 30MHz 71 Figura 5.2 Faixa de freqüências de 30 a 200MHz 71 Figura 5.3 Faixa de freqüências de 200MHz a 1GHz 72 Figura 5.4 Ambiente EM - Faixa de freqüências de 0,1MHz a 1GHz 73

13 Lista de abreviaturas ABS AM ANSI AVE BW CEM CISPR EM ERB FCC FM ICNIRP IEC IEEE IEM ISO MRA NAFTA OMS P QP RFI SAE Sistema antibloqueio de freios Modulação em amplitude (Amplitude modulation) American National Standard Detector average Faixa de passagem (bandwidth) Compatibilidade eletromagnética Special International Committee on Radio Perturbations Eletromagnético (a) Estação de rádio base Federal Communications Commission Modulação em freqüência (Frequency modulation) International Commission on Non-ionizing Radiation Protection International Electrotechnical Commission Institute of Electrical and Electronic Engineers Interferência eletromagnética International Standard Mutual Recognition Agreement North American Free Trade Agreement Organização Mundial da Saúde Detector de pico (peak) Detector quase-pico (Quasy-peak) Radio Frequency Interference Society of Automotive Engineers

14 SAR Std. UHF VHF Specific Absorption Rate Standard (norma) Ultra high frequency band Very high frequency band

15 RESUMO Em face da crescente dependência e utilização dos sistemas elétricos e eletrônicos nos veículos automotores modernos, ao se considerar os níveis de imunidade destes sistemas e a ampla variedade de fenômenos eletromagnéticos presentes nas cidades, deve-se destacar a importância da análise da influência do ambiente eletromagnético urbano nos estudos de compatibilidade eletromagnética (CEM) destes equipamentos. Diante deste cenário e devido à característica de mobilidade dos veículos automotores, este trabalho ressalta a importância da consideração da influência do ambiente eletromagnético (EM) de grandes centros urbanos na metodologia de análise de CEM em veículos e seus equipamentos embarcados. Assim, definiu-se como ambiente típico aquele relacionado às principais regiões urbanas do Brasil, com ênfase naquelas localizadas no Estado de São Paulo, selecionadas em função da severidade dos campos EM, tanto com relação à sua intensidade quanto à diversidade de fenômenos EM presentes. Neste trabalho são apresentados resultados práticos oriundos de diversas medições, abrangendo regiões com características que variam de áreas residenciais e densamente povoadas, com grandes atividades comerciais e industriais, a aquelas relacionadas à áreas específicas e situadas na proximidade de linhas de transmissão de energia elétrica, antenas de rádio difusão e televisões, estações rádio base, regiões próximas a aeroportos, etc. Ressalta-se que os resultados apresentados abrangem a maioria dos eventos EM capazes de perturbar a eletrônica embarcada, proporcionando uma comparação das condições do ambiente eletromagnético brasileiro com as de outros países. Menciona-se que estes resultados são considerados de grande utilidade para o estabelecimento, melhoria e adequação das metodologias e regulamentações relacionadas às avaliações de CEM aplicáveis à indústria automobilística brasileira.

16 Uma análise crítica destes resultados é apresentada, bem como algumas recomendações relacionadas à análise de CEM em sistemas embarcados.

17 ABSTRACT Facing the dependency and diversity of applications of the on-board electronics in the modern vehicles and taking into account their immunity level as well as the variety of electromagnetic (EM) phenomena at the present time in the cities, the analysis of the influences from the urban electromagnetic environment have to be stressed in the electromagnetic compatibility (EMC) studies of those devices. Based on this picture and due to the mobility characteristics of the automobiles, this work emphasises the importance of the influences of EM environment of the urban areas in the methodology for EMC analysis of automobiles and its electronics equipment. Thus, the typical environment was defined as the one related to the main urban areas in Brazil, emphasising those located in São Paulo State and taking into consideration the intensity and variety of the EM sources. Results of many practical measurements, including those resultants of regions with high density of population, with commercial and industrial activities, closer to transmission lines and into substations, near to TV and radio broadcasting antennas, cellular radio base stations, airports, etc. The presented results embrace the main EM events that are capable to cause disturbances in the on-board electronics. These data enables a comparison of the brazilian EM environmental conditions with the analyses already performed in other Countries. By the way, the presented results are taken as useful for establishing, improving and adjusting the methodologies and regulations of EMC procedures that are applicable for the automotive industries in Brazil. A critical analysis of those results is presented as well as some recommendations related to the EMC analysis of the on-board devices.

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