Perché i laboratori EMI/EMC necessitano di un generatore a 40 GHz

I laboratori di certificazione EMI (Electromagnetic Interference) ed EMC (Electromagnetic Compatibility) si trovano oggi a gestire frequenze sempre più elevate. Un generatore di segnale che raggiunge i 40 GHz non è un lusso tecnologico, ma uno strumento di lavoro indispensabile dettato da normative stringenti, nuove tecnologie wireless e necessità geometriche di calibrazione.

Ecco le ragioni principali suddivise per area tecnica:

Molti standard internazionali impongono test di emissione e di immunità ben oltre le classiche frequenze dell'elettronica di consumo del passato.

• FCC Part 15 (USA) & ANSI C63.4: La Federal Communications Commission richiede che, per i dispositivi digitali con frequenze operative interne elevate, le misurazioni delle emissioni radiate vengano estese fino alla quinta armonica della frequenza più alta o fino a 40 GHz (a seconda di quale sia la più bassa).
• MIL-STD-461 (Militare) & DO-160 (Avionica): Nei test di suscettibilità radiata (come la nota procedura RS103), i dispositivi destinati all'uso militare, aerospaziale o satellitare devono dimostrare di poter resistere a campi elettromagnetici intensi generati in un range di frequenza che arriva proprio a 40 GHz (e in alcuni casi lo supera).

Mentre per misurare le emissioni prodotte da un oggetto (EMI) si usano principalmente analizzatori di spettro o ricevitori di misura, per i test di immunità il laboratorio deve creare il disturbo per vedere se il dispositivo sotto test (EUT) smette di funzionare.

• Il generatore di segnale è il "motore" che crea l'onda portante (CW) o il segnale modulato a bassissima potenza.
• Questo segnale viene poi inviato a un amplificatore di potenza a banda larga (spesso basato su tecnologia GaN o tubi TWT) e infine irradiato nella camera anecoica verso il prodotto tramite apposite antenne a tromba (horn antennas). Senza una sorgente a 40 GHz, non si potrebbe testare la resilienza del prodotto a tali frequenze.

Il panorama delle telecomunicazioni civili si è spostato massicciamente verso lo spettro delle onde millimetriche (mmWave):

• 5G FR2 (Frequency Range 2): Le reti mobili di nuova generazione sfruttano bande di frequenza intorno ai 24 GHz, 28 GHz e 39 GHz. I laboratori devono testare la conformità radio e l'immunità ai blocchi (blocking) dei dispositivi che integrano queste antenne.
• SatCom e Radar: Le comunicazioni satellitari in banda Ka e i sistemi radar automobilistici o industriali lavorano in queste fette di spettro. Coprire i 40 GHz permette di analizzare le frequenze fondamentali di questi apparati o le loro armoniche principali.

Un laboratorio di certificazione deve garantire l'incertezza di misura. Prima di eseguire qualsiasi test, l'intera catena RF deve essere calibrata.

• Il generatore di segnale fino a 40 GHz viene utilizzato per iniettare segnali di riferimento nei cavi, nelle matrici di commutazione RF, negli attenuatori e per calcolare il path loss (la perdita di segnale lungo il percorso).
• Viene impiegato anche per la validazione del sito di prova stesso (ad esempio, per i test di VSWR del sito della camera d'onda), garantendo che la camera anecoica risponda correttamente anche alle frequenze più elevate.

Sì, assolutamente. Nel contesto italiano, la conformità e i requisiti tecnici non vengono stabiliti da leggi puramente locali isolatisi dal resto del mondo, bensì dal recepimento delle Direttive Europee e dall'adozione delle norme tecniche del CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano).

Il possesso di un generatore fino a 40 GHz si inserisce nel quadro legale e normativo italiano attraverso precise dinamiche.

Qualsiasi dispositivo elettrico o elettronico immesso sul mercato italiano deve recare la Marcatura CE. Per poterla apporre, i produttori devono dimostrare la conformità ai decreti italiani che hanno recepito le direttive europee:

• D.Lgs. 128/2016 (recepimento della Direttiva RED 2014/53/UE per tutti gli apparati che integrano funzioni radio).
• D.Lgs. 80/2016 (recepimento della Direttiva EMC 2014/30/UE per la compatibilità elettromagnetica degli apparati non radio).

Questi decreti impongono il rispetto di "requisiti essenziali" di non-interferenza e di immunità, rimandando alle Norme Armonizzate (tecniche) il compito di definire i limiti di frequenza e i test pratici da eseguire in laboratorio.

Esistono norme armonizzate di riferimento in Italia che richiedono esplicitamente test fino a 40 GHz:

• CEI EN 300 440 (sviluppata da ETSI): È la norma applicata in Italia per i Short Range Devices (dispositivi a corto raggio come sensori radar commerciali, moduli di trasmissione dati intelligenti, allarmi avanzati). Il titolo stesso della norma specifica il campo di applicazione: "da 1 GHz a 40 GHz". Per testare l'immunità di questi oggetti, il laboratorio italiano deve generare segnali in quel range.
• Standard 5G (Bande mmWave): Le specifiche europee recepite in Italia per le reti mobili di nuova generazione (per Base Station e terminali che lavorano sui 26 GHz o 39 GHz) impongono test di emissioni spurie e immunità al blocking che spingono la strumentazione oltre la fondamentale, saturando la necessità dei 40 GHz.
• CEI EN 55011 (CISPR 11): Utilizzata in Italia per gli apparati industriali, scientifici e medicali (ISM). Se un macchinario industriale o un dispositivo medicale genera internamente frequenze elevate, la norma impone di estendere le misure delle emissioni radiate fino a 40 GHz per intercettare le armoniche superiori.

Nella risposta precedente sono stati citati standard americani (FCC) e militari (MIL-STD). Hanno valore legale in Italia?

• Per le aziende italiane che esportano (FCC): Il tessuto industriale italiano (PMI, automotive, automazione) vive di export. Un laboratorio EMC italiano deve possedere la strumentazione a 40 GHz per permettere alle aziende italiane di testare e certificare i propri prodotti secondo le regole FCC prima di spedirli negli USA.
• Per la Difesa Italiana (MIL-STD / STANAG): L'industria della difesa italiana (es. Leonardo e la sua filiera) progetta apparati che devono rispettare gli standard NATO. Gli accordi di standardizzazione NATO (chiamati STANAG) ereditano e integrano direttamente le procedure e i limiti di frequenza (fino a 40 GHz) definiti dai documenti americani MIL-STD-461.

In Italia, l'ente unico di accreditamento dei laboratori è ACCREDIA. Quando un laboratorio italiano richiede l'accreditamento per eseguire test secondo le norme sopra citate (sotto lo standard di qualità UNI CEI EN ISO/IEC 17025), gli ispettori ACCREDIA verificano fisicamente che il laboratorio possieda generatori e catene di misura calibrate e funzionanti fino alla massima frequenza dichiarata dalla norma. Se la norma dice 40 GHz, il laboratorio deve avere lo strumento a 40 GHz con un certificato di taratura valido.