Кіріспе

Радио толқындардың сыртқы көздерінен электр тізбегіндегі бұзылыстар Электромагниттік кедергі (ЭМИ), радиожиілік спектрінде радиожиіліктік кедергі (РЖК) деп те аталады, бұл сыртқы көздердің электромагниттік индукция, электростатикалық байланыс немесе тоқ өткізу арқылы электр тізбегіне әсер ететін бұзылу. Бұл бұзылу тізбектің жұмысын нашарлатуы немесе тіпті тоқтатуы мүмкін. Деректер жолы болған жағдайда, бұл әсерлер қателік деңгейінің артуынан бастап деректердің толық жоғалуына дейін жетеді. Адам мен табиғаттан туындаған көздер ЭМИ тудыратын өзгермелі электр тогы мен кернеуін шығарады: тұтандыру жүйелері, ұялы телефон желісі, найзағай, күн сәулелері және полярлық шамырақтар (солтүстік/оңтүстік жарықтары). ЭМИ көбінесе АМ радиоларына әсер етеді. Ол сондай-ақ ұялы телефондарға, FM радиоларына және теледидарларға, сондай-ақ радиоастрономия және атмосфералық ғылым саласындағы бақылауларға да әсер етуі мүмкін. ЭМИ электрондық соғыстағыдай, радиожабылу үшін мақсатты түрде қолданылуы мүмкін.

Тарих

Радиобайланыстың алғашқы күндерінен бері, қасақана және қасақана емес таратудан туындаған кедергілердің жағымсыз әсерлері сезілді және радиожиілік спектрін басқару қажеттігі анықталды. 1933 жылы Парижде өткен Халықаралық электротехникалық комиссияның (IEC) мәжілісінде электромагниттік үйлесімсіздік (EMI) мәселесін шешу үшін Халықаралық радиокедергілер жөніндегі арнайы комитет (CISPR) құру ұсынылды. CISPR кейіннен өлшеу және сынау техникасы, сондай-ақ эмиссия және иммунитет шектері туралы техникалық жарияланымдар жасады. Бұл ережелер ондаған жылдар бойы дамып, бүгінгі таңда әлемдік ЭМҚ ережелерінің негізін құрайды. 1979 жылы АҚШ-тағы FCC сымды және радиобайланысқа кедергі келтіретін цифрлық жүйелердің санының өсуіне жауап ретінде барлық цифрлық құрылғылардың электромагниттік сәулеленуіне заңды шектеулер қойды. Сынау әдістері мен шектеулер CISPR жарияланымдарына негізделген, бірақ Еуропаның кейбір аймақтарында осыған ұқсас шектеулер бұрыннан қолданылып келді. 1980 жылдардың ортасында Еуропалық Одаққа мүше мемлекеттер ЕО ішіндегі саудаға кедергі келтірмеу үшін өнімдерге қойылатын техникалық талаптарды біркелкілендіру мақсатында бірқатар «жаңа тәсіл» директиваларын қабылдады. Олардың бірі ЭМҚ директивасы (89/336/ЕҚ) болды, ол нарыққа ұсынылған немесе пайдалануға берілген барлық құрылғыларға қолданылады. Оның қолданылу аясына «электромагниттік кедергі тудыруға немесе олардың жұмысына осындай кедергі әсер етуге бейім» барлық аппараттар кіреді.

Қоспа механизмдері

Кейбір техникалық терминдер әртүрлі мағыналарда қолданылуы мүмкін. Кейбір құбылыстарды әртүрлі терминдермен атауға болады. Бұл терминдер мұнда кеңінен қабылданған түрде қолданылған, бұл энциклопедиядағы басқа мақалалармен сәйкес келеді. Шу көзінің немесе шығарушысының, байланыс жолының және зардап шегушінің, қабылдағыштың немесе тұтынушының негізгі орналасуы төмендегі суретте көрсетілген. Көз және зардап шегуші әдетте электрондық аппараттық құрылғылар, бірақ көз табиғи құбылыс болуы мүмкін, мысалы, найзағай, электростатикалық разряд (ESD) немесе, бір танымал жағдайда, Әлемнің пайда болуындағы Ұлы жарылыс. Төрт негізгі байланыс механизмі бар: өткізгіш, сыйымдылық, магниттік немесе индукциялық және сәулелі. Кез келген байланыс жолын осы байланыс механизмдерінің біріне немесе бірнешесіне бөлуге болады, олар бірлесіп жұмыс істейді. Мысалы, диаграммадағы төменгі жол индуктивті, өткізгіш және сыйымдылық түрлерін қамтиды. Өткізгіш байланыс, көз бен зардап шегушінің арасындағы байланыс жолы тікелей электрлік байланыс арқылы, электр өткізгіш денемен, мысалы, тарату желісі, сым, кабель, басылған платадағы (PCB) іздер немесе металл корпусы арқылы қалыптасқанда пайда болады. Өткізілетін шу әртүрлі өткізгіштерде пайда болу жолымен де сипатталады:

Ортақ режимдегі байланыс: шу екі өткізгіште фазада (бір бағытта) пайда болады. Дифференциалдық режимдегі байланыс: шу екі өткізгіште фазадан тыс (қарсы бағытта) пайда болады. Индуктивті байланыс көз бен зардап шегушінің арасындағы қашықтық шамалы болғанда (әдетте толқын ұзындығынан кем) пайда болады. Қатаң айтқанда, "индуктивті байланыс" екі түрге бөлінеді: электрлік индукция және магниттік индукция. Электрлік индукцияны сыйымдылықтық байланыс деп, ал магниттік индукцияны индукциялық байланыс деп атау қалыпты жағдай. Сыйымдылықтық байланыс екі жақын өткізгіш арасында, әдетте толқын ұзындығынан кем қашықтықта электр өрісінің өзгеруі кезінде пайда болады, бұл қабылдаушы өткізгіштегі кернеудің өзгеруіне әкеледі. Индуктивті немесе магниттік байланыс екі параллель өткізгіш арасында, әдетте толқын ұзындығынан кем қашықтықта магниттік өрістің өзгеруі кезінде пайда болады, бұл қабылдаушы өткізгіштегі кернеудің өзгеруіне әкеледі. Сәулелі немесе электромагниттік байланыс көз бен зардап шегушінің арасындағы қашықтық үлкен болғанда (әдетте толқын ұзындығынан артық) пайда болады. Көз бен зардап шегуші радиоантенналар сияқты әрекет етеді: көз электромагниттік толқынды шығарады немесе сәулелендіреді, ол аралық кеңістікте таралады және зардап шегуші оны қабылдайды.

Жүргізілген кедергілер

Кондукциялық ЭМИ өткізгіштердің физикалық жанасуынан туындайды, ал сәулеленулі ЭМИ индукция арқылы (өткізгіштердің физикалық байланысысыз) туындайды. Төмен жиіліктерде ЭМИ кондукция арқылы, ал жоғары жиіліктерде сәулелену арқылы пайда болады. Электр орнатылымдарында жер сымы арқылы ЭМИ жиі кездеседі.

Әртүрлі радиотехнологиялардың сезімталдықтары

Тосқауылдар көбінесе ескі радио технологиялармен, мысалы, аналогтық амплитудалық модуляциямен байланысты, олар қажетсіз сигналдарды күтілетін сигналдан ажырата алмайды, сондай-ақ хабар тарату жүйелерінде қолданылатын толық бағытты антенналармен де. Жаңа радио жүйелері таңдау қабілетін жақсартатын бірнеше жетістіктерді қамтиды. Wi-Fi сияқты цифрлық радио жүйелерінде қателерді түзету техникаларын қолдануға болады. Аналогтық және цифрлық сигнал берумен қатар, тосқауылға төзімділікті арттыру үшін кең спектрлі және жиілікті ауыстыру техникаларын пайдалануға болады. Параболалық антенна немесе диверсити қабылдағышы сияқты жоғары бағытталған қабылдағыш кеңістіктегі бір сигналды таңдап, басқаларын жою үшін қолданылуы мүмкін. Бүгінгі күнге дейін цифрлық кең спектрлі сигнал берудің ең жоғары дәрежелі мысалы – ultra wideband (UWB), ол жоғары өткізу қабілеті бар цифрлық деректерді тарату үшін радиоспектрдің үлкен бөліктерін төмен амплитудада пайдалануды ұсынады. UWB эксклюзивті түрде қолданылса, спектрді өте тиімді пайдалануға мүмкіндік береді, бірақ UWB технологиясын пайдаланбайтын пайдаланушылар олардың қабылдағыштарына тудыратын тосқауылдарға байланысты жаңа жүйемен спектрді бөлісуге дайын емес (UWB-ның реттеулік аспектілері ultra wideband мақаласында талқыланады).

Тұтынушы құрылғыларына кедергі келтіру

АҚШ-та 1982 жылғы 97-259 мемлекеттік заң Федералды байланыс комиссиясына (FCC) тұтынушылық электрондық жабдықтардың электромагниттік сәулелерге сезімталдығын реттеуге рұқсат берді. RFI және EMI-дің болуы мүмкін көздері: түрлі таратушылар, есік қоңырауының трансформаторлары, тостер пештері, электр жамылғылары, ультрадыбыстық зиянкестерден қорғау құрылғылары, электрлік жәндіктерді жою құралдары, жылыту төсектері және сенсорлық басқару шамдары. Егер бірнеше CRT компьютер мониторы немесе теледидары бір-біріне тым жақын орналасса, олардың электрондық сәулелік түтіктерінің электромагниттік қасиеттеріне байланысты, әсіресе дегауссингтік орамдарының бірі қосылғанда, бір-бірінде «дірілдеу» әсерін тудыруы мүмкін. 2,4 ГГц жиілігінде электромагниттік кедергілер 802.11b, 802.11g және 802.11n сымсыз құрылғылары, Bluetooth құрылғылары, сәбилерге арналған мониторлар, сымсыз телефондар, бейне жібергіштер және микротолқынды пештерден туындауы мүмкін. Электр моторлары, трансформаторлар, жылытқыштар, шамдар, балласттар, қуат көздері сияқты ауыстырылатын жүктемелер (индуктивті, сыйымдылық және кедергілік) 2 А-ден жоғары ток күшінде электромагниттік кедергілерді тудырады. ЭМИ-ді басудың ең көп қолданылатын әдісі – контактілер жұбына резисторды конденсатормен тізбектей қосып, снуббер желісін жалғау. Бұл төмен ток күшінде ЭМИ-ді азайтуға көмектессе де, электромеханикалық контактілерде 2 А-ден жоғары ток күшінде снубберлер тиімсіз болады. ЭМИ-ді басудың тағы бір әдісі – феррит ядролы шуды басушыларды (немесе феррит сақиналарын) пайдалану. Олар арзан және кедергі тудырған немесе зақымданған құрылғының қуат сымына бекітіледі. Қосылған режимдегі қуат көздері ЭМИ-дің көзі болуы мүмкін, бірақ жобалау техникасының жақсаруымен, мысалы, қуат коэффициентін түзетудің енгізілуімен, бұл мәселе азайды. Көптеген елдерде электромагниттік үйлесімділікті талап ететін заңдық нормалар бар: электрондық және электрлік жабдық белгілі бір деңгейде ЭМИ-ге ұшырағанда да дұрыс жұмыс істеуі керек, сонымен қатар басқа құрылғыларға (мысалы, радио) кедергі келтіретін ЭМИ шығармауы керек. 21-ші ғасыр бойы радиожиілік сигналдарының сапасы спектрдің тығыздығы артуына байланысты жылына шамамен бір децибелге төмендеді. Бұл ұялы телефон индустриясында «қызыл патшаның жарысын» тудырды, өйткені компаниялар жаңа жиіліктерде көбірек ұялы телефон мұнараларын орнатуға мәжбүр болды, бұл одан әрі кедергі тудырып, провайдерлердің қосымша инвестиция жасауын және ұялы телефондарды жиі жаңартуын қажет етті.

Стандарттар

Радиокедергілер жөніндегі халықаралық арнайы комитет немесе CISPR (французша "Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques") – Халықаралық электротехникалық комиссияның (IEC) комитеті болып табылады және сәулеленген және өткізілген электромагниттік кедергілерге қатысты халықаралық стандарттарды белгілейді. Бұл стандарттар тұрмыстық, коммерциялық, өнеркәсіптік және автокөліктік секторлар үшін жаратылған азаматтық стандарттар болып табылады. Олар басқа ұлттық немесе аймақтық стандарттардың негізін құрайды, ең бастысы – CENELEC (Еуропа электротехникалық стандарттау комитеті) жасаған Еуропалық нормалар (EN). АҚШ ұйымдарының қатарында Электр және электроника инженерлері институты (IEEE), Америка ұлттық стандарттар институты (ANSI) және АҚШ әскери стандарттары (MILSTD) бар.

Интегралды схемадағы ЭМИ

Интегралды схемалар көбінесе ЭМИ (электромагниттік кедергі) көзі болып табылады, бірақ олар энергиясын жылу таратушылар, схемалық тақталар және кабельдер сияқты ірі объектілерге тарату арқылы ғана айқын сәулеленуге қол жеткізе алады. Интегралды схемаларда ЭМИ-ді азайтудың маңызды тәсілдері: әрбір активті құрылғыда (қуат көзіне жақын, мүмкіндігінше құрылғының өзіне қосылған) байпас немесе ажырату конденсаторларын пайдалану, жоғары жылдамдықты сигналдардың өрбу уақытын сериялық резисторлар арқылы басқару және интегралды схеманың қуат көзіне қосылатын тіректерін сүзу. Қалқандау, әдетте, басқа әдістер сәтсіз аяқталған жағдайда ғана соңғы шара ретінде қолданылады, себебі өткізгіш прокладкалар сияқты қалқандау компоненттеріне қосымша шығын кетіп жатады. Сәулеленудің тиімділігі жер немесе қуат жазықтығынан биіктікке (радиожиілікте екеуі де бірдей нәтиже береді) және сигнал компонентінің толқын ұзындығына қатысты өткізгіштің ұзындығына (негізгі жиілік, гармоникалық немесе асып кету, төмендеу немесе діріл сияқты өткінші құбылыстар) байланысты. 133 МГц сияқты төмен жиіліктерде сәулелену көбінесе I/O кабельдер арқылы жүзеге асырылады; радиожиілік шуы қуат жазықтығына өтеді және VCC және GND тіректері арқылы желілік драйверлерге қосылады. Содан кейін радиожиілік желілік драйвер арқылы кабельге ортақ режимдегі шу ретінде таралады. Шу ортақ режимде болғандықтан, тіпті дифференциалдық жұптармен де қалқандаудың тиімділігі өте төмен. Радиожиілік энергиясы сигнал жұбынан сыйымдылық арқылы қалқанға өтеді және сәулеленуді қалқанның өзі жүзеге асырады. Мұның бір шешімі – ортақ режимдегі сигналды азайту үшін тоқылғанды үзуші немесе дроссельді пайдалану. Жоғары жиіліктерде, әдетте 500 МГц-тен жоғары, іздер электрлік тұрғыдан ұзарады және жазықтықтан жоғары орналасады. Бұл жиіліктерде екі техника қолданылады: сериялық резисторлармен толқынды қалыптастыру және іздерді екі жазықтықтың арасына ендіру. Егер барлық шаралар ЭМИ-ді тым көп деңгейде қалдырса, радиожиілікті прокладкалар және мыс немесе өткізгіш таспа сияқты қалқандау қолданылуы мүмкін. Көптеген цифрлық құрылғылар металл немесе өткізгіш жабынған пластик корпуспен жасалған.

Радиодиапазондық иммунитет және сынақтар

Кез келген қорғалмаған жартылай өткізгіш (мысалы, интегралды схема) тұрмыстық ортада (мысалы, ұялы телефондарда) кең таралған радиосигналдарды анықтағыш ретінде әрекет етеді. Мұндай анықтағыш жоғары жиілікті ұялы телефон тасымалдаушысын (мысалы, GSM850 және GSM1900, GSM900 және GSM1800) демодуляциялап, төмен жиілікті (мысалы, 217 Гц) демодуляцияланған сигналдарды тудырады. Бұл демодуляция микрофондық күшейткіш, динамик күшейткіш, автомобиль радиосы, телефондар және т.б. сияқты аудио құрылғыларда қолайсыз естілетін шу ретінде көрінеді. Борттағы EMI сүзгілерін немесе ерекше орналастыру техникаларын қолдану EMI-ді айналып өтуге немесе радиожиіліктік тұрақтылықты арттыруға көмектеседі. Кейбір интегралдық схемалар (мысалы, LMV831, LMV834, MAX9724) жоғары жиілікті тасымалдаушының демодуляциясын азайтуға көмектесетін кіріктірілген RF сүзгілерімен немесе ерекше конструкциямен жасалған. Дизайнерлер жүйеде қолданылатын компоненттердің радиожиіліктік тұрақтылығын тексеру үшін арнайы сынақтар жүргізуі керек. Бұл сынақтар көбінесе бақыланатын радиожиіліктік ортасы бар эхоалуан камерада жүргізіледі, онда сынақ векторлары нақты ортада туындайтын радиожиіліктік өріс сияқты өріс тудырады. Найзағай мен күн сияқты табиғи кедергі көздері де жиі RFI деп аталады. Радиоастрономия үшін маңызды кейбір жиілік диапазондары, мысалы 21 см HI сызығы 1420 МГц, реттеумен қорғалады. Дегенмен, VLA, LOFAR және ALMA сияқты қазіргі заманғы радиоастрономиялық обсерваториялардың өте кең жолақтығы бар. Радиожиіліктердегі спектрлік кеңістіктің шектеулі болуына байланысты, бұл жиілік диапазондарын радиоастрономияға толықтай бөлу мүмкін емес; мысалы, реионизация дәуіріндегі 21 см сызығының қызыл жылжуы FM хабар тарату жолағымен (88–108 МГц) беттесуі мүмкін, сондықтан радиотелескоптар осы жолақта RFI-мен күресуі керек.

Қоршаған ортаны бақылау туралы РҚЖ

Wi-Fi енгізілгенге дейін 5 ГГц жолағының ең маңызды қолданыстарының бірі Терминалдық Доплер ауа райы радары болды. 5 ГГц спектрін Wi-Fi үшін пайдалану туралы шешім 2003 жылы өткен Дүниежүзілік радиобайланыс конференциясында қабылданды; алайда, метеорологиялық органдар осы процеске қатыспады. Кейіннен DFS-тің тиімсіз іске асырылуы мен дұрыс конфигурацияланбауы салдарынан әлемнің көптеген елдерінде ауа райы радарларының жұмысында үлкен қиындықтар туды. Венгрияда ауа райы радарлық жүйесі бір айдан астам уақытқа жұмыс істемейтін жағдайға жетті. Кедергінің күштілігіне байланысты Оңтүстік Африканың ауа райы қызметі C жолағын пайдаланудан толығымен бас тартып, радар желісін S жолағына көштірді. Ауа райы спутниктері сияқты пассивті қашықтан зондтауға қолданылатын жақын жолақтардағы сигналдар кедергі тудырып, кейде олар өте күшті болды. 5G технологиясының жеткілікті реттелмеуі салдарынан үлкен кедергілер туындауы мүмкін деген алаңдаушылық бар. Күшті кедергілер ауа райы болжамының сандық нәтижелерін нашарлатып, экономикалық және қоғамдық қауіпсіздікке теріс әсер етеді. Осы алаңдаушылықтарға байланысты АҚШ Сауда министрі Уилбур Росс және NASA әкімшісі Джим Бриденстайн 2019 жылдың ақпан айында FCC-ге жоспарланған спектр аукционын тоқтатуға шақырды, бірақ бұл ұсыныс қабылданбады.