Zakłócenia radiowe (RFI, ang. Radio-frequency interference) - zjawiska polegające na wprowadzaniu do torów radiokomunikacyjnych dodatkowych sygnałów lub pól elektromagnetycznych, które pogarszają odbiór użytecznego sygnału, obniżają jakość transmisji lub powodują błędy w systemach łączności i radionawigacji. Stanowią one szczególny przypadek zakłóceń elektromagnetycznych (EMI), dotyczący zakresów częstotliwości wykorzystywanych przez systemy radiowe.
W literaturze i dokumentach normalizacyjnych zakłócenia radiowe ujmuje się jako niepożądane sygnały elektromagnetyczne, które mogą od pogorszenia jakości odbioru aż do uniemożliwienia pracy usług radiokomunikacyjnych i radionawigacyjnych. Regulacyjnie pojęcie to powiązane jest z kategorią tzw. „szkodliwych zakłóceń” (harmful interference) definiowanych w Regulaminie Radiokomunikacyjnym ITU, którego polskie tłumaczenie zostało opublikowane przez Ministerstwo Cyfryzacji.
Zakłócenia radiowe a zakłócenia elektromagnetyczne W literaturze technicznej pojęcia zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i zakłóceń radiowych (częstotliwości radiowej, RFI) są blisko spokrewnione i bywają używane zamiennie. W wielu opracowaniach EMI definiuje się jako każde niepożądane oddziaływanie elektromagnetyczne na obwód elektryczny lub elektroniczny, niezależnie od częstotliwości, podczas gdy RFI opisuje się jako szczególny przypadek EMI występujący w zakresie częstotliwości radiowych, typowo od kilku kiloherców do setek gigaherców.
Część źródeł technicznych proponuje dodatkowe rozróżnienie, w którym zaburzenia o niższych częstotliwościach (poniżej ok. 20 kHz) określane są jako EMI, natomiast zakłócenia w wyższych zakresach, typowych dla fal radiowych, opisuje się terminem RFI. W praktyce inżynierskiej pojawiają się też pojęcia „zakłócenia EMI/RFI”, podkreślające wspólną naturę zjawiska i podobne metody jego ograniczania.
Historycznie w polskim piśmiennictwie technicznym częściej używano określenia „zakłócenia radiowe”, odnosząc je do zjawisk obserwowanych w torach łączności bezprzewodowej, natomiast wraz z rozwojem elektroniki i wzrostem liczby źródeł zaburzeń coraz powszechniej stosuje się termin „zakłócenia elektromagnetyczne”, obejmujący zarówno zakłócenia radiowe, jak i inne formy oddziaływania pól elektromagnetycznych na urządzenia. Charakterystyka ogólna Zakłócenia mogą mieć charakter: naturalny – związany m.in. z wyładowaniami atmosferycznymi, aktywnością słoneczną, burzami magnetycznymi i promieniowaniem kosmicznym, które generują szerokopasmowy szum w zakresie fal radiowych; sztuczny (antropogeniczny) – pochodzący od urządzeń elektrycznych i elektronicznych (zasilaczy impulsowych, silników, przemienników częstotliwości, oświetlenia LED, systemów telekomunikacyjnych i radiowych itp.).
Ze względu na sposób przenoszenia zakłóceń wyróżnia się najczęściej: zakłócenia przewodzone – rozchodzące się po przewodach zasilających, liniach sygnałowych lub ekranach kabli; zakłócenia promieniowane – przenoszone drogą fal elektromagnetycznych, oddziałujące na anteny, pętle przewodów i inne struktury pełniące rolę odbiorników niepożądanych sygnałów.
Stosuje się również podział na zakłócenia wąskopasmowe (związane np. z pojedynczymi nośnymi częstotliwościami innych systemów radiowych) oraz szerokopasmowe (szum impulsowy, szum przemysłowy), a także na zakłócenia ciągłe i impulsowe.
W Regulaminie Radiokomunikacyjnym ITU wyróżnia się m.in. zakłócenia dopuszczalne i niedopuszczalne oraz podzbiór tzw. „szkodliwych zakłóceń”, które „poważnie utrudniają, utrudniają w sposób powtarzalny lub uniemożliwiają działanie służby radiokomunikacyjnej”. Kategorie te stanowią podstawę do oceny, czy dane zjawisko zakłóceniowe wymaga działań administracyjnych (np. ograniczenia emisji, zmiany parametrów pracy urządzeń). Klasyfikacja Zakłócenia radiowe można klasyfikować według różnych kryteriów, m.in.:
Ze względu na pochodzenie zakłócenia naturalne – powodowane przez zjawiska geofizyczne, takie jak burze atmosferyczne, aktywność słoneczna (np. burza magnetyczna) czy promieniowanie kosmiczne, stanowiące istotne źródło szumu w zakresie fal krótkich, średnich i długich; zakłócenia sztuczne (przemysłowe, komunalne, domowe) – generowane przez urządzenia techniczne: linie energetyczne, urządzenia dużej mocy, przekształtniki energoelektroniczne, napędy z falownikami, sprzęt RTV/AGD, oświetlenie LED oraz urządzenia radiowe i telekomunikacyjne.
Ze względu na widmo częstotliwości zakłócenia wąskopasmowe – zajmujące niewielki fragment pasma, typowe np. dla niepożądanych emisji sąsiedniokanałowych innych nadajników radiowych; zakłócenia szerokopasmowe – obejmujące szeroki zakres częstotliwości (szum impulsowy, szum przemysłowy).
Ze względu na czas trwania zakłócenia ciągłe – o względnie stałym poziomie mocy w czasie (np. stała emisja od nadajnika pracującego na częstotliwości zakłócającej); zakłócenia impulsowe – krótkotrwałe impulsy lub serie impulsów, występujące np. przy przełączaniu obciążeń, pracy styków, zapłonie silników spalinowych czy w niektórych układach przekształtnikowych.
Ze względu na sposób przenoszenia energii zakłócenia przewodzone – sprzęgające się z torami radiowymi przez linie zasilające, uziemienia, ekrany i połączenia kablowe; zakłócenia promieniowane – przenoszone w postaci fal radiowych, sprzęgające się do anten lub elementów przewodzących pełniących rolę anten przypadkowych.
Źródła zakłóceń radiowych Naturalne źródła zakłóceń Naturalne źródła zakłóceń radiowych obejmują m.in.: wyładowania atmosferyczne, generujące krótkotrwałe, szerokopasmowe impulsy elektromagnetyczne odbierane w szerokim zakresie częstotliwości; zmiany aktywności słonecznej i związane z nimi burze magnetyczne w jonosferze, wpływające na propagację fal radiowych w zakresach HF i VHF; promieniowanie kosmiczne oraz szum galaktyczny, istotne w pasmach wykorzystywanych m.in. w radioastronomii.
Zjawiska te kształtują naturalne tło szumowe, które może ograniczać czułość systemów odbiorczych, a w ekstremalnych warunkach powodować zakłócenia lub przerwy w łączności i radionawigacji.
Sztuczne źródła zakłóceń Do sztucznych źródeł zakłóceń radiowych należą m.in.: urządzenia energoelektroniczne (przemienniki częstotliwości, zasilacze impulsowe, ładowarki), generujące szerokopasmowe zakłócenia przewodzone i promieniowane; oświetlenie LED i jego sterowniki, które przy nieprawidłowej konstrukcji lub montażu mogą emitować znaczne poziomy zakłóceń zarówno do sieci zasilającej, jak i drogą promieniowaną, wpływając na odbiór radiowy i telewizyjny; urządzenia radiowe i telekomunikacyjne (stacje bazowe, nadajniki radiowe i telewizyjne, urządzenia radiolinowe, radary), powodujące zakłócenia współkanałowe i sąsiedniokanałowe w przypadku nieprawidłowego planowania częstotliwości lub niezgodności parametrów emisji z wymaganiami; urządzenia użytkowników końcowych (wzmacniacze GSM, routery Wi-Fi, wideorejestratory, uszkodzone konwertery satelitarne, „siatkowe” anteny telewizyjne w złym stanie technicznym), będące częstą przyczyną lokalnych zakłóceń w pracy innych usług radiowych.
W sieciach Wi-Fi istotnym źródłem zakłóceń radiowych są także nałożenia kanałów sąsiednich i współkanałowych (co-channel interference) od wielu punktów dostępu pracujących w tym samym paśmie, jak również emisje innych systemów bezprzewodowych (Bluetooth, kuchenki mikrofalowe, urządzenia IoT).
Skutki zakłóceń Skutki zakłóceń radiowych zależą od poziomu zakłóceń, charakteru odbieranego sygnału oraz zastosowania danego systemu. Mogą one obejmować m.in.: pogorszenie jakości odbioru w systemach radiofonii i telewizji (szumy, trzaski, zakłócenia obrazu, zanik sygnału); zmniejszenie przepustowości i stabilności połączeń w sieciach bezprzewodowych (Wi-Fi, sieci komórkowe), zwiększoną liczbę błędów transmisji, opóźnienia i spadki szybkości; błędy w systemach sterowania i automatyki, w tym nieprawidłowe działanie czujników, sterowników i przekaźników; zaburzenia pracy urządzeń medycznych, w szczególności w środowisku o podwyższonym poziomie emisji elektromagnetycznej, gdy zakłócenia przekraczają odporność elektromagnetyczną aparatury; zakłócenia działania systemów radionawigacyjnych (np. radiolatarni, systemów podejścia ILS, radionawigacji lotniczej i morskiej, systemów GNSS), prowadzące do błędów pozycjonowania lub utraty sygnału nawigacyjnego.
W systemach bezpieczeństwa publicznego (łączność służb ratowniczych, systemy ostrzegania, radionawigacja) zakłócenia radiowe mogą mieć szczególnie poważne konsekwencje ze względu na bezpieczeństwo ruchu lotniczego, morskiego i lądowego, dlatego ich wykrywanie i usuwanie jest przedmiotem działań organów regulacyjnych, takich jak Urząd Komunikacji Elektronicznej.
Metody ograniczania zakłóceń Ograniczanie zakłóceń radiowych jest elementem szerszej dziedziny kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) i obejmuje zarówno działania techniczne, jak i regulacyjne.
Do podstawowych technicznych metod należą: odpowiedni dobór i projektowanie urządzeń z uwzględnieniem wymagań EMC (stosowanie filtrów wejściowych, właściwych topologii obwodów, elementów o niskiej emisji); ekranowanie obwodów i przewodów oraz stosowanie obudów ekranujących wrażliwe układy elektroniczne; filtrowanie zakłóceń przewodzonych za pomocą filtrów przeciwzakłóceniowych i dławików, w tym elementów ferrytowych na przewodach; prawidłowe prowadzenie masy i uziemień, minimalizacja pętli masowych, skracanie przewodów oraz zachowanie odpowiednich odległości pomiędzy obwodami wrażliwymi i źródłami zakłóceń; właściwy dobór i montaż anten oraz kabli koncentrycznych (np. stosowanie kabli o odpowiednim ekranowaniu, unikanie niepotrzebnych „siatkowych” anten szerokopasmowych w kiepskim stanie technicznym).
Na poziomie systemowym stosuje się m.in.: planowanie i koordynację częstotliwości, w tym wyznaczanie pasm, odstępów międzykanałowych i stref ochronnych dla szczególnie wrażliwych służb (np. radioastronomia, radionawigacja); ograniczanie mocy i czasu emisji w określonych pasmach, stosowanie masek widmowych i ograniczeń dotyczących emisji niepożądanych; wymagania dotyczące maksymalnych poziomów emisji oraz minimalnej odporności elektromagnetycznej urządzeń, określane w normach EMC.
W Unii Europejskiej zasady wprowadzania do obrotu urządzeń elektrycznych i elektronicznych regulowane są m.in. przez dyrektywę EMC 2014/30/UE, którą implementuje się w prawie krajowym poprzez akty dotyczące kompatybilności elektromagnetycznej i oceny zgodności urządzeń. W Polsce zagadnienia związane z zakłóceniami radiowymi oraz nadzorem nad wykorzystaniem widma radiowego należą do kompetencji Prezesa Urzędu Komunikacji Elektronicznej.
Zakłócenia radiowe w radionawigacji W radionawigacji zakłócenia radiowe mogą mieć szczególnie istotne konsekwencje ze względu na bezpieczeństwo ruchu lotniczego, morskiego i lądowego. Zakłócenia w pracy systemów takich jak: lotnicze systemy podejścia (np. ILS), systemy nawigacji obszarowej i trasowej (VOR, DME), systemy satelitarne (GNSS – GPS, Galileo, GLONASS), systemy radionawigacji morskiej,
mogą prowadzić do błędów wyznaczania pozycji, odchyłek od zadanej trasy lub całkowitej utraty sygnału nawigacyjnego. Dlatego przepisy lotnicze i morskie przewidują szczegółowe wymagania dotyczące ochrony pasm wykorzystywanych przez radionawigację oraz procedury postępowania w razie wystąpienia zakłóceń.
Przykładowe zjawiska zakłócające propagację fal radiowych W kontekście radiokomunikacji i radionawigacji do zakłóceń radiowych zalicza się również szereg zjawisk propagacyjnych, które zmieniają normalne warunki odbioru sygnału i mogą prowadzić do błędów w radionawigacji. Do najważniejszych z nich należą: burza magnetyczna – gwałtowne zaburzenia pola magnetycznego Ziemi, wpływające na propagację fal radiowych w jonosferze; echo radiowe – odbicia fal radiowych od gęstościowych struktur atmosfery lub jonosfery, powodujące wielodrogowość i opóźnienia sygnałów;