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電磁干渉（EMI）は、無線周波数スペクトルでは無線周波数干渉（RFI ）とも呼ばれ、外部ソースによって発生し、電磁誘導、静電結合、または伝導によって電気回路に影響を与える妨害です。[ 2 ]この妨害は、回路の性能を低下させたり、機能を停止させたりする可能性があります。データパスの場合、これらの影響は、エラー率の増加からデータの完全な損失まで多岐にわたります。[ 3 ]
人工的なものと自然的なものの両方から、電磁干渉（EMI）を引き起こす可能性のある変化する電流と電圧が発生します。例えば、点火システム、携帯電話のセルラーネットワーク、雷、太陽フレア、オーロラ（北極光／南極光）などが挙げられます。EMIはAMラジオに頻繁に影響を与えます。また、携帯電話、FMラジオ、テレビ、さらには電波天文学や大気科学の観測にも影響を与える可能性があります。
EMIは、電子戦のように、意図的に無線妨害に利用されることがある。
無線通信の黎明期から、意図的および非意図的な送信による干渉の悪影響が感じられ、無線周波数スペクトルを管理する必要性が明らかになった。[ 4 ]
1933年、パリで開催された国際電気標準会議（IEC）の会議で、 EMIという新たな問題に対処するため、国際無線干渉特別委員会（CISPR）の設立が勧告されました。CISPRはその後、測定および試験技術に関する技術刊行物を作成し、放射および耐性の制限値を推奨しました。これらは数十年にわたって進化し、今日では世界のEMC規制の多くの基礎となっています。[ 5 ]
1979年、米国では有線および無線通信に干渉するデジタルシステムの増加に対応して、 FCCによりすべてのデジタル機器からの電磁波放射に法的制限が課されました。試験方法と制限はCISPRの出版物に基づいていましたが、同様の制限はヨーロッパの一部ですでに施行されていました。[ 6 ]
1980年代半ば、欧州連合加盟国は、製品の技術要件を標準化し、EC域内での貿易の障壁とならないようにすることを目的として、多数の「新アプローチ」指令を採択しました。その一つがEMC指令（89/336/EC）[ 7 ]であり、市場に出回る、または使用開始されるすべての機器に適用されます。その適用範囲は、「電磁妨害を引き起こす可能性のある、またはそのような妨害によって性能が影響を受ける可能性のある」すべての機器を網羅しています。[ 6 ]
これは、一般向け機器における電磁波の放出だけでなく、電磁波に対する耐性についても法的要件が設けられた初めての事例でした。一部の製品では、一定の耐性レベルを確保するために追加費用が発生する場合がありますが、現代の活発な電磁環境下で機器と共存でき、問題も少なくなるため、製品の認識品質が向上します。[ 6 ]
現在、多くの国で、製品が一定レベルの電磁両立性（EMC）規制を満たすための同様の要件が設けられています。[ 6 ]
電磁干渉は、発生源と信号の特性に応じていくつかの種類に分類される。
この文脈ではしばしば「ノイズ」と呼ばれる干渉源は、人為的なもの（人工的なもの）の場合もあれば、自然なものである場合もある。
連続波（CW）干渉は、発生源が特定の周波数範囲で連続的に電波を発信する場合に発生します。このタイプの干渉は、周波数範囲に応じて自然にいくつかのサブカテゴリに分類され、全体として「直流から昼光まで」と呼ばれることもあります。一般的な分類の一つとして、周波数範囲の広がりに応じて狭帯域と広帯域に分けられます。
電磁パルス（EMP）は、過渡的擾乱とも呼ばれ、発生源が短時間のエネルギーパルスを放出することで生じる。このエネルギーは通常、広帯域であるが、被災者においては比較的狭帯域の減衰正弦波応答を引き起こすことが多い。
情報源は大きく分けて、孤立した出来事と反復的な出来事に分類される。
孤立したEMP現象の発生源には以下が含まれる。
規則的なパルス列として発生することもある、反復的なEMPイベントの発生源には、以下のようなものがある。
伝導性電磁干渉は導体の物理的な接触によって発生するのに対し、放射性電磁干渉は誘導（導体の物理的な接触なし）によって発生します。導体の電磁場における電磁擾乱は、導体の表面に限定されず、そこから放射されます。これはすべての導体で発生し、2つの放射電磁場間の相互誘導によって電磁干渉が発生します。[ 8 ]
本書で使用されている専門用語の中には、異なる意味で用いられるものもあります。また、ある現象は様々な異なる用語で呼ばれる場合もあります。ここでは、これらの用語を広く受け入れられている意味で使用しており、百科事典の他の記事とも整合性が取れています。
ノイズ発生器（ソース）、結合経路、および被発生器（レセプタクルまたはシンク）の基本的な配置は、下図に示されています。ソースと被発生器は通常、電子機器ですが、ソースは落雷、静電放電（ESD）、あるいは有名な例として宇宙の起源におけるビッグバンといった自然現象である場合もあります。
結合メカニズムには、伝導性、容量性、磁気性（または誘導性）、放射性の4つの基本的な種類があります。どの結合経路も、これらの結合メカニズムの1つ以上が組み合わさって機能するように分解できます。例えば、図の下側の経路は、誘導性、伝導性、容量性のモードを含んでいます。
伝導結合は、送信機と被送信機の間の結合経路が、伝送線路、電線、ケーブル、プリント基板の配線、金属筐体などの導体との直接的な電気的接触によって形成される場合に発生します。伝導ノイズは、異なる導体上でどのように現れるかによっても特徴づけられます。
誘導結合は、発生源と被発生源が短い距離（通常は波長よりも短い距離）で隔てられている場合に発生します。厳密には、「誘導結合」には電気誘導と磁気誘導の2種類があります。電気誘導は容量結合、磁気誘導は誘導結合と呼ばれるのが一般的です。
容量結合は、通常は波長よりも近い距離にある2つの隣接する導体間に変化する電界が存在する場合に発生し、受信側の導体に電圧の変化を引き起こします。
誘導結合または磁気結合は、通常は波長よりも短い距離で平行に配置された2本の導体の間に変化する磁場が存在する場合に発生し、受信側の導体に沿って電圧の変化を誘起する。
放射結合、または電磁結合は、発生源と被発生源が波長よりも長い距離で隔てられている場合に発生します。発生源と被発生源は無線アンテナのように機能し、発生源は電磁波を放射し、それが両者の間の空間を伝播して被発生源によって受信されます。
電磁干渉、すなわち無線周波数干渉（EMIまたはRFI）の意味での干渉は、国際電気通信連合（ITU）の無線通信規則（RR）[ 9 ]の第1.166条によれば、 「無線通信システムでの受信時に、1つまたは複数の放射、放射線、誘導による不要なエネルギーの影響であり、そのような不要なエネルギーがない場合に抽出できるはずの性能低下、誤解釈、または情報の損失として現れる」と定義されています。
これは、周波数管理機関が無線局やシステムへの周波数割り当てや周波数チャネルの割り当てを行う際、また無線通信サービス間の電磁両立性を分析する際にも使用される定義です。
ITU RR（第1条）に従って、干渉の変動は次のように分類されます。[ 10 ]
伝導性EMIは導体の物理的な接触によって発生するのに対し、放射性EMIは誘導（導体の物理的な接触なし）によって発生します。
低周波数帯では、電磁干渉は伝導によって発生し、高周波数帯では放射によって発生する。
接地線を介した電磁干渉も、電気設備では非常に一般的です。
干渉は、不要な帯域内信号を目的の信号から区別する方法がないアナログ振幅変調などの旧式の無線技術や、放送システムで使用される無指向性アンテナでより厄介な問題となる傾向があります。新しい無線システムには、選択性を向上させるためのいくつかの改良が組み込まれています。Wi -Fiなどのデジタル無線システムでは、誤り訂正技術を使用できます。スペクトラム拡散と周波数ホッピング技術は、アナログ信号とデジタル信号の両方で使用でき、干渉耐性を向上させます。放物面アンテナやダイバーシティ受信機などの指向性の高い受信機を使用すると、空間内の特定の信号を選択して他の信号を排除できます。
デジタルスペクトラム拡散信号の最も極端な例は、超広帯域（UWB）です。これは、無線スペクトルの広い範囲を低振幅で使用して、高帯域幅のデジタルデータを送信することを提案しています。UWBのみを使用すれば、スペクトルを非常に効率的に利用できますが、UWB以外の技術を使用しているユーザーは、受信機に干渉が発生する可能性があるため、新しいシステムとスペクトルを共有する準備がまだできていません（UWBの規制上の影響については、超広帯域に関する記事で説明しています）。
米国では、1982年の公共法97-259により、連邦通信委員会（FCC）が消費者向け電子機器の感受性を規制することができた。[ 11 ] [ 12 ]
RFIおよびEMIの潜在的な発生源には、各種送信機、ドアベルトランス、トースターオーブン、電気毛布、超音波害虫駆除装置、電気式虫除け器、加熱パッド、タッチ制御ランプなどがあります。複数のCRTコンピューターモニターやテレビが互いに近すぎると、特に消磁コイルの1つが作動しているときに、ブラウン管の電磁気的な性質により、互いに「揺れ」効果を引き起こすことがあります。
2.4 GHz の電磁干渉は、802.11b、802.11g、802.11n無線機器、Bluetooth機器、ベビーモニター、コードレス電話、ビデオ送信機、電子レンジなどによって引き起こされる可能性があります。
電気モーター、変圧器、ヒーター、ランプ、バラスト、電源などのスイッチング負荷（誘導性、容量性、抵抗性）はすべて、特に 2 Aを超える電流で電磁干渉を引き起こします。EMI を抑制するために通常使用される方法は、スナバネットワーク（抵抗とコンデンサを直列に接続したもの）を一対の接点に接続することです。これは非常に低い電流ではわずかな EMI 低減効果をもたらす可能性がありますが、スナバは電気機械接点では 2 Aを超える電流では機能しません。 [ 14 ] [ 15 ]
EMIを抑制するもう一つの方法は、フェライトコアノイズサプレッサ（またはフェライトビーズ）を使用することです。これは安価で、問題のある機器または影響を受けた機器の電源リードにクリップで留めることができます。
スイッチング電源はEMIの発生源となる可能性があるが、力率改善回路の内蔵など、設計技術の向上に伴い、問題は軽減されてきている。
ほとんどの国では、電磁両立性に関する法的要件が定められています。電子機器や電気機器は、一定量の電磁干渉（EMI）にさらされても正しく動作しなければならず、他の機器（ラジオなど）に干渉する可能性のある電磁干渉を放出してはなりません。
21世紀を通じて、周波数スペクトルがますます混雑するにつれて、無線周波数信号の品質は年間約1デシベルずつ低下してきました。これにより、携帯電話業界は赤の女王の競争を強いられ、企業は（新しい周波数で）より多くの携帯電話基地局を設置せざるを得なくなり、その結果、干渉が増加し、プロバイダーによるより多くの投資と携帯電話の頻繁なアップグレードが必要になりました。[ 16 ]
国際電気標準会議（IEC）の委員会である国際無線干渉特別委員会（CISPR、フランス語の略称は「Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques」）は、放射性および伝導性電磁干渉に関する国際規格を定めています。これらは、家庭用、商業用、産業用、自動車用といった民間の分野における規格です。これらの規格は、他の国や地域の規格の基礎となっており、中でも欧州電気標準化委員会（CENELEC）が作成した欧州規格（EN）が最も有名です。米国には、電気電子学会（IEEE）、米国規格協会（ANSI）、米国軍（MILSTD）などの組織があります。
集積回路はしばしばEMIの発生源となるが、通常、ヒートシンク、回路基板プレーン、ケーブルなどのより大きな物体にエネルギーを結合させて初めて、顕著な放射を行うことができる。[ 17 ]
集積回路では、EMI を低減するための重要な手段として、各アクティブ デバイスにバイパスコンデンサまたはデカップリングコンデンサを使用すること(電源に接続し、デバイスのできるだけ近くに配置)、直列抵抗を使用して高速信号の立ち上がり時間を制御すること[ 18 ] 、およびIC 電源ピンのフィルタリングなどがあります。シールドは、導電性ガスケットなどのシールド部品のコストが増加するため、通常は他の技術が失敗した後の最後の手段となります。
放射効率は、グランドプレーンまたは電源プレーンからの高さ（RFではどちらも同じくらい効果的）と、信号成分（基本周波数、高調波、またはオーバーシュート、アンダーシュート、リンギングなどの過渡現象）の波長に対する導体の長さに依存します。133 MHzなどの低周波数では、放射はほぼすべて I/O ケーブルを介して行われます。RF ノイズは電源プレーンに入り、VCC ピンと GND ピンを介してライン ドライバに結合されます。RF は、コモン モード ノイズとしてライン ドライバを介してケーブルに結合されます。ノイズはコモン モードであるため、差動ペアであってもシールドの効果はほとんどありません。RF エネルギーは信号ペアからシールドに容量結合され、シールド自体が放射を行います。この問題を解決する 1 つは、編組ブレーカーまたはチョークを使用してコモン モード信号を低減することです。
周波数が高くなると（通常500MHz以上 ）、配線は電気的に長くなり、基板面からの高さも高くなります。このような周波数では、直列抵抗による波形整形と、配線を2つの基板面の間に埋め込むという2つの手法が用いられます。これらの対策を講じてもなおEMIが大きすぎる場合は、RFガスケットや銅、導電性テープなどのシールド材を使用できます。ほとんどのデジタル機器は、金属製または導電性コーティングされたプラスチック製の筐体で設計されています。
シールドされていない半導体（集積回路など）は、家庭環境でよく見られる無線信号（携帯電話など）の検出器として機能する傾向があります。[ 19 ]このような検出器は、高周波の携帯電話キャリア（GSM850、GSM1900、GSM900、GSM1800など）を復調し、低周波（217 Hzなど）の復調信号を生成します。[ 20 ]この復調は、マイクアンプ、スピーカーアンプ、カーラジオ、電話などのオーディオ機器で不要な可聴ノイズとして現れます。オンボードEMIフィルタを追加したり、特別なレイアウト技術を使用したりすることで、EMIをバイパスしたり、RF耐性を向上させたりすることができます。[ 21 ] 一部のIC（LMV831-LMV834、[ 22 ] MAX9724 [ 23 ]など）は、高周波キャリアの復調を低減するのに役立つ統合RFフィルタまたは特別な設計を備えています。
設計者は、システムで使用する部品のRF耐性に関する特別なテストを実施する必要がある場合が多い。これらのテストは、実際の環境で発生するのと同様のRF電界を生成するテストベクトルを備えた制御されたRF環境を備えた無響室で行われることが多い。 [ 20 ]
電波天文学における干渉は、一般的に無線周波数干渉（RFI）と呼ばれ、天体源自体以外の、観測周波数帯域内のあらゆる送信源を指します。地球上および地球周辺の送信機は、対象となる天体信号よりもはるかに強力になる可能性があるため、RFIは電波天文学を行う上で大きな懸念事項となります。[ 24 ]
電波天文学にとって非常に重要な周波数帯の中には、1420 MHz の21 cm HI 線 のように規制によって保護されているものもあります。[ 25 ]しかし、 VLA、LOFAR、ALMAなどの現代の電波天文台は、観測可能な帯域幅が非常に広くなっています。電波周波数ではスペクトル空間が限られているため、これらの周波数帯を電波天文学に完全に割り当てることはできません。たとえば、再電離期の 21 cm 線の赤方偏移画像はFM 放送帯域(88～108 MHz)と重なる可能性があり、そのため電波望遠鏡はこの帯域幅での RFI に対処する必要があります。[ 24 ]
RFI（無線周波数干渉）に対処する技術は、ハードウェアのフィルタからソフトウェアの高度なアルゴリズムまで多岐にわたります。強力な送信機に対処する一つの方法は、送信源の周波数を完全にフィルタリングすることです。例えば、LOFAR観測所では、90～110MHzのFMラジオ局をフィルタリングしています。このような強力な干渉源は、高感度受信機（増幅器やアナログ/デジタル変換器 ）を「飽和」させてしまう可能性があるため、できるだけ早く除去することが重要です。飽和とは、受信信号が受信機の処理能力を超えてしまうことを意味します。しかし、周波数帯域をフィルタリングすると、その周波数は観測機器で観測できなくなります。
観測周波数帯域内の無線周波数干渉（RFI）に対処する一般的な手法は、ソフトウェアによるRFI検出を用いることです。このようなソフトウェアは、干渉源によって汚染された時間、周波数、または時間周波数空間のサンプルを検出できます。これらのサンプルは、観測データのその後の解析では無視されます。このプロセスは、データフラグ付けと呼ばれることがよくあります。ほとんどの送信機は帯域幅が狭く、雷や市民バンド（CB）無線機器のように継続的に存在しないため、ほとんどのデータは天文学的解析に利用可能です。しかし、データフラグ付けでは、風車、デジタルビデオ、デジタルオーディオ送信機などの連続広帯域送信機の問題を解決することはできません。
RFIを管理するもう1つの方法は、電波静穏区域（RQZ）を設定することです。RQZは受信機の周囲に明確に定義された領域で、その区域内での電波天文学観測を優先してRFIを低減するための特別な規制があります。規制には、スペクトルと電力束の特別な管理、または電力束密度の制限が含まれる場合があります。区域内の制御は、無線送信機や無線機器以外の要素にも及ぶ場合があります。これには、航空機の制御、および産業、科学、医療機器、車両、送電線などの意図しない放射体の制御が含まれます。電波天文学のための最初のRQZは、1958年に設立された米国国立電波静穏区域（NRQZ）です。 [ 26 ]
Wi-Fi の導入以前は、5 GHz 帯の最大の用途の 1 つはターミナル ドップラー気象レーダーでした。[ 27 ] [ 28 ] 5 GHz スペクトルを Wi-Fi に使用するという決定は、2003 年の世界無線通信会議で最終決定されましたが、気象当局はこのプロセスには関与していませんでした。[ 29 ] [ 30 ]その後の DFS のずさんな実装と誤った設定により、世界中の多くの国で気象レーダーの運用に大きな混乱が生じました。ハンガリーでは、気象レーダー システムが 1 か月以上運用不能と宣言されました。干渉の深刻さから、南アフリカの気象サービスは最終的に C バンドの運用を放棄し、レーダー ネットワークをS バンドに切り替えることになりました。[ 28 ] [ 31 ]
気象衛星などの受動リモートセンシングで使用される周波数帯に隣接する周波数帯での送信は、時に深刻な干渉を引き起こしている。[ 32 ]規制が不十分な5Gの導入は、深刻な干渉問題を引き起こす可能性があるという懸念がある。深刻な干渉は、数値気象予報の性能を低下させ、経済や公共の安全に悪影響を及ぼす可能性がある。[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]これらの懸念から、ウィルバー・ロス米国商務長官とジム・ブライデンスタインNASA長官は2019年2月にFCCに対し、提案された周波数オークションを中止するよう要請したが、却下された。[ 36 ]
の裁定により、ターミナルドップラー気象レーダー（TDWR）バンド（チャンネル120、124、128）がDFS保護のための新しいテスト要件とともに再開されます。
2006 年以降、RLAN による C バンド レーダーへの干渉は、ほとんどの OPERA メンバーでますます多く経験されています。 ... 南アフリカの気象サービスは、当初、状況を改善するために特定のソフトウェア フィルタリングを実装しようとしましたが、その後 2011 年に気象レーダー ネットワークを S バンドに移行することを決定しました。
決定ERC/DEC/(99)23は、5250～5350MHzと5470～5725MHzをより高い送信電力で追加したが、レガシーユーザー(軍事レーダーと衛星アップリンク)を保護するためにDFSが必要であるという但し書きが追加された。
以上のヨーロッパ諸国でこのような干渉事例が発生した（現在では世界各国で同様の事例が報告されている）。明らかに有害な干渉（ハンガリーでは、レーダーが1か月以上運用不能と宣言された）。