简介
随着无线设备的过剩,越来越多的广播、通信和其他射频源都在争夺无线电频谱,射频干扰(RFI)的机会只会增加。本文解释了如何识别、描述和定位典型的干扰源。
干扰的类别
干扰有两大类;窄带及宽频带(图1).
窄频带-这将包括连续波(CW)或调制连续波信号。例子可能包括来自数字设备的时钟谐波、同信道传输、邻接信道传输、互调产品等。在频谱分析仪上,这似乎是与特定频率相关的窄垂直线或稍宽的调制垂直带。
宽带-这主要包括开关模式电源谐波、架空电源线的电弧(电力线噪声)、无线数字调制系统(如Wi-Fi或蓝牙)或数字电视。在频谱分析仪上,这似乎是信号的宽范围或噪声底的增加。电源线噪声或开关模式电源是最常见的来源。
图1。9 kHz到200 MHz窄带谐波(垂直尖峰)在宽带干扰(增加噪声底的广阔区域)上的频谱图示例。黄色痕迹是基线系统噪声。
干扰类型
下面介绍一些最常见的干扰类型。
同信道干扰-多个发射机(或数字谐波)使用或落入同一接收信道。
邻道干扰-在相邻频率上工作的发射机,其能量溢出
进入所需的接收通道。
Intermodulation-Based干扰-当来自两个或多个发射机的能量混合在一起产生杂散频率,落在所需的接收信道时发生。三阶混合产物是最常见的,通常,这发生在附近的发射机。可能会出现潜在互调的例子我n调频广播的强信号区。
基本接收机过载-这通常是由于附近的强发射机使接收机前端或其他电路过载,造成干扰,甚至抑制正常接收信号。一个常见的例子是VHF寻呼发射机干扰接收机。
电源线噪音(PLN)-这是一个相对常见的宽带干扰问题,通常是由电线和相关公用事业硬件上的电弧引起的。这听起来像调幅接收器里刺耳的嗡嗡声。干扰可以从AM广播波段以下的非常低的频率扩展到HF频谱,并取决于与源的接近程度。如果距离源足够近,它可以通过超高频频谱向上延伸。
开关模式电源-开关模式电源非常常见,用于各种消费或商业产品,是宽带干扰的常见来源。照明设备,如更新的led灯或商业农业“种植”灯,是另一个强烈的干扰源。
其他发射机-有几种发射机类型通常会导致RFI:
- 双向或陆地移动无线电-强干扰调频信号可能导致“捕获效应”,或覆盖所需接收信号。
- 寻呼发射机寻呼发射机通常是非常强大的调频或数字调制传输,可以过载接收器数字寻呼将听起来非常刺耳,就像电锯或嗡嗡声,并可能干扰广泛的接收频率。幸运的是,大多数VHF寻呼发射机移动到929/931 MHz频率对,所以这不是它曾经的问题。
- 广播发射机-广播发射机干扰将具有调制特性,类似于广播- AM, FM,视频载波或数字信号。
有线电视-有线电视系统一般会在指定频道发生信号泄漏。其中许多信道与现有的空中无线电通信信道重叠。如果泄漏的信号是数字信道,则干扰将类似于宽带噪声(数字电缆信道的宽度几乎为6 MHz)。
无线网络干扰-无线网络(Wi-Fi、蓝牙等)的干扰越来越普遍,随着移动、家用(物联网)和包含Wi-Fi和其他无线模式的医疗设备的普及,这个问题可能会变得更糟。有关无线干扰的更多详细信息,请参阅配套文章无线网络干扰和优化。
定位RFI
简单测向(dfing)
DF技术-有两种主要的DFing方法。(1)“平移N扫描”,即“平移”定向天线并“扫描”干扰信号,在地图上记录方向,同时记录相交线。(2)“冷热”,使用全向天线,同时观察信号强度。在这种方法中,经验法则是每改变6 dB,到干扰源的距离就会增加一倍或减半。例如,如果信号强度在距离源1英里处为-30 dBm,那么在距离源半英里内,频谱分析仪上的读数应该为-24 dBm。
DF系统无线电测向(RDFing)设备可以安装在车辆或便携式设备上。对于车辆使用,有几种自动多普勒测向系统可用。一些例子包括:
- 天线管理局(移动、固定及便携式)www.antennaauthorityinc.com
- 多普勒系统(移动和固定)www.dopsys.com
- 罗德和施瓦茨(移动、固定和便携式)http://www.rohde-schwarz.com
步进衰减器你也会发现一个阶跃衰减器在DFing的过程中很有价值。这允许在接近干扰源时控制信号强度指示(和接收机过载)。最好的型号的步长为10分贝,范围至少为80分贝或更高。阶跃衰减器可以通过电子分销商购买,如DigiKey等。商业来源包括Narda Microwave, Fairview Microwave, Arrow和其他公司。
电源线干扰定位
针对低频干扰-特别是电力线噪声(PLN) -干扰路径可能包括沿电力线传导发射造成的辐射。因此,当使用“冷热”方法时,您需要注意辐射噪声通常会沿着电源线的路线,沿路线达到峰值和下降。最大峰值通常表示实际噪声源。复杂的是,可能有几个噪声源——有些可能距离很远。
天线-如果只是听电力线噪音,在AM广播波段收音机上使用内置的“环杆”天线或在短波收音机上使用伸缩天线可能效果不错。然而,为了跟踪电源线噪声到源极,以及通常用于DFing其他干扰源,您将需要使用更高的频率。简单的方向性八木,如Arrow II 146-4BP (图17),配有三件式臂架(www.arrowantennas.com),可以快速组装,并连接到短长度的管道上,并很好地接收这种类型的宽带RFI。
使用甚高频接收器-只要可能,你通常会想使用VHF或更高的频率进行DFing。更短的波长不仅有助于精确定位信号源,还使更小的手持天线更加实用。
特征分析-这些是产生干扰信号独特“特征”的时域干扰定位仪器。这包括雷达工程师生产的仪器(图2).它们是追踪电源线噪声和消费设备的最佳解决方案,这些设备会产生周期性重复的噪声爆发。
图2。雷达工程师公司的信号分析仪,从500千赫到1千兆赫调谐,显示特定干扰源的电子“信号”。专业调查人员使用这样的接收器来追踪电线噪声(图片由雷达工程师提供)。
窄带干扰定位
对于大多数窄带干扰源,如同信道、相邻信道和互调干扰,推荐的工具是频谱分析仪,因为它可以让您专注于特定的频率信道或波段,并看到发生的事情的大图。一旦干扰信号被识别出来,分析仪就可以用来对信号进行DF。
使用频谱分析仪
频谱分析仪显示射频信号的频率和幅度。它们有助于确定干扰信号的类型和频率,特别是窄带干扰。有两种类型的分析仪;扫描调谐和实时。
扫描调谐分析仪基于超外差原理,使用可调谐的本地振荡器,可以从开始到停止频率显示所需的带宽。它们用于显示恒定或接近恒定的信号,但由于扫描时间长,难以捕捉短暂的间歇信号。
实时分析仪使用数字信号处理技术对部分频谱进行采样,以分析捕获的频谱。它们能够捕捉短暂的间歇信号,是识别和定位信号的理想选择,这些信号甚至可能不会出现在扫描分析仪上。大多数实时带宽限制在27到500 MHz,最大。Signal Hound BB60C和泰克RSA306都是相对便宜的实时频谱分析仪,由usb供电,使用PC进行控制和显示。
关于频谱分析仪的使用,需要记住的一点是,由于它们的前端没有调谐,因此它们特别容易受到附近高频发射器的影响。这可能会产生内部互调产物(虚假响应)或非常具有误导性的错误振幅测量。当在“RF丰富”的环境中使用频谱分析仪时,在感兴趣的频率上使用带通滤波器或调谐腔(例如双工器)是很重要的。
频谱分析仪还可用于表征商业广播、无线和陆地移动通信系统。对于无线或间歇干扰,实时分析仪工作最好。如果用于跟踪PLN,最好将分析仪置于“零跨度”模式,以观察振幅变化。将分析仪置于“线同步”也可能有帮助。
商用干扰追踪系统
干扰追踪或测向系统有好几家制造商。我想介绍其中四家公司,安诺尼、纳尔达、罗德与施瓦茨和泰克。如前所述,对于间歇干扰(特别是商业通信装置)或数字调制信号,实时频谱分析仪是最好的工具,能够捕获短暂的间歇信号;有些时间短至几微秒。例如Aaronia Spectran V5系列。泰克rsa系列,或Narda IDA2。
Aaronia安诺尼不仅有最轻的便携式Dfing系统,而且是最大的,看起来最重的。他们的Spectran V5手持是最小的实时分析仪。这款机型没有地图功能,但更大的Spectran V5 XFR PRO是一款坚固耐用的笔记本电脑,可以使用开源地图,并具有三角测量功能。安诺尼也有各种价格实惠的定向天线和组合GPS/指南针可能安装在一些型号。
图3。安诺尼Spectran V5手持式实时分析仪是最小的独立设备,调谐范围从9 kHz到6 GHz。其他型号的最高频率为12 GHz和18 GHz。
安诺尼的另一个独特之处在于,他们开发了一种由3D跟踪天线组成的无人机探测系统,型号为IsoLOG 3D,可在360度范围内选择9 kHz至40 GHz。这与他们配备三层液晶显示屏的Spectran指挥中心相匹配。有关该系统的更多信息,请参阅参考文献。
图4。安诺尼Spectran V5 XFR PRO在现场便携式配置。
图5。Narda IDA2频谱分析仪和干扰搜索系统。频率范围为9 kHz至6 GHz。图片由Narda STS提供。
Narda安全测试解决方案- Narda有一个类似的干扰分析仪,IDA2型实时带宽为32 MHz,频率范围为9 kHz至6 GHz。有各种方向天线,内置GPS和指南针。该系统还依赖于开源地图工具,如开放街道地图(http://www.openstreetmaps.org)。它由电池供电,便于携带使用。
图6。用绘制方位线显示干扰源三角测量的绘图软件。图片由Narda STS提供。
罗德与施瓦茨公司罗德与施瓦茨公司有一个便携式系统(图7),可以快速识别大多数干扰源,也可以使用进口的测绘功能和天线中的GPS/指南针对干扰源进行三角测量。不同频段有固定天线、移动天线和便携式天线。该系统还依赖于开源地图工具,如开放街道地图(http://www.openstreetmaps.org)。它由电池供电,便于携带使用。
图7。罗德与施瓦茨R&S®PR100定制频谱分析仪与测绘和三角测量和R&S®HE300天线。也可以使用R&S®FSH分析仪。图片由罗德与施瓦茨公司提供。
美国泰克-泰克还拥有实时dsa系列频谱分析仪的dfin和映射方法。usb控制的RSA507A由于其内置电池和便携式功能而值得注意。它还提供40 MHz的实时带宽。通过将其连接到平板电脑,如松下Toughpad型号FG-Z1和
与Alaris DR-A0047天线,您有一个独立的便携式DF狩猎工具(图9).该系统还依赖于开源地图工具,例如Open Street Maps (http://www.openstreetmaps.org).
图8。R&S®FSH分析仪的映射应用程序。图片由罗德与施瓦茨公司提供
图9。泰克频谱分析仪与测绘/三角测量和Alaris DR-A0047天线。图片由泰克提供。
图10。当带有映射选项的signalwu - pc软件连接到他们的一个rsa系列实时频谱分析仪和Alaris定向天线时,指南针方向会自动显示,同时还会显示有关信号的光谱显示。图片由泰克提供。
泰克提供其SignalVu-PC与映射选项,以帮助识别和捕获干扰信号。映射选项允许在地图上标记轴承线,以三角测量干扰源。
图11。切换到signalwu - pc的映射选项,允许您记录干扰源的轴承线,三角测量显示源的大致位置。图片由泰克提供。
总结
随着今天无线设备的使用越来越多,广播、通信、军事和其他射频源都在争夺无线电频谱,射频干扰(RFI)的机会只会增加。使用适当的工具,广播和通信工程师能够在检测到干扰源时快速识别和消除干扰源。最新的实时频谱分析仪使这项工作更加高效。
提到的制造商
- Aaronia AG)http://www.aaronia.com
- Narda安全测试解决方案https://www.narda-sts.com/en/
- 雷达工程师http://www.radarengineers.com
- 罗德与施瓦茨公司https://www.rohde-schwarz.com/us/home_48230.html
- 美国泰克http://www.tek.com
参考文献