https://www.nutsvolts.com/magazine/article/September2015_HamWorkbench
Радиопомехи
От H. Ward Silver
» Перейти к дополнительным функциям
Это везде! Это везде! К счастью, вы можете откусить от RFI.
Радиочастотные помехи — для вас ? Это вмешательство с вашей стороны ? Возможно оба! В чем состоит это вмешательство? И как узнать, какой тип присутствует? Тема, которая начинается с такого количества вопросов, обязательно охватит много вопросов, так что давайте начнем.
Явление, известное как РЧ-помехи — РЧ-помехи для многих друзей и знакомых, — это подтип электромагнитных помех, или ЭМП, который сам по себе является темой, являющейся частью общего предмета электромагнитной совместимости, или ЭМС. В частности, РЧ-помехи включают в себя помехи, вызванные сигналами, распространяемыми по беспроводной сети в виде радиоволн, но даже этот подтип подтипа субъекта по-прежнему имеет удивительно тонкий и широкий охват.
Является ли RFI действительно проблемой?
Несомненно. Это растущая проблема, которая начинает оказывать влияние на отрасли вещания и беспроводной передачи данных/телефонии. Электромагнитный «смог» распространен в городских и пригородных районах во всем диапазоне частот, от длинноволновых сигналов до микроволн.
Наиболее распространенным эффектом является более высокий уровень случайного шума по всему спектру, подобно тому, как атмосферный смог воздействует на весь регион. Это повышает минимальный уровень шума (шум, присутствующий на любой частоте), что означает, что слабые сигналы все больше затеняются, а более сильные сигналы ухудшаются по частям.
Зачем, скажем, компании мобильной связи беспокоиться об аналоговом шуме, если телефоны обмениваются данными в цифровом виде? Потому что на каком-то уровне практически все аналоговое. Внутри этого телефона находится радиоприемник, ищущий аналоговые радиосигналы с местной базовой станции.
Если я подмешаю немного больше шума — скажем, подниму уровень шума на жалкие 3 дБ на входе приемника — расстояние, на котором цифровой протокол телефона выйдет из строя, уменьшится примерно на 30%. Это означает, что зона покрытия базовой станции уменьшилась вдвое!
Затем поставщик услуг должен либо построить больше вышек, либо вам придется передавать на более высокой мощности, либо и то, и другое. Это деньги из вашего кармана, так или иначе. То же самое верно для станций, транслирующих программы, или сообщений органов общественной безопасности.
Лично большинство людей не знают (или не заботятся) о радиопомехах до тех пор, пока не перестанет работать механизм открывания гаражных ворот или аудиосистема не начнет говорить на языках. как читатели Nuts & Volts , вы должны осознавать проблему, понимать ее причины и знать, как ее решить. Как повседневные пользователи спектра радиолюбители хорошо знакомы с симптомами и методами лечения RFI.
Основы радиопомех
Определение самой радиочастоты (радиочастоты) охватывает электромагнитные сигналы в диапазоне чуть выше звукового (около 20 кГц) через инфракрасный свет в несколько сотен ТГц. Чтобы эта колонка не занимала весь журнал, мы останемся в диапазоне от 500 кГц до верхнего предела УВЧ (сверхвысокой частоты) около 3 ГГц — все еще 2000-кратный диапазон.
RFI обсуждается как имеющий источники и жертвы с путем между ними. Отношения должны быть довольно очевидными. Цель — перефразируя «Альманах Бедного Ричарда» — состоит в том, чтобы «не быть ни источником, ни жертвой». Чтобы эффективно бороться с радиопомехами, вы должны уметь идентифицировать все три:
Какая система или устройство создает мешающие сигналы и как — источник? Какая система или устройство подвергается вмешательству и как — жертва? Каков путь, по которому РФ излучается от источника и достигает жертвы?
Даже во многих октавах базовые техники для достижения цели одни и те же: удерживать RF снаружи и держать RF внутри. Техники реализации этих двух, казалось бы, простых тактик сами по себе звучат обманчиво просто: избегай и блокируй.
Дифференциальные и синфазные сигналы
Прежде чем слишком углубляться в причины и следствия, мы должны понять два типа сигналов, с которыми мы будем иметь дело: дифференциальный режим (DM) и синфазный сигнал (CM). На рис. 1 показаны сигналы DM и CM для типичных неэкранированных спаренных проводов в точке A и коаксиального кабеля в точке B. Средства защиты от сигналов DM, вероятно, не будут работать для CM, и наоборот.
РИСУНОК 1. Синфазные (CM) и дифференциальные (DM) сигналы могут передаваться по параллельным проводникам и коаксиальным кабелям одновременно без смешивания. Ни один из проводников не нужно заземлять, чтобы РЧ-сигналы могли принимать и/или излучать синфазные РЧ-сигналы.
Сигналы DM — это то, что мы часто называем «сбалансированными», поскольку сигнал состоит из одинаковых токов, протекающих в противоположных направлениях по двум точно согласованным путям, ни один из которых не подключен к земле или заземленному корпусу. Сигналы КМ проходят одинаково по всем жилам многожильного кабеля или по общей (экранированной) жиле коаксиального или экранированного кабеля.
Внимательно рассмотрев рисунок 1B , вы увидите, что один кабель может одновременно поддерживать сигналы DM и CM . На самом деле при РЧ внешняя сторона плетеного или фольгированного экрана электрически независима от внутренней! Вот почему мы используем экранированные кабели — чтобы помехи и излучаемые сигналы не попадали на проводник внутри экрана.
Почему это происходит? Скин- эффект ограничивает ток переменного тока снаружи проводника. Как показано на рисунке 2 , на частотах выше 1 МГц ток проходит через медь или алюминий менее чем на 0,1 мм!
РИСУНОК 2. Толщина скин-слоя в зависимости от частоты для некоторых материалов. Красная вертикальная линия обозначает частоту 50 Гц: Mn-Zn, магнитомягкий феррит; Al, металлический алюминий; Cu, металлическая медь; сталь 410, магнитная нержавеющая сталь; Fe-Si, текстурированная электротехническая сталь; Fe-Ni, пермаллой с высокой проницаемостью (80%Ni-20%Fe).
Что вызывает радиопомехи?
Сама интерференция может принимать различные формы. Если вы являетесь пользователем радио, как радиолюбители, помехи могут быть просто более высокими уровнями шума, или это может быть фактический ложный сигнал или шпора, которая затемняет полезный сигнал или нарушает работу приемника. Например, гармоника преднамеренно сгенерированного сигнала с целым числом кратным основной частоты может приходиться на ту же частоту, что и полезный сигнал, тем самым создавая помехи для приема.
Паразитные сигналы являются распространенной проблемой при утечке радиочастотного излучения из оборудования из-за неправильного экранирования или прокладки кабелей. Цифровые сигналы, которые очень быстро переходят между уровнями напряжения, состоят из основной гармоники и множества гармоник, что создает резкие перепады. Гармоники появляются по всему радиочастотному спектру в микроволновом диапазоне для высокоскоростных данных. После излучения они распространяются так же, как и любой другой преднамеренно излучаемый сигнал.
Импульсные или импульсные источники питания или силовые преобразователи являются еще одним очень распространенным источником паразитных сигналов. Эти силовые преобразователи работают, «заряжая» катушки индуктивности магнитной энергией, а затем внезапно прерывая ток для передачи энергии на конденсатор выходного фильтра, где она преобразуется в постоянный постоянный ток.
Прерывание тока создает широкий спектр паразитных сигналов, разнесенных на интервалы частоты коммутации источника питания. Если выходная фильтрация не спроектирована должным образом или — в растущем числе случаев для импортных поставок — не установлена вообще, сильные паразитные сигналы могут нарушить нормальную связь во всем районе.
Обычно переключающие преобразователи используются в легких настенных источниках постоянного тока, зарядных устройствах, электронных балластах освещения и низковольтном освещении.
Действительно сильные сигналы могут перегрузить приемник до такой степени, что это приведет к искажению полезного сигнала, даже если сигнал полностью легальный и не находится в принимаемом диапазоне частот. Это называется фундаментальной перегрузкой и вызвано неспособностью приемника отклонить внеполосный сигнал. Недорогие приемники, такие как беспроводные телефоны или портативные радиоприемники, имеют ограниченную фильтрацию, поэтому чувствительны к этому типу помех.
Возможно, приемник вообще не задействован, а мешающий сигнал просто настолько силен, что нарушает правильную работу электронного устройства. Мы можем назвать это прорывом синфазного сигнала, когда мешающий сигнал улавливается кабелями и передается во внутреннюю электронику, где он достаточно силен, чтобы изменить работу схемы.
Также часто неэкранированная электроника в пластиковых коробках подхватывает и прерывается сильными сигналами без каких-либо кабелей! Это прямое обнаружение, и для устранения помех может потребоваться модификация схемы.
Общий процесс оценки того, с какими типами РЧ-помех приходится иметь дело, показан на шагах, показанных на рис. 3 . Для каждого из них существуют различные лечебные методики. Использование неправильной техники или применение ее не к тому концу пути не решит проблему.
РИСУНОК 3. Общий процесс идентификации источника и типа мешающего сигнала. Используйте соответствующее средство DM или CM для «жертвы» или «источника», как указано.
Сохранение RF внутри
В потенциальном источнике, таком как цифровой компьютер и сетевое оборудование, устройства с микропроцессорным управлением, переключающие преобразователи, любые цепи, которые включают и выключают большие токи, первым шагом является избегание радиочастотного излучения, если в этом нет необходимости. Это не просто альтруизм, потому что, если ваша система излучает РЧ, она также может получать РЧ по тому же пути. Закрытие этого пути для исходящего RF обычно закрывает его и для входящего RF! Это просто хорошая инженерия, чтобы сделать это правильно в дизайне.
Хорошая стратегия заключается в том, чтобы убедиться, что ваша печатная плата (PCB) имеет фильтрацию, применяемую к любому сигналу или подключению питания, входящему или выходящему из платы. Например, дисковый керамический конденсатор емкостью 0,01 мкФ для общей цепи низкочастотного сигнала или линий управления и силовых соединений будет действовать как короткое замыкание на ВЧ. Этот путь будет «холодным» на РЧ как для входящих, так и для исходящих РЧ-сигналов. (Обратите внимание, что любой компонент, подключенный непосредственно к линии переменного тока, должен быть «линейным», чтобы избежать опасности возгорания.)
Относитесь к своему оборудованию так, как если бы все сигналы, входящие и исходящие, были водой, и каждое соединение должно быть водонепроницаемым. Начните с металлического корпуса — даже для простых проектов. Использование пластиковой коробки означает, что у вас есть два удара по радиочастотам: у вас нет экрана, который будет отводить шум и радиочастотные токи от схемы, и каждый провод и дорожка печатной платы в электронике будут действовать как антенна.
Используйте экранированные кабели и разъемы, включая экранированный разъем питания переменного тока, при этом экран должен быть подключен к корпусу.
Другая часто упускаемая из виду стратегия заключается в том, чтобы избегать подключения цепи, общей для любого проводника, который выходит из корпуса, не находясь внутри экрана. Общий провод цепи должен быть подключен к экранирующему корпусу как отдельное соединение от любого кабеля передачи данных или сигнального кабеля, как показано на рис. 4 . (См. врезку «Что такое проблема с контактом 1?»)
РИСУНОК 4. Для устойчивости к радиочастотам и во избежание радиочастотного излучения электроника должна быть сконструирована внутри проводящего корпуса, например из алюминия. Разъемы должны быть экранированы, при этом экран должен быть подключен к внешней стороне корпуса.
В чем проблема с контактом 1?В мире профессионального аудио «проблема контакта 1» была обнаружена Нилом Манси в 1994 году. Она вызвана тем, что экранирующий контакт повсеместно распространенного разъема XLR (контакт 1) подключен непосредственно к общему проводу. Это соединение обеспечивает радиочастотную магистраль для сигналов, принимаемых на экране кабеля, непосредственно в оборудование, где они могут вызывать помехи. В то же время любой шум или паразитные сигналы, присутствующие в общей цепи, получают потрясающую антенну для излучения.
Компания Mackie — производитель профессионального звукового оборудования — упомянула об этом в примечаниях по применению «Заземления, экраны, гудения и жужжание».
Более подробная информация доступна в нескольких статьях и руководствах Джима Брауна K9YC (профессионального звукоинженера на пенсии) на его веб-сайте по адресу http://audiosystemsgroup.com/publish.htm .
Защита от радиочастот
Допустим, РЧ-помехи вызваны приемником, например, эфирным телевизионным приемником или сканером, из-за фундаментальной перегрузки от нормального в других отношениях сигнала.
Например, вы можете жить через дорогу от местной телевизионной и FM-антенны — кто-то же должен! Сильный сигнал, вероятно, поступает прямо на антенный вход приемника вместе с сигналами, которые вы хотите услышать.
В этом случае вы можете заблокировать нежелательный сигнал с помощью фильтра DM в антенном входном кабеле. Цель состоит в том, чтобы уменьшить уровень нежелательного сигнала до тех пор, пока он не станет достаточно слабым, чтобы приемник мог его отклонить.
Чтобы сделать это успешно, вам нужно знать частоту сигналов, которые вам нужны, и сигналов, которые вам не нужны. Если нежелательный сигнал находится на более высокой частоте, вы можете использовать фильтр нижних частот , чтобы пропускать нужные сигналы в приемник, блокируя нежелательный сигнал более высокой частоты. Фильтр верхних частот делает обратное.
В некоторых случаях вам, возможно, придется использовать полосовой фильтр , пропускающий только некоторые частоты и блокирующий все остальные. Помните, что если нежелательный сигнал находится на той же частоте, что и нужный вам, фильтрация невозможна. Вам придется выяснить, как избавиться от мешающего сигнала в источнике.
В предыдущей статье я говорил о ферритовых сердечниках и бусинах и о том, насколько они хороши для подавления радиопомех. Ферритовые дроссели, расположенные в правильном месте в системе электроники, могут творить чудеса, блокируя сигналы CM, попадающие в вашу систему на экранах и синфазных путях проводки и кабелей.
На рис. 5 показан типичный компьютер, в котором любая часть оборудования может генерировать и принимать шум — удручающе распространенная ситуация — с рекомендуемыми местами для дросселей.
РИСУНОК 5. Использование ферритовых дросселей в компьютерной системе, где любое оборудование может быть либо источником, либо жертвой радиопомех. Ферритовые дроссели следует располагать как можно ближе к оборудованию. Графика предоставлена ARRL.
Ферритовые дроссели состоят из накладного сердечника или тороида с намотанными на них кабелями или проводами. Не довольствуйтесь простым пропусканием провода через сердечник один раз. Намотайте столько витков на сердечник, сколько сможете, чтобы увеличить импеданс, создаваемый дросселем.
Помните из предыдущего столбца, что импеданс феррита меняется в зависимости от частоты, поэтому обязательно используйте правильный тип или смесь ферритов. Если вас в основном беспокоит радиочастота ниже 30 МГц, используйте смешанный феррит типа 31.
Для более высокочастотных сигналов используйте тип 43. (Различные рекомендации приведены в каталоге Fair-Rite, доступном на сайте www.fair-rite.com .)
Подробнее о радиочастотных помехах
Я только что коснулся темы, которой инженеры посвящают всю свою карьеру! Вы можете просто захотеть избавиться от некоторых помех или не допустить, чтобы система мешала какой-либо другой системе. Или, может быть, вы проектируете для надежной работы — хорошо для вас!
Радиолюбители имеют дело с радиопомехами с тех пор, как был построен первый передатчик, поэтому вы можете найти множество полезных ссылок на веб-сайте радиолюбителей ARRL по адресу www.arrl.org/radio-frequency-interference-rfi . Учебники Джима Брауна, упомянутые на боковой панели , хороши, а справочника ARRL последних выпусках
Проектируйте с учетом электромагнитных помех — сохраняйте ВЧ как внутри, так и снаружи — с самого начала создания вашей системы. Вы не пожалеете! НВ
Утечка в кабельной системеСистемы кабельного телевидения передают сигналы от очень низких частот МГц до верхних диапазонов УВЧ, поэтому необходимо уделять особое внимание деталям правильного подключения. Это обеспечивает бесшумность программ кабельной системы, а также предотвращает выход сигналов и создание помех. Каналы кабельного телевидения не ограничены по частоте, как эфирное телевидение, поэтому сигналы могут быть непосредственно поверх других эфирных сигналов. Это известно как утечка кабеля и чаще всего происходит из-за незакрепленных, грязных или неправильно установленных разъемов типа F на вводе кабеля. Если вы испытываете помехи от оборудования кабельного телевидения или от него, убедитесь, что разъемы затянуты, чисты и правильно установлены — это отличное место для начала поиска проблем.
Би Гость • 5 years ago
Это будет туф, чтобы понять. Лично у меня всегда были проблемы с системами беспроводных маршрутизаторов, особенно там, где необходима надежность i'net.
В вашем случае, я думаю, первая линия устранения неполадок заключается в выявлении наиболее вероятной проблемы — вашей системы беспроводного маршрутизатора. Попробуйте проложить временный сетевой кабель Ethernet категории 5 (или лучше) от маршрутизатора к компьютеру в магазине (вы можете проложить кабель категории 5 до 328 футов). Затем проверьте свой игровой опыт. Скорее всего, это решит проблему. Если это не так, возможно, есть проблема с подключением к Интернету, с которой вы можете справиться соответствующим образом.
Однако, если вы уже знаете, что ваша система беспроводного маршрутизатора исправна и это проблема помех, следующим шагом будет попытка поговорить с женщиной с радионяней. Возможно, она могла бы отключить систему мониторинга на достаточно долгое время, чтобы вы проверили свою теорию. Если это неубедительно, следующим лучшим решением будет каким-то образом переместить вашу систему беспроводного маршрутизатора на улицу с прямой видимостью. Некоторые использовали направленные антенны типа «точка-точка», чтобы преодолеть такие проблемы с помехами.
Еще один момент, который следует учитывать, — это помехи от микроволновых печей. Это БОЛЬШИЕ преступники! Микроволновые печи представляют собой мощные передатчики 2,4 ГГц в коробке. Несмотря на то, что камера духового шкафа хорошо экранирована, в ней остается достаточно радиочастотной энергии, которая может просачиваться наружу и вызывать помехи.
Кроме того, не забывайте обо всех беспроводных устройствах, которые сейчас используют так много людей, которые работают в одном и том же диапазоне 2,4 ГГц. Само собой разумеется. Поэтому, если беспроводная связь — ваш единственный вариант, то перемещение и/или модификация вашей системы беспроводного маршрутизатора (как упоминалось выше) будет хорошим возможным решением. Надеюсь это поможет. Всего наилучшего!
29.01.2022 19:00 UTС 40м
