共址干扰是指在同一个物理位置(即共址)上,由于不同设备之间的电磁辐射相互作用而产生的干扰现象。这种干扰通常发生在共用同一平台或设备上的发射和接收设备之间,其中发射设备产生的电磁辐射信号被接收设备捕获,从而影响接收机的性能。
共址干扰可以分为几种类型,包括杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰。杂散干扰源于干扰基站的发射设备,如发射放大器、发射滤波器和天线等。阻塞干扰则是由于接收器射频滤波器的抑制能力不足,导致部分信号泄漏到接收器中,掩盖了弱信号,从而降低接收器的灵敏度。此外,互调干扰是由于非线性元件在不同频率信号的相互作用下产生的新的频率成分,这些新的频率成分可能会影响其他信号的接收。
共址干扰不仅限于无线通信系统,还可能出现在电路设计中,例如电路中的各类信号共用地线或地平面引起的公共地阻抗耦合干扰。在实际应用中,共址干扰对通信系统的性能有显著影响,因此需要采取相应的抑制措施,如优化频率分配、使用滤波器和提高系统隔离度等方法来减少干扰。
一、 共址干扰的最新抑制技术
共址干扰的最新抑制技术主要包括以下几种:
- 多抽头射频干扰对消系统:这种系统通过控制系统中的时延、幅度和衰减的权值,使得产生的参考信号与干扰信号等幅反向,从而实现干扰信号的对消。
- 辅助阵列空域抵消技术:利用辅助阵列在空域中抵消共址干扰。这种方法建立了利用辅助阵列空域抵消共址干扰的系统模型,并推导了最小残余干扰功率表达式,提出了共址干扰空域完美抵消需要满足的信道条件。
- 多路延迟正交合成技术:针对单路延迟对消系统不能有效解决多径信道的超短波无线电台共址干扰消除问题,提出了等间隔多路延迟正交合成的射频干扰对消方案,并提出了新的衰减系数求解方法。
- 遗传算法实现的阵列天线共址干扰抑制技术:针对有限大平台部署多种传感器导致的严重的自干扰问题,提出了一种应用遗传算法实现的阵列天线共址干扰抑制技术。该方法首先针对同平台上的阵列天线和其他天线建立了辐射和接收模型,然后将辐射特性和接收机抗干扰特性分别抽象为最优化问题的目标函数和约束条件。
- 数模混合自适应干扰对消系统:在数字化模拟自适应控制电路的基础上,提出了一种数模混合短波自适应干扰对消系统,开展原理性研究。这种系统结合了数字电路和模拟电路的优点,可以避免乘法器温漂的问题,并充分发挥数字信号处理的灵活性。
二、 共址干扰对无线通信系统性能的影响?
量化评估共址干扰对无线通信系统性能的影响,可以通过以下步骤和方法进行:
- 建立共址干扰分析模型:首先需要建立一个共址干扰分析模型,该模型应考虑干扰功率、频率、误码率等关键参数。通过实验和理论研究,对这些参数进行定量分析,以确定它们对系统性能的具体影响。
- 使用信号与干扰比(SIR)评估:信号与干扰比(SIR)是评估共址干扰影响的一个重要指标。SIR定义为信号功率与干扰功率的比值,通常以分贝(dB)表示。较高的SIR值意味着更好的信号质量,而较低的SIR值则表明干扰较为严重,可能影响系统的链路质量和容量。
- 实地测试与仿真:实地测试是获取真实性能数据的有效方法。通过在不同地点和条件下进行测试,可以评估系统在实际环境中的表现。此外,基于计算机仿真技术的效能评估方法也可以用于模拟不同干扰环境下的系统性能,从而预测和优化系统设计。
- 综合抗干扰效能评估:构建一个综合抗干扰效能评估体系,可以从系统的实用性、抗干扰性和抗侦听性等方面进行评价。使用层次分析法或多目标评价模型,对不同通信方式在相同干扰模式下的抗干扰性能进行比较,以确定最佳的通信策略。
- 考虑系统容量和链路质量的权衡:共址干扰不仅影响链路质量,还会影响系统容量。在评估时,需要权衡这两者之间的关系,确保在减少干扰的同时,不降低系统的整体容量。
- 干扰识别与博弈机理:应用干扰识别技术,建立通信对抗双方的博弈机理。这有助于理解敌对电磁环境下的干扰模式,并根据实际应用情况,计算不同信干比下传输性能的权重分配,从而评估系统的综合抗干扰能力。
三、 哪些具体措施可以有效减少公共地阻抗耦合干扰?
在电路设计中,减少公共地阻抗耦合干扰的具体措施主要包括以下几种:
- 降低公共地线的阻抗:通过减小公共地线部分的阻抗,可以有效降低公共地线上的电压,从而控制公共阻抗耦合。例如,使用扁平导体作地线、多层板中专门用一层作地线层等方法都可以降低地线的阻抗。
- 避免共用地线:强电线路和弱电线路、数字电路和模拟电路应尽量避免共用地线。对于相互干扰较少的电路,可以采用并联单点接地;而对于相互干扰较多的电路,则应采用串联单点接地。
- 使用隔离变压器:在信号电路中使用隔离变压器可以阻断地回路的形成,从而抑制地回路干扰。
- 改变电源位置:将电源靠近功率放大器,以减少地线上的噪声电压,从而降低公共地阻抗耦合干扰。
- 采用多点接地和一点接地:低频电路采用一点接地,即把各回路的接地线集中于一点接地;高频电路则采用多点接地,避免较长的地线增加阻抗和造成电路间相互耦合。
- 层叠结构设计:在多层板设计中,电源层与地层相邻且距离较近,可以很好地实现电源与地之间的耦合,从而降低电源平面与地平面之间的阻抗。
四、 非线性元件在互调干扰中的作用机理
非线性元件在互调干扰中的作用机理主要体现在以下几个方面:
- 信号分解与折叠:非线性元件可以将原有信号分解并折叠至原来不存在的频段上,从而产生新的频率成分。这些新的频率成分可能成为互调干扰的来源。
- 组合频率的产生:当两个或多个不同频率的信号同时加入到非线性电路中时,由于非线性作用,这些信号会产生各种频率的组合成分。这些组合频率有时会恰好等于或接近有用信号频率,从而顺利通过接收机,形成互调干扰。
- 接收机前端电路的影响:在接收机的前端电路(如高放、混频器)中,如果同时侵入两个处于互调关系的非工作频率信号,由于非线性作用,会发生相位调制,从而产生互调干扰。
- 材料的非线性特性:微带电路中的非线性特性,如电导率、介电常数和磁导率等,对互调干扰有显著影响。电热耦合是导致电导率非线性的一个主要物理机制,而介质损耗和导体表面粗糙度也会影响PIM(互调干扰)效应。
- 非线性元件的叠加效应:当多个非线性元件同时存在时,系统的总互调可以看作是每个非线性源单独作用时的互调的矢量叠加。对于具有分布非线性的微带线结构,这种叠加转化为积分处理。
五、 杂散干扰和阻塞干扰实际应用
在实际应用中,杂散干扰和阻塞干扰的案例分析如下:
1. 杂散干扰案例:
- 天然气管道受地铁杂散电流干扰:某天然气管道受到了剧烈的杂散电流干扰。通过电位监测对管道受到的干扰程度进行评价,分析了杂散电流流入、流出规律,并确定了干扰的分区。通过馈电试验研究了增大阴极保护电流的方法来减少干扰。
- 机坪输油管网受地铁直流杂散电流干扰:文章阐述了地铁直流杂散电流产生的原理及干扰特点,并通过案例介绍了杂散电流干扰程度的测试手段,提出了有效的防护措施。
- 埋地管道地铁杂散电流干扰:近年来,地铁杂散电流干扰影响受到越来越多的关注,国内外陆续报道了地铁杂散电流干扰导致埋地管道和地铁主体结构钢筋腐蚀的案例,安全风险不容小觑。
2. 阻塞干扰案例:
- 5G电信800阻塞干扰:电信设备工作频段820~880MHz,其中869~880MHz信号三次谐波为2607~2640MHz,部分和5G使用频段2515~2615MHz重合。通过增加5G设备和电信天线的水平和垂直隔离度,避免不必要的阻塞干扰。
- 移动通信基站射频单元抗阻塞干扰技术:在不同干扰信号下,射频单元的阻塞干扰抑制比变化情况被分析,评估其抗阻塞干扰性能。工业自动化和智能制造领域对无线通信的依赖程度越来越高,射频单元抗阻塞干扰技术将为这些领域提供可靠的无线通信保障。