Alles über Drahtlossysteme: Rauschen in HF-Systemen
Willkommen zur achten Ausgabe von „Alles über Drahtlostechnik“. In dieser Ausgabe stellen wir dir häufige Störquellen vor, die drahtlose Mikrofon- und IEM-Systeme beeinträchtigen.
Elektromagnetische Störungen und Hochfrequenzstörungen
Rauschen in HF-Systemen kann allgemein als jede HF-Energie betrachtet werden, die nicht das gewünschte Signal ist. Zwei gebräuchliche Begriffe zur Beschreibung von HF-Rauschen sind elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI). EMI ist ein zufälliges, breitbandiges Rauschen, während RFI ein schmalbandiges Rauschen ist, das auf bestimmten Frequenzen ausgestrahlt wird.
EMI wird von nicht sendenden elektronischen Geräten und Elektromotoren erzeugt.Das von diesen Geräten ausgehenden HF-Rauschen ist ein Nebeneffekt ihres Betriebs. EMI können über die Antenne, die Übertragungsleitung oder den Stromanschluss in ein drahtloses Mikrofon- oder IEM-System gelangen, was sich typischerweise durch hochfrequentes Rauschen oder Verzerrungen äußert. Interessanterweise kann das Vorhandensein von EMI auf einem Röhrenmonitor sichtbar werden, wo es sich oft als vertikale Streifen darstellt, die sich über den Bildschirm bewegen.
Alle elektronischen Geräte geben ein gewisses Maß an EMI ab, aber LED-Wände sind besonders bedenklich.Obwohl einzelne LED-Module die relevanten Emissionsnormen erfüllen können, kann die EMI, die von einer vollständig installierten Videowand erzeugt wird, beträchtlich sein. Spektrum-Scans sind unerlässlich, um die Auswirkungen einer Videowand auf den HF-Rauschpegel zu erfassen.
Der nachstehend dargestellte Scan zeigt die EMI, die von einer eingeschalteten Videowand die allerdings kein Bild zeigt. Ohne angezeigtes Bild bleibt die durchschnittliche Leistung des HR-Rauschens unter -85 dBm. Allerdings reichen mehrere Energiespitzen weit über diesen Schwellenwert hinaus und erreichen Leistungspegel, die stark genug sind, um drahtlose Mikrofon- und IEM-Systeme zu stören.
Sobald ein Bild angezeigt wird, verschlechtert sich die Situation merklich.Die durchschnittliche Leistung des Rauschpegels wird um ca. 6 dB angehoben, wobei viele starke EMI-Spitzen bis zu 50 dBm über dem Rauschpegel auftreten. Erschwerend kommt hinzu, dass sich die Energieverteilung je nach Videosignal ständig ändert. In der Praxis schwanken die Frequenzen, bei denen die EMI-Spitzen auftreten, also zufällig.
Dies kann ein sehr ernstes Problem für die Koordination von drahtlosen Mikrofon- und IEM-Systemen darstellen, da die von einer großen Videowand abgestrahlte EMI-Spitzenenergie stärker sein kann als die der Mikrofon- und IEM-Sender.In schwierigen HF-Umgebungen wie diesen sind die Wahl und die Positionierung der Antenne sehr wichtig. Richtantennen können so positioniert werden, dass die unempfindlichste Richtung auf die EMI-Quelle ausgerichtet ist.Die Erhöhung der Sender-Ausgangsleistung und das Einfügen einer entsprechenden Dämpfung am Empfängereingang kann ebenfalls eine effektive Methode sein, um den Signal-Rausch-Abstand zu verbessern, ohne das Risiko einer Übersteuerung der Empfängereingangsstufe zu erhöhen. In jedem Fall sind die Identifizierung und Überwachung potenzieller EMI-Quellen entscheidend, um sicherzustellen, dass HF-Systeme für eine optimale Leistung konfiguriert sind.
HF-Störungen unterscheiden sich von EMI insofern, als es sich nicht um unbeabsichtigt abgestrahlte Energie mit zufälligen Leistungspegeln handelt, sondern einfach um das Vorhandensein unerwünschter HF-Signale, die von HF-Sendern ausgestrahlt werden. Quellen für HF-Störungen können andere drahtlose Mikrofone und IEMs, Radio- und Fernsehübertragungen, drahtlose Kommunikationssysteme oder Unterhaltungselektronikgeräte mit drahtloser Funktionalität sein. Das Vorhandensein von RFI kann auch auf einem CRT-Monitor sichtbar sein, wo es sich oft als mehrere horizontale Balken oder Wellenlinien auf dem Bildschirm darstellt.
Der Vorteil von RFI im Gegensatz zu EMI besteht darin, dass sie oft berücksichtigt werden kann, da die Störfrequenzen in der Regel konstant bleiben. Lokale Fernsehsender sind beispielsweise relativ einfach zu identifizieren und zu meiden. Unerwünschte mobile Sender stellen eine größere Herausforderung dar, da sie physisch schwer zu lokalisieren sein können. HF-Ingenieure, beispielsweise bei Broadcast-Events, müssen oft ENG-Teams vor Ort ausfindig machen, die auf störenden Frequenzen senden, und ihnen stattdessen koordinierte Frequenzen zur Nutzung zuweisen. Intermodulationsprodukte (IMD) sind eine weitere Hauptquelle für HF-Störungen und das Thema des Artikels im nächsten Monat.
Lokaleoszillator und Zwischenträgerfrequenzen
Eine weniger bekannte Quelle für Störgeräusche kann auf die Demodulationsschaltung des Empfängers zurückgeführt werden. Lokaleroszillator- (LO) und Zwischenträgerfrequenzen (ZF), die im Empfänger erzeugt werden, können sowohl im Empfänger selbst als auch in anderen Empfängern im System Verzerrungen verursachen. Wenn die HF-Eingänge von zwei Empfängern elektronisch interagieren können, kann ein Empfänger den anderen stören, wenn die Betriebsfrequenz des einen der LO-Frequenz des anderen entspricht.
Bei einem standardmäßigen Superheterodyn-FM-Empfänger mit einfacher Umsetzung, der auf eine Betriebsfrequenz von 600,7 MHz abgestimmt ist, würde der Lokaleoszillator beispielsweise mit 590,0 MHz arbeiten. Wenn ein zweiter Empfänger nicht elektronisch isoliert ist und auf eine Betriebsfrequenz von 590 MHz eingestellt ist, können Störungen durch den LO des ersten Empfängers auftreten, insbesondere wenn der vom 590 MHz Mikrofon empfangene Leistungspegel niedrig ist. Ein Antennensplitter isoliert die HF-Eingänge des Empfängers elektronisch und minimiert so das Risiko von LO-induzierten Interferenzen. Auch bei Verwendung eines Antennensplitters wird empfohlen, die Trägerfrequenzen so zu koordinieren, dass ein Abstand von mindestens 250 kHz zu den LO-Frequenzen eingehalten wird.
Spiegelfrequenz ist eine weitere potenzielle Quelle für intern erzeugte Interferenzen. In einem FM-Empfänger mit Einfachumsetzung kann der Lokaloszillator (LO) je nach Auslegung entweder 10,7 MHz oberhalb oder unterhalb der eingestellten Empfangsfrequenz mitlaufen. Wenn die abgestimmte Betriebsfrequenz und die LO-Frequenz an die Mischersektion des Empfängers angelegt werden, ist einer der Ausgänge des Mischers die 10,7 MHz. Wenn ein anderer Träger, der 10,7 MHz von der LO-Frequenz und 21,4 MHz von der eingestellten Betriebsfrequenz entfernt ist, in die Demodulationsschaltung des Empfängers gelangt, führt dies zu einem zweiten Störsignal am Ausgang der Mischerstufe bei 10,7 MHz. Dies wird als Spiegelfrequenz der eingestellten Betriebsfrequenz bezeichnet. Obwohl professionelle Empfänger Filter zur Unterdrückung dieser Frequenz beinhalten, wird empfohlen, die Betriebsfrequenzen mit einem Abstand von mindestens 250 kHz zu jeder potenziellen Spiegelfrequenz zu koordinieren.
Es ist erforderlich, den Einfluss von HF_Rauschen emittierenden Geräten zu verstehen, um deren Auswirkungen auf Drahtlosmikrofon und In Ear Monitoring Systeme sachgerecht bewerten zu können Wie oben dargestellt, führt ein höherer HF-Rauschpegel typischerweise zu einer Verringerung der Reichweite. In analogen Systemen führt ein ansteigender Rauschpegel zu zunehmend hörbarem Rauschen im demodulierten Signal, bis die Squelch-Schwelle erreicht ist.Digitale Systeme weisen dieses Verhalten nicht auf. Sie demodulieren in der Regel ein sauberes Audiosignal bis zu dem Punkt, an dem rauschbedingte Fehler eine Stummschaltung des Systems bewirken. Dies ist von Vorteil, da die Auswirkungen eines erhöhten HF-Rauschpegels nicht sofort hörbar sind. Wird ein hoher Rauschpegel jedoch nicht erkannt, kann die daraus resultierende Verringerung der Reichweite für den HF-Ingenieur eine unliebsame Überraschung sein. Ein Scan des HF-Spektrums in der Umgebung ist der Schlüssel zur Identifizierung und Verwaltung von Störungen in HF-Systemen.
Nächsten Monat konzentrieren wir uns speziell auf eine Form von RFI – die Intermodulation. Wir erklären, wie und warum IMD-Produkte entstehen und wie Sie IMD in Mehrkanalsystemen handhaben.
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