Alles over draadloze systemen: Ruis in RF Systemen
Welkom bij de achtste aflevering van Alles over draadloos. In dit nummer identificeren we een aantal veelvoorkomende bronnen van ruis die van invloed zijn op draadloze microfoon- en IEM-systemen.
Elektromagnetische interferentie en interferentie van radiofrequenties
Ruis in RF systemen kan over het algemeen beschouwd worden als alle RF energie die niet het gewenste signaal is. Twee termen die vaak gebruikt worden om RF-ruis te beschrijven zijn ElektroMagnetische Interferentie (EMI) en Radio Frequency Interference (RFI). EMI is een willekeurige, breedbandige ruis terwijl RFI een narrowband ruis is die op specifieke frequenties plaatsvindt.
EMI wordt opgewekt door apparaten die niet bedoeld zijn om radio- of televisiesignalen uit te zenden en elektrische motoren. Het geluid van deze apparaten is een bijproduct van hun werking. EMI kan een draadloze microfoon of IEM-systeem binnendringen via de antenne, transmissielijn of stroomaansluiting en het effect is typisch hoogfrequente ruis of distortion. Interessant is dat de aanwezigheid van EMI te zien is op een CRT-monitor, waar het vaak te zien is als verticale banden of stippen die over het scherm bewegen.
Alle elektronische apparten geven een bepaalde hoeveelheid EMI af, maar LED walls zijn in het bijzonder van belang.Hoewel afzonderlijke LED modules kunnen voldoen aan de relevante emissienormen, kan de EMI die door een volledig gevormde videowall wordt gegenereerd aanzienlijk zijn. Om de invloed van een videowall op de RF-ruisvloer vast te stellen, zijn spectrumscans essentieel.
De onderstaande scan toont de EMI die wordt opgewekt door een ingeschakelde, maar blanco, videowand. Zonder een getoond beeld blijft het gemiddelde vermogen in de ruisvloer onder -85 dBm Er zijn echter meerdere energiepieken die ver boven deze drempel liggen op vermogensniveaus die sterk genoeg zijn om draadloze microfoon- en IEM-systemen te storen.
De situatie is duidelijk slechter zodra er content wordt weergegeven.Het gemiddelde vermogen van de ruisvloer is met ongeveer 6 dB verhoogd, waarbij vele sterke pieken van EMI tot 50 dBm boven de ruisvloer komen. Tot overmaat van ramp verandert de verdeling van de energie voortdurend afhankelijk van het videosignaal. In de praktijk fluctueren de frequenties waarop de EMI pieken bestaan dus willekeurig.
Dit kan een ernstig probleem vormen voor de coördinatie van draadloze microfoon- en IEM-systemen, aangezien de piek EMI-energie die wordt uitgestraald van een grote videowall sterker kan zijn dan die van de microfoons en IEM-zenders. In moeilijke RF omgevingen zoals deze zijn antennekeuze en positionering erg belangrijk. Directionele antennes kunnen zo worden geplaatst dat het nulpunt op de EMI bron is gericht. Het verhogen van het zendvermogen en het plaatsen van een equivalente demping bij de ingang van de ontvanger kan ook een effectieve manier zijn om de signaal-ruisverhouding te verbeteren zonder de kans op overbelasting van de ontvangerfront-end te vergroten. In elk geval is het identificeren en monitoren van potentiële bronnen van EMI essentieel om ervoor te zorgen dat RF systemen zijn geconfigureerd voor optimale prestaties.
RFI verschilt van EMI doordat het geen onbedoeld uitgestraalde energie op willekeurige vermogensniveaus is, maar eenvoudigweg de aanwezigheid van ongewenste RF-signalen die worden uitgezonden door RF-zenders Bronnen van RFI kunnen andere draadloze microfoons en IEM's zijn, radio- en televisie-uitzendingen, draadloze communicatiesystemen of elektronische apparaten voor consumenten met draadloze functionaliteit. De aanwezigheid van RFI is ook te zien op een CRT-monitor waar het vaak te zien is als verschillende horizontale balken of golvende lijnen op het scherm.
Het goede van RFI, in tegenstelling tot EMI, is dat het vaak kan worden opgevangen omdat de stoorfrequenties meestal constant blijven. Lokale televisiestations zijn bijvoorbeeld redelijk gemakkelijk te identificeren en te vermijden. Rogue mobiele zenders vormen een grotere uitdaging, omdat ze fysiek moeilijk te lokaliseren kunnen zijn. RF-engineers bijbroadcastevenementen moeten bijvoorbeeld vaak ENG-teams ter plaatse opsporen die op storende frequenties uitzenden en hen gecoördineerde frequenties toewijzen om te gebruiken. Intermodulatievervormingsproducten (IMD-producten) zijn een andere primaire bron van RFI, wat het onderwerp zal zijn van het artikel van volgende maand
Local Oscillator en Intermediate Frequencies
Een minder bekende bron van storende ruis kan worden toegeschreven aan het demodulatiecircuit van de ontvanger. Local Oscillator (LO) en Intermediate Frequencies (IF) gegenereerd in de ontvanger kunnen distortion veroorzaken, zowel in de ontvanger zelf als in andere ontvangers in het systeem. Als de RF inputs van twee ontvangers elektronisch met elkaar kunnen interfereren, kan de ene ontvanger de andere storen als de werkfrequentie van de ene gelijk is aan de LO frequentie van de andere.
Een standaard enkelvoudige conversie superheterodyne FM-ontvanger die is afgestemd op een bedrijfsfrequentie van 600,7 MHz, zou een LO hebben die werkt op 590,0 MHz. Indien niet elektronisch geïsoleerd, kan een tweede ontvanger die is afgestemd op een operating frequency van 590MHz storing ondervinden van de LO van de eerste, vooral als het ontvangen vermogen van de 590MHz microfoonzender laag is. Een antenne distributie unit (ADU) isoleert elektronisch de RF-ingangen van de ontvanger, waardoor het risico op LO-geïnduceerde interferentie wordt geminimaliseerd. Zelfs met een ADU in het systeem wordt nog steeds aanbevolen om draaggolffrequenties zó te coördineren dat LO-frequenties met ten minste 250 kHz worden vermeden.
Beeldfrequentie is een andere mogelijke bron van intern opgewekte interferentie. In een FM-ontvanger met enkele conversie kan, afhankelijk van het ontwerp, de LO 10,7MHz boven of onder de afgestemde Operating Frequency zitten. Wanneer de afgestemde bedrijfsfrequentie en LO-frequenties worden toegepast op de ontvanger mix sectie, is een van de uitgangen van de mixer de 10,7 MHz. Als een andere draaggolf die 10,7MHz van de LO en 21,4MHz van de afgestemde werkfrequentie verwijderd is, de demodulatieschakelingen van de ontvanger binnenkomt, is het resultaat een tweede stooruitgang van de mixertrap op 10,7MHz. Dit wordt een Image of the tuned operating frequency genoemd. Hoewel professionele ontvangers filters hebben om dit te onderdrukken, is het aante raden om operationele frequenties minstens 250kHz van elke potentiële Image frequentie af te stemmen.
Het is belangrijk om te begrijpen welk effect noise producerende devices hebben op de RF noise floor, zodat een onderbouwde beoordeling kan worden gemaakt van hun impact op onze draadloze microfoon- en IEM-systemen. Zoals hierboven afgebeeld, resulteert een hogere RF noise floor meestal in een kleinere range. In analoge systemen produceert een toenemende ruisvloer steeds meer hoorbare ruis in het gedemoduleerde signaal totdat het squelch-punt is bereikt. Digital systemen vertonen dit gedrag niet en demoduleren doorgaans clean audio tot het punt dat door ruis veroorzaakte errors ervoor zorgen dat het systeem mute gaat. Dit is voordelig omdat de impact van een verhoogde RF noise floor niet onmiddellijk hoorbaar is. Echter, als een hoge Noise Floor niet geïdentificeerd wordt, kan de resulterende afname in operating range als een onwelkome verrassing komen voor de RF engineer. Spectrumscanning is de sleutel tot het identificeren en beheren van ruis in RF systemen.
Volgende maand zullen we ons specifiek richten op één vorm van RFI - Intermodulation Distortion. We leren hoe en waarom IMD-producten gegenereerd worden en hoe IMD beheerd moet worden in systemen met meerdere kanalen.
Om op de hoogte te blijven van deze en andere educatieve content, kunt u zich aanmelden voor onze e-maillijst hier.
