快速偵測式無線信號跟蹤屏蔽器

婁嘉馨 文偉璐 李金栗

摘 要：針對市面上大功率信號屏蔽器的電磁輻射問題，一種新型偵測式無線信號跟蹤屏蔽器通過分段偵測+間隙干擾的工作模式，對周邊范圍內(nèi)的無線信號進行智能跟蹤干擾，從而降低無意義的功率消耗，并降低設(shè)備成本。

關(guān)鍵詞：信號屏蔽；分段偵測；跟蹤干擾

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳遞愈加方便快捷，以手機為代表的現(xiàn)代通訊工具在傳遞信息方面的便捷性越來越被人們所依賴；而相對應(yīng)的，在一些特定場合，屏蔽此種信息傳遞手段的需求也顯現(xiàn)出來，如在重要會議等場合需禁止信息外泄、大型考試需防止與外界通信的作弊手段。

由于這些需求，信號屏蔽器這類電子設(shè)備應(yīng)運而生。

然而當(dāng)今市面上大多數(shù)的信號屏蔽器在所需屏蔽的頻段內(nèi)連續(xù)發(fā)射大功率射頻干擾信號，通過此種手段干擾手機與基站之間的通信。一方面，連續(xù)的電磁波發(fā)射使得屏蔽范圍的人員長時間受到大功率射頻輻射，引起了廣泛的爭議；另一方面，當(dāng)屏蔽范圍內(nèi)沒有通信設(shè)備在進行通訊時，屏蔽器依然維持大功率射頻信號發(fā)射的工作方式，這是對能源的浪費。因此，一種以快速偵測方式實現(xiàn)的能量跟蹤型無線信號屏蔽器能有效應(yīng)對以上兩個問題。

1 設(shè)計理念

1.1分段偵測

快速偵測式無線信號屏蔽器利用前端頻率變換器實現(xiàn)二次變頻、分段掃描。將較大的待偵測頻段范圍分為數(shù)個帶寬較窄的頻段，利用第一次變頻將某一頻率波段降頻至指定頻段，然后通過第二次變頻對該指定頻段進行快速掃頻，檢測是否存在無線信號。通過這種分段偵測的方式，一方面擴大了可偵測頻段的帶寬范圍，降低了對掃頻設(shè)備的要求，另一方面也可靈活指定想要偵測的無線頻段。

1.2 信號跟蹤

新型信號屏蔽器開啟后進行信號偵測，在沒有檢測到無線信號的期間，信號屏蔽器的干擾發(fā)射器處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)備只進行低功耗的信號偵測；而當(dāng)檢測到超過設(shè)定閾值的能量信號時，信號屏蔽器將利用內(nèi)置算法精確計算出偵測到的信號頻率，繼而控制干擾發(fā)射器間斷性地發(fā)送相同頻率的無線干擾信號，擾亂對方通信的正常工作，達到無線通信屏蔽的效果。

由于這種工作方式在未偵測到信號時，無需發(fā)射大功率射頻干擾信號，僅進行信號偵測；而在偵測到信號時，立刻采用間隙干擾的發(fā)射模式，跟蹤干擾無線信號，從而顯著降低電磁輻射，得以實現(xiàn)安全、環(huán)保的通信信號屏蔽功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 軟件設(shè)計

系統(tǒng)以單片機為控制平臺，工作模式分為偵測模式和干擾模式。在偵測模式下，干擾模塊關(guān)閉，單片機將周期性地采集周邊范圍內(nèi)指定頻段的射頻功率電平值，進行信號偵測。假如檢測到的電平值不超過預(yù)先設(shè)定的背景噪聲門限值，則認(rèn)為偵測范圍內(nèi)無通信信號，信號屏蔽器將持續(xù)工作在低功耗的偵測模式下；只有當(dāng)采集到的電平值連續(xù)多次超過門限值，證明偵測范圍內(nèi)確實有無線信號在進行通信，此時信號屏蔽器將轉(zhuǎn)入干擾模式。

在干擾模式下，干擾模塊開啟，單片機將計算出檢測到的信號頻率，并控制干擾模塊間隙發(fā)射同頻率的射頻干擾信號，阻礙信號傳輸。同時，在發(fā)射干擾的間隙，每隔一段時間重新進行信號檢測，判斷周邊范圍內(nèi)出現(xiàn)的通信信號頻率是否消失或改變。如果偵測到通信信號沒有消失或通信信號頻率改變，則繼續(xù)維持干擾模式，進行信號屏蔽；如果偵測到通信信號消失，則停止干擾模式，重新轉(zhuǎn)入偵測模式。

2.2 模型設(shè)計

以快速偵測式無線信號屏蔽器的理念設(shè)計一款實驗?zāi)Ｐ停Ｐ拖到y(tǒng)采用STM32F4為主控平臺，控制DDS直接數(shù)字式頻率合成器分別發(fā)送兩路本振信號，完成二次變頻，從而分頻段偵測20——170MHZ頻率范圍有無通信信號。

DDS模塊采用AD9959芯片，混頻器使用抑制載波的AD831雙平衡混頻器，將150M的偵測頻率帶寬分為三個頻率段，每段帶寬50MHZ，通過第一混頻器將偵測頻段依次分段下變頻至指定頻率段10.7MHz——60.7MHZ，輸出信號送入第二混頻器，第二混頻器的本振信號則采用50MHZ帶寬的掃頻信號，將指定頻率段的信號連續(xù)變頻至中頻10.7MHZ，輸出信號通過10.7MHZ陶瓷濾波器后，送入偵測模塊進行電平值檢測。

當(dāng)單片機通過AD采樣模塊檢測到外部送入信號時，可通過設(shè)定的第一、第二本振的頻率值計算出檢測到的外部信號頻率，并控制DDS間隙發(fā)送一路相同頻率的信號作為干擾，以達到偵測式信號屏蔽的功能。

3 結(jié)語

快速偵測式無線信號屏蔽器的研究由江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃支持，主要創(chuàng)新特色在于所采用的快速無線電分段偵察+跟蹤間隙干擾的設(shè)計。此新型干擾屏蔽設(shè)備大大降低了平均干擾發(fā)射的功率、減少電磁輻射，安全環(huán)保；同時，也可通過頻段標(biāo)定實現(xiàn)對任意無線波段的無線電偵察和干擾，擴大了設(shè)備使用范圍，也降低了掃頻設(shè)備的成本和要求。

參考文獻：

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[2]董潔，王春梅，沈國土.手機及其屏蔽器的信號測量[J].物理實驗，2017，37（01）：5255.

作者簡介：婁嘉馨（1996），女，上海人，漢族，在讀本科大學(xué)生，研究方向：通信。單位：南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，通信工程專業(yè)；第二作者：文偉璐；第三作者：李金栗。