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，并降低設備成本。

關鍵詞：信號屏蔽；分段偵測；跟蹤干擾

隨著現代通信技術的飛速發展，信息的傳遞愈加方便快捷，以手機為代表的現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；而相對應的，在一些特定場合，屏蔽此種信息傳遞手段的需求也顯現出來，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備應運而生。

然而當今市面上大多數的信號屏蔽器在所需屏蔽的頻段內連續發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，連續的電磁波發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，當屏蔽范圍內沒有通信設備在進行通訊時，屏蔽器依然維持大功率射頻信號發射的工作方式，這是對能源的浪費。因此，一種以快速偵測方式實現的能量跟蹤型無線信號屏蔽器能有效應對以上兩個問題。

1 設計理念

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二次變頻、分段掃描。將較大的待偵測頻段范圍分為數個帶寬較窄的頻段，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射器處于關閉狀態，設備只進行低功耗的信號偵測；而當檢測到超過設定閾值的能量信號時，信號屏蔽器將利用內置算法精確計算出偵測到的信號頻率，繼而控制干擾發射器間斷性地發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，得以實現安全、環保的通信信號屏蔽功能。

2 系統設計

2.1 軟件設計

系統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，干擾模塊關閉，單片機將周期性地采集周邊范圍內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先設定的背景噪聲門限值，則認為偵測范圍內無通信信號，信號屏蔽器將持續工作在低功耗的偵測模式下；只有當采集到的電平值連續多次超過門限值，證明偵測范圍內確實有無線信號在進行通信，此時信號屏蔽器將轉入干擾模式。

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射同頻率的射頻干擾信號，阻礙信號傳輸。同時，在發射干擾的間隙，每隔一段時間重新進行信號檢測，判斷周邊范圍內出現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，重新轉入偵測模式。

2.2 模型設計

以快速偵測式無線信號屏蔽器的理念設計一款實驗模型，模型系統采用STM32F4為主控平臺，控制DDS直接數字式頻率合成器分別發送兩路本振信號，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。

當單片機通過AD采樣模塊檢測到外部送入信號時，可通過設定的第一、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 結語

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

參考文獻：

[1]鄭志超.無線電信號屏蔽工作原理及發展[J].科技展望，2016，26（25）：116.

[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，在讀本科大學生，研究方向：通信。單位：南京郵電大學通信與信息工程學院，通信工程專業；第二作者：文偉璐；第三作者：李金栗。