Применение компонентного анализа электромагнитного поля для решения поисковых задач. 

Индикаторы электромагнитного поля, несомненно, являются самыми доступными и простыми приборами для поиска радиопередающих устройств. Индикаторы успешно применяются не только в качестве средств экспресс-анализа, но и в качестве дополнения к более сложным средствам радиомониторинга.

Классический индикатор поля представляет собой всеволновой измеритель мощности электромагнитного поля, наводимого на его приемную антенну. "Всеволновость" индикатора обеспечивается отсутствием узкополосных селективных элементов во входных цепях. Фактически ширина полосы пропускания входных цепей является паспортным значением диапазона рабочих частот прибора. Поскольку индикатор не имеет частотной селекции, то измеряемая индикатором мощность складывается из сигнала искомого радиопередающего устройства и фона, состоящего из сигналов радиовещания, телевиденья, средств связи и т.п. Если искомый источник имеет небольшую мощность, а расстояние до него велико, то его вклад в показания индикатора будет незначителен, оператор будет видеть только фон. При проведении обследования в процессе перемещения оператором индикатора по обследуемому объекту в какой-то момент происходит сближение индикатора с искомым радиопередающим устройством. В этот момент принимаемая мощность сигнала искомого источника возрастает и становится больше суммарной мощность всех фоновых сигналов, оператор зафиксирует факт обнаружения. Такой пространственно - мощностной метод обнаружения и локализации позволяет эффективно искать существующие в эфире сигналы радиопередающих устройств, независимо от частоты (в пределах рабочего диапазона прибора), ширины полосы и типа модуляции их излучения – главное, что бы энергетика сигнала достаточно превосходила энергетику поля. Независимость характеристик обнаружения индикаторов поля от типа сигнала актуальна в связи с невозможностью обеспечения когерентного приема искомых сигналов, особенно в связи с широким распространением сложных цифровых видов радиопередач.

Основные проблемы при работе с индикаторами поля связаны с большим разбросом по мощности фоновых источников и сложности пространственного распределения этих полей, что приводит к большим флюктуациям мощности фона в разных точках обследуемого объема. Так, при разных условиях приема, измеренная индикатором фоновая мощность может меняться на величину порядка 30 – 40 дБ, поэтому при поиске дальность обнаружения одного и того же искомого источника меняется. Кроме того, сигналы фоновых источников, многократно переотразившись от окружающих конструкций, создают сложное интерференционное поле, характеризующееся резким, на порядок и более (10-20 дБ), изменением фоновой мощности в разных точках помещения (1), что зачастую приводит к многочисленным ложным тревогам.

С целью предоставить оператору дополнительную информацию об обнаруженном сигнале, многие модели индикаторов дополнены некоторыми из, несомненно, полезных функций - частотомером, акустическим коррелятором (схемой акустозавязки), возможностью идентификации сигналов типовых стандартов (GSM, DECT , WiFi) и т.п.

Сравнительно недавно в поисковой практике стал применяться еще один, относительно новый метод – метод компонентного анализа, который позволяет оператору отличить сигнал искомого радиопередатчика от локальных максимумов фоновых полей.

Как известно (2), электромагнитное поле представляет собой комбинацию двух компонент - электрической (вектор Е) и магнитной (вектор Н), ортогональных друг другу. В дальней зоне от источника оба этих вектора изменяются во времени синхронно т.е. разность фаз между ними равна 0 градусов. Отношение же амплитуд этих векторов вдали от источника стремиться к волновому сопротивлению свободного пространства 377 Ом. При приближении к радиопередатчику структура его поля меняется, и в ближней зоне, поля колеблются в квадратуре т.е. разность фаз между электрической и магнитной компонентами стремиться к 90 градусам. Отношения амплитуд при этом принимают экстремальные значения, значительно отличные от 377 Ом.

Математическое описание полей позволяет рассчитать радиус ближнего поля источника, как функцию излучаемой длины волны λ и геометрических размеров D излучающей антенны. Примерная зависимость разности фаз между электрической и магнитной компонентами Е, Н и отношение амплитуд - приведены на рис.1. Для большинства реальных источников применима численная оценка радиуса ближней зоны как наибольшее из длины волны излучения и геометрического размера антенны.

 Раздельный прием для электрической и магнитных компонент поля наиболее просто технически осуществить используя в качестве антенн для Н компоненты - малую магнитную рамку, и для Е компоненты - малый электрический диполь. Именно такая пара антенн лежала в основе специальных антенных устройств KB радиоприемников, нечувствительных к сигналам далеких помеховых источников (3). Специалисты из американской компании разработали специализированную радиосистему, измеряющую расстояния до маяка, работающего на частоте около 1МГц, основываясь только на измерении разности фаз между Е и Н компонентами поля (4). Применительно же к задаче поиска, где важно зафиксировать лишь отклонение характеристик поля от типовых значений, более эффективным является измерение не только разности фаз, но и отношения между амплитудами компонент поля.

                                                                      Рис. 1

Данный метод (5)  реализован в индикаторе поля NR-D, который в дополнении к классическому каналу измерителя мощности, содержит канал анализа электрической и магнитной компонент. Результаты измерения разности фаз и отношения амплитуд обрабатываются и отображаются на экране прибора одновременно с классической шкалой мощности.

Практическая дальность обнаружения признаков ближнего поля радиопередатчика с частотой излучения  400МГц (длина волны около 0,75м) составляет около 0,4 - 0,5 м, с частотой  900МГц - около 0,1 - 0,2 м.

Существенным преимуществом описанного метода компонентного анализа является крайне низкая вероятность ложной тревоги, обусловленная независимостью как угла между векторами, так и отношения между ними от уровня мощности принимаемого сигнала.

1. Распространение радиоволн в мобильной связи. С.Н. Шебунин Л., Л. Лесная УГТУ-УПИ, 2009

2. Марков Г.Т. СазоновД.М. Антенны. Москва. Энергия 1975

3. Компонентная селекция Гречихин А.И. Радио №3 1984

4. Near Field Phase Behavior Hans Gregory Schantz (h.schantz@q-track.com) Q-Track Corporation; IEEE APS Conference July 2005

5. Патент RU 2349927 Компонентный индикатор ближнего поля

А.В. Симонов ведущий специалист

А.В. Кривцун ведущий специалист

STT GROUP