快速侦测式无线信号跟踪屏蔽器
摘 要：针对市面上大功率信号屏蔽器的电磁辐射问题，一种新型侦测式无线信号跟踪屏蔽器通过分段侦测+间隙干扰的工作模式，对周边范围内的无线信号进行智能跟踪干扰，从而降低无意义的功率消耗，并降低设备成本。
关键词：信号屏蔽；分段侦测；跟踪干扰
隨着现代通信技术的飞速发展，信息的传递愈加方便快捷，以手机为代表的现代通讯工具在传递信息方面的便捷性越来越被人们所依赖；而相对应的，在一些特定场合，屏蔽此种信息传递手段的需求也显现出来，如在重要会议等场合需禁止信息外泄、大型考试需防止与外界通信的作弊手段。
由于这些需求，信号屏蔽器这类电子设备应运而生。
然而当今市面上大多数的信号屏蔽器在所需屏蔽的频段内连续发射大功率射频干扰信号，通过此种手段干扰手机与基站之间的通信。一方面，连续的电磁波发射使得屏蔽范围的人员长时间受到大功率射频辐射，引起了广泛的争议；另一方面，当屏蔽范围内没有通信设备在进行通讯时，屏蔽器依然维持大功率射频信号发射的工作方式，这是对能源的浪费。因此，一种以快速侦测方式实现的能量跟踪型无线信号屏蔽器能有效应对以上两个问题。
1 设计理念
1.1分段侦测
快速侦测式无线信号屏蔽器利用前端频率变换器实现二次变频、分段扫描。将较大的待侦测频段范围分为数个带宽较窄的频段，利用第一次变频将某一频率波段降频至指定频段，然后通过第二次变频对该指定频段进行快速扫频，检测是否存在无线信号。通过这种分段侦测的方式，一方面扩大了可侦测频段的带宽范围，降低了对扫频设备的要求，另一方面也可灵活指定想要侦测的无线频段。
1.2 信号跟踪
新型信号屏蔽器开启后进行信号侦测，在没有检测到无线信号的期间，信号屏蔽器的干扰发射器处于关闭状态，设备只进行低功耗的信号侦测；而当检测到超过设定阈值的能量信号时，信号屏蔽器将利用内置算法精确计算出侦测到的信号频率，继而控制干扰发射器间断性地发送相同频率的无线干扰信号，扰乱对方通信的正常工作，达到无线通信屏蔽的效果。
由于这种工作方式在未侦测到信号时，无需发射大功率射频干扰信号，仅进行信号侦测；而在侦测到信号时，立刻采用间隙干扰的发射模式，跟踪干扰无线信号，从而显著降低电磁辐射，得以实现安全、环保的通信信号屏蔽功能。
2 系统设计
2.1 软件设计
系统以单片机为控制平台，工作模式分为侦测模式和干扰模式。在侦测模式下，干扰模块关闭，单片机将周期性地采集周边范围内指定频段的射频功率电平值，进行信号侦测。假如检测到的电平值不超过预先设定的背景噪声门限值，则认为侦测范围内无通信信号，信号屏蔽器将持续工作在低功耗的侦测模式下；只有当采集到的电平值连续多次超过门限值，证明侦测范围内确实有无线信号在进行通信，此时信号屏蔽器将转入干扰模式。
在干扰模式下，干扰模块开启，单片机将计算出检测到的信号频率，并控制干扰模块间隙发射同频率的射频干扰信号，阻碍信号传输。同时，在发射干扰的间隙，每隔一段时间重新进行信号检测，判断周边范围内出现的通信信号频率是否消失或改变。如果侦测到通信信号没有消失或通信信号频率改变，则继续维持干扰模式，进行信号屏蔽；如果侦测到通信信号消失，则停止干扰模式，重新转入侦测模式。
2.2 模型设计
以快速侦测式无线信号屏蔽器的理念设计一款实验模型，模型系统采用STM32F4为主控平台，控制DDS直接数字式频率合成器分别发送两路本振信号，完成二次变频，从而分频段侦测20——170MHZ频率范围有无通信信号。
DDS模块采用AD9959芯片，混频器使用抑制载波的AD831双平衡混频器，将150M的侦测频率带宽分为三个频率段，每段带宽50MHZ，通过第一混频器将侦测频段依次分段下变频至指定频率段10.7MHz——60.7MHZ，输出信号送入第二混频器，第二混频器的本振信号则采用50MHZ带宽的扫频信号，将指定频率段的信号连续变频至中频10.7MHZ，输出信号通过10.7MHZ陶瓷滤波器后，送入侦测模块进行电平值检测。
当单片机通过AD采样模块检测到外部送入信号时，可通过设定的第一、第二本振的频率值计算出检测到的外部信号频率，并控制DDS间隙发送一路相同频率的信号作为干扰，以达到侦测式信号屏蔽的功能。
3 结语
快速侦测式无线信号屏蔽器的研究由江苏省大学生创新训练计划支持，主要创新特色在于所采用的快速无线电分段侦察+跟踪间隙干扰的设计。此新型干扰屏蔽设备大大降低了平均干扰发射的功率、减少电磁辐射，安全环保；同时，也可通过频段标定实现对任意无线波段的无线电侦察和干扰，扩大了设备使用范围，也降低了扫频设备的成本和要求。
参考文献：
[1]郑志超.无线电信号屏蔽工作原理及发展[J].科技展望，2016，26（25）：116.
[2]董洁，王春梅，沈国土.手机及其屏蔽器的信号测量[J].物理实验，2017，37（01）：5255.
作者简介：娄嘉馨（1996），女，上海人，汉族，在读本科大学生，研究方向：通信。单位：南京邮电大学通信与信息工程学院，通信工程专业；第二作者：文伟璐；第三作者：李金栗。