Tudo sobre a tecnologia sem fio: ruído em sistemas de RF

Nesta edição do shure, identificaremos várias fontes comuns de ruído que afetam o microfone sem fio e os sistemas IEM.

Interferência eletromagnética e interferência de radiofrequência

O ruído nos sistemas de RF geralmente pode ser considerado como qualquer energia de RF que não seja o sinal desejado. Dois termos comuns usados ​​para descrever o ruído de RF são Interferência eletromagnética (EMI) e Interferência de radiofrequência (RFI). O EMI é um ruído aleatório de banda larga, enquanto o RFI é um ruído de banda estreita transmitido em frequências específicas.

O EMI é gerado por dispositivos eletrónicos que não são transmitidos e motores eléctricos. O ruído emitido por esses dispositivos é um subproduto de sua operação. A EMI pode entrar em um microfone sem fio ou sistema IEM através da antena, linha de transmissão ou conexão de energia, e o efeito é tipicamente ruído ou distorção de alta frequência. Curiosamente, a presença de EMI pode ser vista em um monitor CRT, onde muitas vezes se apresenta como faixas verticais de pontos se movendo pela tela.

Todos os dispositivos eletrónicos emitem uma certa quantidade de EMI, mas as paredes de LED são particularmente preocupantes. Embora os módulos de LED individuais possam estar em conformidade com os padrões de emissões relevantes, o EMI gerado por uma parede de vídeo totalmente formada pode ser considerável. As varreduras de espectro são essenciais para capturar o impacto que uma parede de vídeo tem no piso de ruído de RF.

A varredura apresentada abaixo revela o EMI gerado por um video wall energizado, mas em branco. Sem uma imagem exibida, a potência média no piso de ruído permanece abaixo de -85dBm. No entanto, vários picos de energia se estendem bem acima desse limite em níveis de potência suficientemente fortes para interferir nos sistemas de microfone e IEM sem fio.

A situação é notavelmente pior quando uma imagem é exibida. A potência média do piso de ruído é aumentada em aproximadamente 6dB, com muitos picos fortes de EMI apresentando até 50dBm acima do piso de ruído. Para piorar a situação, a distribuição de energia muda constantemente de acordo com o sinal de vídeo. Portanto, na prática, as frequências nas quais os picos de EMI existem flutuam aleatoriamente.

Isso pode representar um problema muito sério para a coordenação dos sistemas IEM e microfone sem fio, pois o pico de energia EMI irradiada de uma grande parede de vídeo pode ser mais forte que a dos microfones e transmissores IEM. Em ambientes de RF difíceis como esse, a escolha e o posicionamento da antena são muito importantes. As antenas direcionais podem ser posicionadas de modo que o ponto nulo seja direcionado à fonte do EMI. Aumentar a potência de saída do transmissor e inserir um bloco equivalente na entrada do receptor também pode ser uma maneira eficaz de aumentar a relação sinal / ruído sem aumentar as chances de sobrecarregar o front end do receptor. De qualquer forma, a identificação e o monitoramento de fontes potenciais de EMI são críticos para garantir que os sistemas de RF estejam configurados para um desempenho ideal.

O RFI difere do EMI, pois não é energia irradiada involuntariamente em níveis aleatórios de potência, mas sim, é simplesmente a presença de sinais de RF indesejados transmitidos por transmissores de RF. As fontes de RFI podem incluir outros microfones e IEMs sem fio, transmissão de rádio e televisão, sistemas de comunicação sem fio ou dispositivos eletrônicos de consumo com funcionalidade sem fio. A presença de RFI também pode ser vista em um monitor CRT, onde muitas vezes se apresenta como várias barras horizontais ou linhas onduladas na tela.

O bom do RFI, ao contrário do EMI, é que ele pode ser acomodado com frequência, pois as frequências interferentes geralmente permanecem constantes. As estações de televisão locais, por exemplo, são razoavelmente fáceis de identificar e evitar. Os transmissores móveis não autorizados apresentam um desafio maior, pois podem ser difíceis de localizar fisicamente. Os engenheiros de RF em eventos de transmissão, por exemplo, geralmente precisam rastrear equipes de ENG no local que estão transmitindo em frequências interferentes e atribuir a elas frequências coordenadas para usar em seu lugar. Os produtos de Distorção por Intermodulação (IMD) são outra fonte primária de RFI, que será o tópico do artigo do próximo mês.

Oscilador local e frequências intermediárias

Uma fonte menos reconhecida de ruído interferente pode ser atribuída ao circuito de desmodulação do receptor. O oscilador local (LO) e as frequências intermediárias (FI) geradas no receptor podem causar distorção, tanto no próprio receptor quanto em outros receptores no sistema. Se as entradas de RF de dois receptores puderem interagir eletronicamente, um receptor poderá interferir no outro se a frequência operacional de um for igual à frequência LO do outro.

Por exemplo, um receptor FM super-heteródino de conversão única padrão sintonizado para uma frequência operacional de 600,7 MHz teria seu LO operando a 590,0 MHz. Se não for isolado eletronicamente, um segundo receptor sintonizado com uma frequência operacional de 590MHz poderá sofrer interferência do LO do primeiro, especialmente se o nível de energia recebido do transmissor de microfone de 590MHz estiver baixo. Uma Unidade de Distribuição de Antena (ADU) isola eletronicamente as entradas de RF do receptor, minimizando o risco de interferência induzida por LO. Mesmo com uma ADU instalada, ainda é recomendável que as frequências da portadora sejam coordenadas para evitar frequências LO em pelo menos 250kHz.

A frequência da imagem é outra fonte potencial de interferência gerada internamente. Em um receptor FM de conversão única, dependendo do design, o LO pode rastrear acima ou abaixo da frequência de operação sintonizada em 10,7 MHz. Quando as freqüências de operação e LO sintonizadas são aplicadas à seção do mixer do receptor, uma das saídas do mixer é a 10.7MHz. Se outra portadora existente a 10,7 MHz de LO e 21,4 MHz de freqüência de operação sintonizada for permitida a entrar no circuito de desmodulação do receptor, o resultado será uma segunda saída interferente do estágio do mixer em 10,7 MHz. Isso é chamado de Imagem da frequência de operação sintonizada. Embora os receptores profissionais incorporem filtros para suprimir isso, recomenda-se que as frequências de operação sejam coordenadas a pelo menos 250kHz de distância de qualquer frequência de imagem em potencial.

É importante entender o efeito que os dispositivos que produzem ruído terão no piso de ruído de RF, para que uma avaliação informada possa ser feita em relação ao impacto nos nossos sistemas de microfone sem fio e IEM. Como mostrado acima, um piso com ruído de RF mais alto normalmente resulta em uma redução do alcance operacional. Em sistemas analógicos, um piso de ruído crescente produzirá quantidades crescentes de ruído audível no sinal desmodulado até o ponto de silenciamento ser atingido. Os sistemas digitais não exibem esse comportamento, geralmente desmodulando o áudio limpo a ponto de que erros induzidos por ruído causam o silenciamento do sistema. Isso é vantajoso, pois o impacto de um piso com ruído de RF elevado não é imediatamente audível. No entanto, se um piso com alto ruído não for identificado, a diminuição resultante no alcance operacional pode ser uma surpresa indesejável para o engenheiro de RF. A varredura de espectro é a chave para identificar e gerenciar o ruído nos sistemas de RF.

No próximo mês, focaremos especificamente em uma forma de RFI – distorção de intermodulação. Aprenderemos como e por que os produtos IMD são gerados e como gerenciar o IMD em sistemas multicanais.

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