Дело раскрыто: как солнечные панели соседа превратились в проблему для радиолюбителя

Привет, Хабр! Это Антон Комаров, автор команды спецпроектов МТС Диджитал. В век растущей популярности альтернативных источников энергии солнечные панели стали уже чем-то само собой разумеющимся. К сожалению, широкое распространение солнечных панелей привело к неожиданной проблеме для радиолюбителей-коротковолновиков. Оказалось, что электронная начинка инверторов способна существенно влиять на качество приема и передачи сигналов в КВ-диапазоне. В этом посте расскажу о помехах и поделюсь опытом знакомого радиолюбителя, столкнувшегося с такой проблемой. Заваривайте чай — и приятного чтения.

Начну немного издалека. То, что в русском языке привыкли называть «помеха», англоязычные радиолюбители именуют словом interference. На мой взгляд, это более точное определение для любого нежелательного шума или сигнала, мешающего приему и передаче. Когда два или более радиосигнала сталкиваются в пространстве, происходит их взаимодействие. Если фазы совпали, сигнал усиливается. Если противоположны, ослабляется. Все это может привести к полной невозможности нормального «чистого» приема.

В чем причина?

Источников нежелательных сигналов может быть много: атмосферные явления, возмущения ионосферы или активность Солнца. Есть даже соответствующий Q-код для обозначения проблемы — QRN. Но помехи, с которыми чаще всего сталкиваются операторы радиолюбительской службы на коротких волнах, имеют искусственное происхождение. Тут дело не в ионосфере.

Прежде всего нужно помнить, что во многих домах есть потенциальный генератор помех в виде электропроводки. Переменный ток, идущий по проводам, генерирует электромагнитное поле. Если проводка некачественная, со скрутками, особенно искрящими во время максимальной нагрузки, помех будет множество.

Еще один мощный генератор помех — сетевые адаптеры PLC (Power-line). О них мы писали, такие девайсы используют электрическую сеть в качестве «носителя» сигнала.

Проблема в том, что высокоскоростные PLC-адаптеры работают с диапазоном от 0,06 до 100 МГц. Большинство устройств стандарта Homeplug AV использует несущие на частотах в диапазоне от 2 до 30 МГц, что напрямую создает помехи для коротковолновой связи. Если вы ставите у себя в квартире или доме подобное оборудование, стоит учитывать этот факт.

У каждой стороны есть две медали — коротковолновая связь, в свою очередь, может существенно влиять на работу устройств PLC.

Часто причиной возникновения помех в КВ-диапазоне становятся сами операторы радиолюбительской службы. Если радиолюбитель не соблюдает одно из важнейших правил — Always listen before transmitting, его сигнал может наложиться на несущую станции, передающей в данный момент на этой же частоте. В итоге «портятся» оба сигнала. Для обозначения таких ситуаций применяется код QRM. Он означает, что станция испытывает проблемы, вызванные помехами от других станций.

В некоторых случаях помехи создаются специально, чтобы сделать невозможным использование конкретной частоты. Также в эфире встречаются радиохулиганы, гоняющие музыку или работающие на частотах, которые не имеют права использовать. Они создают помехи, оставаясь при этом безнаказанными.

Не следует забывать и о том, что в эфире постоянно работают радиолокационные станции: гражданские и военные. Первые помогают диспетчерам на земле контролировать обстановку в воздухе. Вторые позволяют следить за нарушителями воздушного пространства в зоне действия станции. Оба типа представляют собой установки, работающие с очень высокой мощностью. Они излучают в эфир импульсные сигналы, гармоники от которых нередко попадают на частоты радиолюбительской службы и порой мешают проведению связей.

Солнечные панели

Переходим к самому интересному — теме статьи. Как вообще солнечные панели создают помехи? Основная проблема здесь — инверторы, обеспечивающие преобразование DC-AC. Причина проста: схемы питания этих модулей спроектированы так, чтобы переходить из on в off и обратно за время, измеряемое наносекундами.

С одной стороны, это хорошо, потому что инвертор достигает максимальной энергоэффективности. Но вот с другой — мы получаем проблему генерации широкого спектра электромагнитных колебаний и, как следствие, попадания его части в КВ-диапазон.

Не улучшает ситуацию и то, что редко инверторы хорошо экранированы, а значит, нет дополнительной защиты от излучения помех. При неправильной установке высокочастотные помехи начинают «уходить» через кабели питания. И это портит жизнь всем радиолюбителям-коротковолновикам в округе.

Снижение уровня помех от инверторов — задача не самая тривиальная. Способов несколько:

• во-первых, кабели постоянного тока от батарей до инвертора должны быть минимально возможной длины;

• во-вторых, их нужно прокладывать максимально параллельно друг другу;

• в-третьих, требуется в обязательном порядке использовать ферритовые фильтры, которые будут гасить помехи.

Есть и более экстремальный вариант — построить вокруг инвертора «клетку Фарадея». Это может быть проволочная сетка с небольшими отверстиями и с заземлением. Главное, чтобы она не прикасалась к корпусу инвертора.

Ищем помеху

Окей, давайте перейдем к практике. Что делать, если вы, в очередной раз выходя в эфир, обнаружите сильную помеху, которая мешает вам проводить связи? Правильно — найти источник. Но сказать значительно проще, чем сделать.

Если у профессионалов радиосвязи обычно под рукой есть портативный анализатор спектра с направленной антенной, то у радиолюбителей техника попроще. В самом минимальном варианте это может быть компактный ультрабук с брелком RTL-SDR, конвертером частот (имеется в виду up converter вроде Nooelec Ham It Up) и простой направленной антенной.

Можно также попробовать использовать магнитную рамочную антенну (magnetic loop), представляющую собой колебательный контур с открытой индуктивностью. Этот тип часто используют для спортивной радиопеленгации, так называемой «охоты на лис».

Их диаграмма направленности имеет вид восьмерки, что как раз и позволяет использовать их для этих целей. Но она же создает проблему с двойственностью, у антенны два максимума и два минимума. Получается, что нет возможности определить, с какой стороны приходит сигнал. Поэтому в той же «охоте на лис» к антенне добавляют штырь, изменяющий диаграмму направленности, которая принимает вид кардиоиды с одним минимумом и одним максимумом.

При кажущейся простоте настройка может занять приличное количество времени. Ведь обе антенны (и петля, и штырь) должны быть настроены на одинаковую частоту, иметь одно и то же сопротивление и совпадение фаз. Только после этого диаграмма направленности получит вид правильной кардиоиды и станет верно указывать на источник помехи.

Потом нужно выполнить несколько замеров из разных локаций, каждый раз фиксируя при помощи компаса направление источника сигнала и свое местоположение по GPS. После этого можно будет на карте зафиксировать приблизительное расположение источника и продолжать анализ, сужая район поиска и проводя новые замеры.

Существует и более простой способ. Почти в любой стране есть соответствующий правительственный орган, занимающийся вопросами использования радиочастот. Если обратиться к ним с заявлением, что наблюдается сильный источник радиопомех в вашем районе, с указанием максимально подробных данных и результатов анализа, то задачей поиска займется уже эта служба. У них обычно есть специально оборудованный транспорт, позволяющий без особого труда выполнить триангуляцию источника.

История из жизни

Наконец-то мы к ней подошли. Мой знакомый-радиолюбитель живет на Кипре и работает на коротких волнах с цифровыми видами связи вроде FT8. Однажды в эфире он обнаружил постоянный сильный источник помех, который стал мешать приему сигналов от дальних станций. Вооружившись направленной антенной и портативным SDR-приемником, он стал ездить по округе и фиксировать вектор на источник помехи.

Спустя две недели скрупулезного поиска проблему он обнаружил — новенькие солнечные панели, установленные на соседней вилле. Мой знакомый вначале попытался просто поговорить с владельцем и был готов помочь в устранении помех теми способами, о которых я говорил выше, — повесить ферриты, экранировать инвертор и тому подобное. Но к нему не прислушались.

А раз так, то не оставалось никакого другого способа, кроме как обратиться в регулирующие органы. Официальное письмо с местоположением источника помех, результаты собственных измерений и обращение с просьбой разобраться. Ритм жизни на острове очень медленный, поэтому какое-то время ничего не происходило. Но в один прекрасный день помеха ушла, а из регулирующего органа поступил ответ.

Оказалось, что по заявлению моего знакомого приехал автомобиль с измерительной аппаратурой. Он зафиксировал сильный уровень помех на КВ-диапазоне от системы солнечных панелей и обязал владельца виллы либо устранить источник, либо все демонтировать. Если бы тот не послушал, то в дело вмешался бы уже суд.

Виновник «торжества» отправился в компанию, где ему устанавливали фотовольтаику, помахал перед ними бумагами из регулирующего органа и пригрозил судом. Последние, справедливо рассудив, что такие проблемы им не нужны, привели систему в порядок за свой счет, выполнив максимально возможное экранирование инвертора и поставив множество фильтров, которые не допускали вредное излучение.

Что в итоге?

Помехи в радиоэфире будут всегда, и каждый радиолюбитель с ними сталкивается. Вокруг нас все больше гаджетов и умных устройств. Они заполняют эфир своими сигналами. Так что, если вы радиолюбитель, скил поиска источника помех крайне полезен.

Добавлю, что радиолюбительское дело тем и хорошо, что можно отправляться на природу и работать вдали от искусственных источников помех. Именно там лучше всего принимаются слабые сигналы, включая дальнюю связь с минимально возможной мощностью (QRP).

Ну а тем, кто планирует устанавливать у себя фотоэлементы, хочется сказать: позаботьтесь о том, чтобы ваша инсталляция не стала постоянным генератором помех в КВ-диапазоне. Иначе можно получить конфликт на ровном месте с разгневанным радиолюбителем.