前言
上一篇文章《无线电基础知识Q&A》获得了大家很好的反响,看来有很多朋友都对无线电知识感兴趣啊,作为同期录音师来说上篇文章的知识只是一个开始,我们还需要了解更多的无线电知识才能在工作中游刃有余,所以今天给大家带来关于无线电的进阶Q&A,通过20个问答的方式且听我娓娓道来“”

「Q&A

PART1

无线电进阶」

什么是步长?他有什么作用?差频呢?

步长顾名思义就是一步的长度,其实是带宽中频点与频点之间的间隔,也可以理解为频率的最小划分。比如568.000MHz这个频点,当步长设置在100kHz的时候,下一个频点就是568.100MHz,如果设置在50kHz就是568.050MHz。它影响的是在固定带宽中的可用频点数量,但它不是随意设置的,过小的步长配合过大的信道带宽极易产生互调干扰。
同时如果接收设备和发射设备之间的步长设置不一,第一种情况是两者步长正好是倍数,可以调谐到一直的频率但是增加了频率选择的次数。要么就是步长不一导致无法设置到完全一致的频率导致互调干扰的出现。
频差其实在无线话筒领域很少,简单的说频差就是上行(发射)和下行(接收)频道之间的差别,一般有12.5KHz、50KHz、25KHz这几类。频差在中继台中出现的比较多,为的是为了在中继台这样的发射接收一体的设备中,自身的发射和接收不会互相干扰。当然在这样的距离下,中继台的发射天线和接收机、发射机之间要串联带通or带阻滤波器。设置频差主要是为了在中继这样收发一体的设备里面,自己的接受机不会被自己的发射干扰

什么是驻波比?他在无线电系统里面影响着什么?

驻波比是驻波与行波之间转换的比例,他表示的是天线对电磁波杂散发射的效率,电压驻波比(VSWR)是表征端口阻抗匹配程度的一个量,它是衡量 射频功率从功率源通过传输线到负载(天线)的效率,是驻波中最 大电压与最小电压之比。
驻波比等于1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全驻波比最好的状态是1:1,也就是馈线中的行波被完全转化为了杂散发射的电磁波信号。全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时,表 示全反射,能量完全没有辐射出去。电压驻波比VSWR在无线通讯设备设计中,应小于或等于2.0。
理想的天馈系统,天线上只有驻波,馈线上只有行波。
天线馈电点两端感应的信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗,通信领域中标准阻抗值为50Ω,这也是我能的天馈系统中,全铜馈线标准阻抗为50欧姆的原因。

如何达到良好的驻波比?

要获得良好的驻波比最基础的方式就是阻抗匹配,从天线、馈线、PA、天调(天线调谐器)各个方面的阻抗都要相互匹配,所以在选择设备和配件的时候要特别注意阻抗数据
第二个要注意的是电源,无线系统中的电源一个是功率要足够,第二个是电源输出的要稳定,不稳定的电源会造成无线电系统中出现高噪音、或者电磁干扰,甚至烧毁设备
第三个是天线调谐,天线分析仪会帮助我们分析天馈系统的状态,帮助我们完成天线调谐
我们的成品无线系统的天馈系统大多是都是出厂调谐好了的,如果不自己改装或者损坏的前提下,出现驻波的问题可能性也不会太大


什么是谐波?谐波在无线电系统里有什么影响?

谐波是无线电和声学方面很常见的概念,所谓谐波就是“和谐的波”。
先从声学方面理解谐波,第一个想到的就是“和声”或者“和弦”或者“泛音列”,比如根音Do(1)的大三和弦是Do(1) Mi(3) Fa(5),他们能形成和弦的原因最简单解释就是 1-3-5 之间都间隔一度,所以他们之间非常的和谐,一起听起来也非常动听。
假设我们把Do理解为无线电中的中央频率(频点设置的具体频率),那么在其临近频带上的间隔规律的波(Mi、Fa)就是该中心频率的谐波。
谐波在无线电中影响无线电系统的方式一般是“谐波失真”,如果我们放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波,理论上此数值越小,失真度越低。如果放大器不够理想,输出的信号除了包含放大了的输入成分之外,还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分(谐波),致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真或者谐波干扰

在上图中我打开了一个无线发射设备,中心频率 733.29MHz(mark 1),然后我们可以看见在 705.5 MHz和 763.05MHz 中依然有信号发射,也就是标记的 2、3 两个点,他们的频率间隔都是约 30MHz,这和我们上文说的和弦结构不谋而合。

然后我们将扫描频率带宽继续加大,我们会发现在频带更远的地方,也是每隔 30MHz就有对称的一组信号发射,直到衰减到正常干扰水平以下。

为什么我们的无线发射器大多都不超过100毫瓦的发射功率?

这和设备所使用国家的法律规定有关,每个国家都有自己的无线电管理机构,我们使用的无线电设备无论国产还是进口都需要获得无线电管理机构颁发的执照才可以正常销售。
按照规定在我国民用的UHF频段无线话筒、无线监听设备是不可以超过0.01W的发射功率,也就是 100mW。

数字无线和模拟无线射频信号的区别是什么?

数字无线设备和模拟无线设备最显著区别在于载波信号的内容
模拟无线载波中的内容是经过调制的模拟声音信号,这些信号经过上一篇文章讲到的FM调频调制之后发射出去,再由接收器中的解调电路解调为模拟声音信号,然后传输进入我们的后端设备中。
数字无线设备载波中的内容为方波或者正弦波信号,几乎不需要信号调制。有些系统以波的高低电平分别表示数字信号中的0和1,有些则用正弦波的波谷和波峰分别表示0和1,总的来说就是以波的不同状态来传输数字信号,接收机接收到这些信号后根据输出设置来选择是直接输出数字信号还是解调为模拟信号之后再输出。这取决于我们后端的设备是何种和该通道是如何设置的。



相比模拟无线,数字无线的技术优点是什么?

数字信号因为仅有0和1两种非叠加的状态,所以所使用的载波频带可以更窄,互调干扰非常非常低,最大的好处就是同样的带宽内可以塞进更多的频道。
由于数字无线直接传输数字信号,所以可以直接传输更高数据量的内容,比如32bit/48kHz的无损数字信号直接传输
庞大的数据量解决方案其实思路很简单:模拟调制需要更大的信道带宽,意味着在相同的射频带宽中可用频点的减少,拥挤的频道导致互调干扰的可能性更大。而不改变信道带宽,使用更小的内容处理方式,数字无线设备便是使用的这个方法。

什么是调制解调?

调制解调是两个步骤,一个是调制信号:讲信号调制为时候无线电发送的信号。解调信号:将接收到的信号还原为原本的样子。如果很难理解的话就参照音频系统里面的ad/da流程吧,就是把你要运的货物(信号)打成对面接受的包(调制)。
在模拟系统中,调制信号主要是通过压缩信号的低频分量,来实现在有限的信号带宽里面能够发送出足够的音频信息,然后再使用通用的FM调频调制模式讲音频模拟信号(电信号)通过天馈系统转换成射频信号(无线电信号)发送出去。因为在FM的调制中,信号内的频率范围越大,所需要的带宽就越宽,在合适的信道带宽中要塞下 20-20k 的音频信号就要先压缩再发送。随后,接收器接受到无线电信号之后,先按照FM的解调,将无线电信号转换为压缩后的模拟信号,再按照是先设定好的参数将这个信号扩大到原本的样子输出。
在数字系统中调制在发射前多加了一个 DA 的过程,将模拟信号转换为数字信号。


除了上文提到的“鲨鱼鳍”天线、鞭状天线,我们的同期录音中还会使用到其他类型的天线吗?

当然,在同期录音中还会使用到其他不同的天线类型,但是我们都可以讲其拆分为无线电最原始的天线类型
全向天线,即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射,也就是无方向性。一般情况下波瓣宽度越小,增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近,覆盖范围大,增益一般在9dB以下

定向天线变种,这种天线一般有多种多样的形态,但都殊途同归在水平方向图上表现为一定角度范围辐射,也就是有方向性。但是和全向天线一样,波瓣宽度越小,增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远,覆盖范围小,目标密度大,频率利用率高的环境。

八木天线,这个运用的就比较少了需要定制甚至是自制,其实它也是一种方向性天线,之所以单拎出来说是因为八木天线对方向性极其敏感,在无线电台的使用场景中,八木天线甚至需要配合自动旋转器来使用,以便于随时指向信号源,因为其出色的方向性,八木天线也经常用于无线电测向。


dB单位是怎么理解的,dBw和dBm是什么意思?dBi、dBd分别又是什么?

dB这个单位无论是在无线电领域还是在音频领域都不是表示的绝对值,而是相对值。
我们先看看音频领域的dB单位表示的意义是测量声音信号相较于基准听阈(统计学下的1kHz人类最小可闻声压,也就是0.002pa,这也是我们常说的A加权中的基准点)放大或减小了多少倍。
从公式中我们可以看出 dB这个单位并不是绝对的声音大小,而是表示声音比原来变化了多少。dB 也是为了将一个很大的数,简写为一个简短的数的方法。比如飞机的噪音,如果使用声压,单位 pa来表示,那大概会是一个很长很长的数字,这不便于我们测量记录和计算,所以我们的 dB 就诞生了。
而在dB这套单位系统中,3dB应该是声音专业的朋友最熟悉的了,+3dB代表信号放大了一倍,-3dB代表信号变为之前的一半(半功率点)。
相信在学校学习各种软件效果器的时候3、6dB一定被老师反复提及吧。再者+10dB表示的是信号被放大了十倍,-10dB是幸好被缩小了十倍。
记住一个口诀“加3乘2,加10乘10,减3除2,减10除10”
可见dB是一个相对值,他将非常非常大的一个数值用简单的方式表达了出来,
同时也表示了信号变化的剧烈程度。
举个例子:比如我们将一个话筒增益设置到+20dB,这个的含义就是信号被放大了 100 倍,这是一个很大的数量级,通过 dB 我们可以有效的书写和表征它。
那么了解了在信号处理发领域dB 不是一个绝对值之后,我们就可以去用这个逻辑去套无线电射频领域的 dB 标识了,所谓相对值,那肯定要有一个参照,不同的dBX就表示所参照的基准不同
dBi是将公式中的参照基准改成全方向性天线,表示相较于同等条件下的全方向天线,放大了多少


dBd是将公式中的参照基准改成半波长偶极子天线,表示相较于同等条件下的半波长偶极子天线,放大了多少
而我们在扫频器中使用的dBm、dBw就是把dB公式中的参考功率P0分别换成1 mW、1 W,用以表示发射功率的大小。注意:因为 1mW 和 1W都是确定的数,所以dBm和dBw 可以用来表示绝对值!
在实际的功率计算中 1W=30dBm,这是一个数学计算的基准点,再通过我们之前了解的 dB 单位的换算逻辑,我们就可以求出实际的功率了。
比如:46dBm=?W,那么结合上文我们就可以计算
46dBm=30dBm+10dBm+3dBm+3dBm
46dBm=1W*10*2*2=40W

有没有一些有特征的已划分频段给大家做个参考?

当然有,有很多频段已经经过划分和指配给了特定的业务和行业
FM调频广播频段:65-108MHz
AM航空频段:108-136MHz
VHF海事频段:136-180MHz
UHF公众对讲机频段:400-520MHz
以下这些是比较宽泛的划分,还有更细致的划分大家可以在晚上查询

为什么会出现对讲机、图传甚至是电磁炉干扰无线话筒的情况?

其实了解了前文讲到的谐波,这个问题就迎刃而解了,对讲机的工作频段的中心频率和我们的无线设备调谐区域重叠不多,但是有谐波干扰的存在,再结合免证手持对讲机最大5W的发射功率(SMQV最大也只有250mW),在合适的情况下,他的谐波还未衰减完,那就极有可能与无线设备发生互调干扰,图传的原理亦是如此。
同时国内的无线电干扰管制的力量不足,经常在无线电处罚公布网站里面看见某某工地违法设置信号放大器、某某酒店违规使用信号放大器等公告,所以有时候被干扰可能不仅仅是因为对讲机,还有可能是因为“黑魔法”。。。。。
电磁炉的发热原理是通过与金属锅体相近的波长的电磁波对锅体进行微波加热,我们可以把电磁炉想象成开放的微波炉,很不巧,这两者发射的微波波长处于UHF段中,所以微波炉、电磁炉在工作时也可能对无线电设备产生干扰。

13.信号屏蔽器是如何工作的?

信号屏蔽器的原理其实更像一个发射器,手机的屏蔽器在工作过程中以一定的速度从前向信道的低端频率向高端扫描。该扫描速度可以在移动通讯(手机)接收报文信号中形成乱码干扰,移动通讯(手机)不能检测出从基站发出的正常数据,使移动通讯(手机)不能与基站建立联接。
由此可以看出信号屏蔽仪就是一个功率大带宽宽的信号发射器,他通过发射干扰信号来阻住目标信号的正确传输。


14.如何使用频谱分析仪

频谱分析仪是我们了解无线电环境,测试设备的好帮手。在使用频谱分析仪之前我们要了解频谱分析仪的适配频率。我们的很多频谱分析仪都有 UHF 频段的支持,我手上这款扫频器为例,给大家介绍一下我是如何使用的。