一起去考证吧！无线电基础 Q&A

点击上方蓝字关注我吧！

前言

一直以来我都有一个兴趣爱好，就是业余无线电。起初是在学习了解无线话筒的知识时，听前辈老师提起过这么一茬。想想也不是很难，顺便还可以巩固关于无线电、无线音频系统的知识，就开始了深入的了解，因为“口罩原因”和工作时间的关系，最近才在所在的城市考取了“业余无线电执照”。我将从我学习到的对录音有用的无线电知识开始说起，并鼓励对无线电知识有兴趣的朋友都来了解一下。考证是其次，但在学习的过程中系统化的了解无线电技术，你会发现这是非常神奇有趣的。

万物皆可无线电

无线电技术涉及到我们生活中的方方面面：移动通信、Wi-Fi、GPS、无线话筒、卫星传输、甚至是公交卡饭卡都涉及了无线电技术。而中国的业余无线电业务出现的意义就是：“供业余无线电爱好者自我训练、技术研究、互相通讯。”而在现在的工作环境下，学习无线电技术对影视录音这份职业来说变得越来越必要。在上学时我们学习影视录音相关知识很少涉及甚至从未系统的学习无线电技术，但在当下行业拍摄模式中，无线系统的运用变得越来越刚需，纪录片拍摄中几乎落不开无线话筒。所以学习业余无线电技术正好补齐了对于这方面知识的空缺。

无线电基础

我们先来说说什么是无线电：简单来说就是在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。17世纪麦克斯韦完整了“电磁场理论”之后，无数的科学家痴迷于对电磁波的研究：赫兹、范信达、特斯拉、爱迪生等等。在他们的努力下构建起了现在越来越完整的电磁学理论体系，而无线电技术就是在电磁学的基础上出现的应用。

作为录音师学习无线电技术有天然的优势，原因是无线电其实就是电磁波，而声音本质也是一种波，他们在很多基本属性和晦涩的理论上有相通的地方，比如：频率、振幅、波长这些基本属性的意义几乎是一致的。不同的是声波作为一种机械波，它的传输需要介质，传播速度也远不如电磁波。

在学习业余无线电技术之前我对无线电的知识体系是不完整的，只是为了使用无线话筒而去了解了RF射频方面的基础知识像什么是频率、射频功率、天馈系统、驻波行波的区别这样的。但是总是感觉不得要意，通过学习业余无线电我系统的了解了关于无线电的基础知识，接下来我将以问答的方式从使用无线话筒的方面来科普一下关于无线电的知识点，供感兴趣的朋友们了解。

Q&A

什么是频率、波速、波长？

由于电流大小、方向周期变化产生的磁场变化，在一秒内的周期变化次数我称之为电磁波的频率。通常情况下我们将不通过导线、电缆等人工传输介质在空间辐射传播的电磁波定义为无线电波。
无线电波在空间内的传输速度为 300000km/s（3×108m/s），此为无线电波的波速【无线电波的传播速度理论上和光速等值，光速计算值：c0=299792.458km/s （一般取300000km/s）】。
而波长就是指波在一个振动周期内传播的距离，波长计算的方法是波速（m/s）和频率（Hz）的比值，单位为米。比如我们常用的业余波段 430MHz的波长就是3×108：4.3×108≈0.7米。所以频率为430MHz 的无线电波波长为 0.7 米（波长的数值关系到天线，这在下文会讲到）

为什么无线话筒发射和接收端要设置成一个频率？

由于无线话筒是通过无线电波来传输模拟声音信号或者数字信号的，所以当接收端和发射端的频率数值设置不一样时会出现两种情况：第一种是数值相近但不完全一样，会发生“互调失真”，这时我们的信号会有杂音或出现极其不稳定的情况。第二种情况是数值区别很大，而这样是无法接收到信号的。

无线话筒不同调制模式为什么不能输出信号？什么是信号调制？

要回答这个问题我们要先了解无线电传输模拟信号的三大信号调制方法：调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。
我们所熟知的无线话筒、广播无线都是使用FM调频方式进行信号调制的。不同的信号调制就像一样的食材不同的烹饪方式，做出来的菜也千差万别，所以要选择兼容的信号模式才能让发射端和接受端传输正确的信号。
FM调制的远离是载波（发射器发射出的信号）的幅度不变，瞬时角频率随调制信号变化
FM的特点在于：1调频抗干扰能力强 2 调频波频带宽（有点拗口做了断句）这点可以理解为传输的信号内容保真度高 3 调频功率利用率更大，这点可以理解为相同的需求上，调频的电路设计体积更小，功耗更低。
我们在使用例如lectrosonics、wisycom之类的接收器都有可调的频差和兼容模式，要选择相应的兼容模式才能正确得使用发射器。

波段、频段是什么意思？频点又是什么意思？VFH 和 UHF 是什么意思？

波段顾名思义就是一组频段的统称，频段是一组频率的范围，这个是一个广泛的概念。比如莱克的Band 1 波段包含了 block21、block22、block23 三个莱克自己定义的频段，而 21、22、23 这三组频段表示的是 537.600-536.100、536.200-588.700、588.800-614.300 这三个频率的范围。
我们通过波段+频段+频点这三个数值去快速的寻找定义某个频率。波段是出厂时就设置好的，这代表我们无法在所购买设备的波段外工作。比如我的莱克是B1 段的那我就只能接收 537.600-614.300 这个区间内的信号。频点是表示某一个频率数值的方法，通过查找说明书，我们可以很快的找到并设置某个频率。
比如莱克的 22:1A这个频点就表示block22中的 1A号频率：565.800。VHF和UHF是无线电中的通用频段，由国际电信联盟（ITU）划分，VHF表示甚高频，包含 30～300Mhz，UHF表示特高频，包含 300～3000Mhz。所以我们可以知晓比如常用的Sony D11、D21、lectrosonics、wisycom等波段在 300～3000Mhz 范围内的无线设备都是 UHF 段的。

UHF 段有什么好处吗？有 VHF 段的无线吗？有什么区别？

VFH 段的无线设备大多是固定频率的设备，通过像对讲机一样的“频道”方式在几个频率点间切换，而UHF设备的频率是可调的，其次V波段因为低频范围窄(180Mhz-280MHz)，所以在6个以上会互相有干扰，U波段范围要宽一些(500MHz—900MHz)，所以在理论上60多个以上才会有干扰（仅限理论实际上结合现在的无线电环境要打折）。
UHF射频信号传输对较小的金属物体反射多，多途径传播可形成干扰；对人体等非金属物体遮挡衰减大；馈线的损耗大，接收机要尽量靠近麦克风；需较大的发射功率，电池使用的时间短；高频干扰较少；可扩展的范围大，可多设备使用，可组成更大的系统；信号的动态范围大。
VHF射频信号传输对较小的金属物体反射小，可绕射；对人体等非金属物体可穿透；馈线的损耗低，天线可适当延长；电池使用的时间较长；受VHF电视频道、传呼、字母机及工业污染如电焊、电机等的干扰大；可扩展的范围太窄，多设备使用时频率拥挤，兼容频率少；信号的动态范围小。
所以大多数的VHF设备出现在舞台、会议、扩声等场景，在专业影视场景中还是 UHF 的天下。

2.4G 、5G信号是什么意思？他们和手机的 5G有区别吗?

首先 2.4G 和 5G 的这个G，和移动通信所叫的 5G 的 G 不是一个意思。移动通讯技术中的 5G 是表示“5th Generation”，也就是第五代通讯技术。而我们无线电中所说的 2.4G、5G信号是指的频率单位：千兆赫兹，简写为“GHz”，所以 2.4G信号就是简写的频率为 2400MHz 左右的信号，这两个是完全不同的概念。

虽然 2.4GHz也是在 UHF 频段之内，但这个频段范围却不在我们主流无线系统选择行列中，主流的 UHF 段无线系统频率范围一般在470MHz～1260MHz 之间，这已经是相当大的带宽了，而在其中还有很多限制，包括可调谐区域和固定频率区域。
2.4G 的工作频段在 2.4G～2.4835GHz 之间，带宽 83.5MHz。我们且不讨论2.4G频率的技术特点，它显而易见的最大问题在于我们的 Wi-Fi、蓝牙、物联网设备很多都是使用的这一频段，那么在这个频段下的无线设备就极易被周围的其他设备干扰，在该频段下的设备信道较为拥挤。其次 2.4G 频段的无线设备在信号延迟方面要逊色UHF段许多，通常会有将近 20ms 的延迟。这在多通道录制的时候尤为明显，当你的系统中存在这 UHF 段设备、2.4G 设备和有线设备的时候，这种信号延迟往往让人很容易察觉。

前文提到波长和天线之间有关系，这是什么意思呢？

天线的基本原理就是高频电流在其周围产生变化的电场和磁场，根据麦克斯韦电磁场理论，“变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场”，这样不断激发下去，就实现了无线信号的传播。我们无线发射器和接收器自带的天线叫做 whip length 鞭状天线，他的长度其实是和工作频率的波长息息相关的，一般天线的长度是 1/4 或者 1/2 波长，也有 5/8、3/4 这样的长度，但是总得来说要实现最佳的驻波比和发射效率，天线的长度和工作频率的波长是相结合的。观察下图我们就知道工作频段和天线长度之间的关系了。虽然这对在使用波段范围比较窄的设备时没什么用，因为这类产品都是固定长度不可裁剪的天线长度。但是作为录音师经常使用到宽波段的无线设备，这时就要根据现场的无线电环境选择适合的工作频段，再由工作频段选择适合的天馈系统。

现在的无线电环境是怎样的？城市和农村、荒原区别大吗？

其实无线电环境从人类拥有无线电技术之后就在不断的被积压，所以国际电信联盟ITU 、中国无线电管理协会才会不断的规范、完善无线电频段的管理，各国也有自己的无线电管理调理和频率划分规则。举个例子我们可以看看下图是我 20 年在河南洛阳的扫频照片，整个屏幕表示了这款B1段的SRC接收器的带宽，其中有像素的点表示有信号和信号的强度，可见在这个接收器的工作频段中，几乎没有干净的频点了，这会导致我的射频信号收到干扰，或者无线麦克风的距离受到影响。由此可以看出我们现如今的无线电环境是越发拥挤的。
城市和乡村荒原的无线电环境差别是很大的，这很好理解，城市中有很多无线电发射源，对讲机、短波电台、警务电台、消防、船舶、海事雷达等等，而人烟稀少的荒原或者是不发的的乡村，发射源相比较之下就少了很多，大致会比城市好很多。当然也有例外，在远离城市的地方我们还会遇见很多更可怕的发射源，比如气象雷达、通讯发射塔、甚至是军用雷达、射电望远镜，这对于其他无线电设备来说都是致命的。一次在河南洛阳的拍摄中我就在一座移动通讯基站边遇见了强大的干扰，以至于不得不放弃无线设备的使用，改为有线设备。
强调了前期筹备的重要性录音师也需要参与到前期勘景的工作中，除了熟悉环境和评估场景的声音条件之外，录音师也需要携带频谱分析仪对当地的无线电环境进行检测和记录，以便在未来拍摄的时候快速的调整到当地适合的工作频率。

河南洛阳扫频图

“鲨鱼鳍”是什么类型的天线？

我们常说的“鲨鱼鳍”天线是定向天线的一种，其最原始的形态来自于业余无线电爱好者熟知的“Dipole antenna”对称天线——两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线。他是可以用作发射和接收天线的，这样构成的天线叫做对称天线。因为天线有时也称为振子，所以对称天线又叫对称振子，或偶极天线。总长度为半个波长的对称振子，叫做半波振子，也叫做半波偶极天线。它是最基本的单元天线，用得也最广泛，很多复杂天线是由它组成的。半波振子结构简单，馈电方便，在近距离通信中应用较多。

什么是有源天线？什么是无源天线？

无源天线就理解为只是一个天线，他不带任何有源器件比如信号放大器、供电模块、抑制器等等，它并不会增大信号强度，和PA（功率放大器）的增益不同，无源天线的增益通常指最大辐射方向的功率增益值，可以理解为天线在特定方向上的辐射能力，增益越大，天线辐射的能量也越集中，在相应方向上辐射能力越强，信号传输距离越远。无源天线不需要供电。

而相反有源天线就是在天线中集成了上述的元器件，有源天线的增益值往往指在最大辐射方向上功率放大器的放大值，有源天线需要供电

在使用天线时应该注意什么？

其实使用天线时最应该注意的其实是馈线，也就是天馈系统中的“馈”这个范围，在业余无线电考试题库中有很多关于设备安全的题，其中有关天线的几乎全是关于馈线的。我们的天线系统用的是 50 欧姆阻抗同轴电缆，他在使用过程中最害怕的就是受潮，受潮会导致最极端的后果就是烧毁后端设备，如果后端是PA,后果不堪设想。

消费级无线麦克风和专业级无线麦克风到底区别在哪里？

最大的区别当然是价格，一套专业级别的无线设备可以买 10 套甚至 50 套消费级的无线设备（笑），当然要说无线电射频方面的区别，最影响性能的是发射功率、工作波段、频率带宽等等都不是同日而语的，而信号的工作带宽又和传输的声音的动态范围、频率带宽息息相关。当这要展开来讲就又是另一篇文章了。总得来说，消费级的产品自有自己的定位，他就是为了不复杂的快捷的拍摄环境准备的，而专业的无线系统应对的是无比复杂的工作环境，要做到“无论什么情况下都可以正常工作”这一点，所以从根本上两者是不同的。