無線話筒系統(tǒng)的操作和設(shè)計概念

多通道使用環(huán)境的設(shè)計

   很明顯，正如我們在題為“干擾和頻率協(xié)調(diào)”的章節(jié)中討論過的互調(diào)和干擾問題所意識到的那樣，一個多通道無線系統(tǒng)應(yīng)用是多么的復(fù)雜。無線接收機從一開始就要著眼于多通道使用環(huán)境的設(shè)計，否則你將會遇到來自內(nèi)部和外部射頻信號信息源的問題。

    射頻/供電分配

    從實踐的觀點來講，多通道無線系統(tǒng)必須提供將接收機“疊放”在一起以便共享天線的方法。簡單地將帶有獨立天線的接收機彼此疊放在一起會引發(fā)許多問題。具有超級外差法的接收機會從天線接口輻射射頻信號，并且在某些情況下，甚至直接地通過外殼輻射射頻信號能量。輻射的能量通常位于振蕩器的基礎(chǔ)頻點上或諧波的倍數(shù)上。當(dāng)接收機彼此挨著擺放時，除非用某種方法將其隔離，否則它們會互相影響。

    將單一天線的輸出分配給一臺或多臺接收機要比它在分配之前復(fù)雜一點。首先，當(dāng)信號分開后，發(fā)送給每臺接收機的單獨信號變?nèi)趿�。這意味著為了使每一臺接收機上得到足夠高的射頻信號強度以輸出可用的信噪比，必須要一個射頻放大器。除非在射頻放大器之前加上某種過濾，否則它也會放大多余的非工作頻段信號。最后，通過將接收機天線末端連接在一起，如果不提供某種隔離，接收機之間射頻的相互影響將會發(fā)生。

    因此，一個有效的多通道射頻信號天線分配器應(yīng)該包括以下特點，如順序所列：

    1.前級過濾

    2.低噪音的射頻信號放大功能

    3.低損失，高隔離射頻信號分頻器

圖1

    圖1描述了單一天線的分配器。分集天線分配器將會為每個天線接口提供一個二級、離散的射頻信號路徑�，F(xiàn)場制作用的小型天線分配器通常有DC供電分配。大型天線分配器，比如一個8路分集類型，通常只有一個射頻信號分配。

    另一個設(shè)計天線分配器的有效方法包括，使用一個非常強大的、具有高過載閾值（三次諧波抑制為+40dBm左右）且不帶濾波器的射頻信號放大器。在該種設(shè)計中的互調(diào)波將會降至最低限度，但是在現(xiàn)場制作用的小型設(shè)計中，由于電池供電是唯一的選擇，而此種設(shè)計需要消耗大量的電力，所以經(jīng)常排除了這種設(shè)計。

    機械裝配

    在任何安裝中，使電源線遠(yuǎn)離信號線通常是一個好的習(xí)慣。如果每一臺接收機都有其各自的電線，經(jīng)常需要在架子或電纜盒中仔細(xì)的布線以避免在音頻線中引發(fā)的交流嗡嗡聲。這就是使用低電壓DC供電的接收機方便實用的地方。如果射頻信號分配模塊同樣包含DC電源分配，你可以輕松地將多通道接收機裝配有效地放在一起，而不會造成額外的復(fù)雜性。

    操作范圍

    一般情況下，安裝接收機天線以確保與發(fā)射機之間的距離在使用中不少于25英尺左右的范圍是一個不錯的習(xí)慣。發(fā)射機距離接收機的天線越近，產(chǎn)生的射頻信號就越強，互調(diào)波也越普遍。當(dāng)然，如果發(fā)射機離接收機太遠(yuǎn)，也同樣存在失真的危險。因此，最佳的辦法就是搭建一個多通道無線系統(tǒng)時，盡量確保發(fā)射機到接收機天線的距離控制在一個預(yù)期“空間范圍”內(nèi)。一般來說，一個好的系統(tǒng)“空間”不能超過約100英尺，并且不要少于25英尺。當(dāng)然，該“空間”的上、下限度會依使用設(shè)備的性能特點而有所改變。

    但是一個肩式“背包系統(tǒng)”中的無線設(shè)備之間卻不可能保持這種距離。背包系統(tǒng)由幾臺接收機和一臺便攜式調(diào)音臺組成，調(diào)音臺的輸出給同樣位于背包中的兩臺發(fā)射機提供信號。在該種類型的設(shè)置中，使用小型的，靠電池供電的天線分配器在避免接收機和發(fā)射機之間的射頻信號相互干擾是方便和有益的。然而，因為輸出發(fā)射機與接收機之間很接近，在頻率協(xié)調(diào)上需要采取極度小心以確保系統(tǒng)不會干擾自身。普遍上講，在接收機和發(fā)射機之間將頻率以較大的頻點隔離開是必須的，就像本章隨后強調(diào)的“系統(tǒng)的最終檢查”過程，以及本手冊中題為“干擾和頻率協(xié)調(diào)”的小節(jié)一樣。

    頻率協(xié)調(diào)

    勿庸置疑，對任何多于4或5個通道的多通道系統(tǒng)來講應(yīng)該加以認(rèn)真設(shè)計。具有10個或更多頻率的大型系統(tǒng)可能存在各種互調(diào)、串話干擾以及噪音等問題。在設(shè)計大型系統(tǒng)時使用計算機程序時必須的，這就如同對任何多通道無線系統(tǒng)執(zhí)行完全檢查之前提供一個“起始點”。在高端無線市場中扮演重要角色的每一個制造商都會擁有和使用一套計算機程序來預(yù)測在多通道系統(tǒng)中的頻率兼容性。許多經(jīng)銷商和專業(yè)咨詢公司也可以完成頻率協(xié)調(diào)。由于適當(dāng)?shù)囊?guī)劃往往需要數(shù)千次的計算和大量時間，有時對這類服務(wù)會收取一定的費用。

    混合不同品牌的設(shè)備

    在大型多通道系統(tǒng)中，即使使用型號全部一致的接收機和發(fā)射機來試圖取得頻率兼容都是相當(dāng)困難的事情，當(dāng)各種不同型號和品牌的設(shè)備在一起使用時，情況會變得更加復(fù)雜。計算機化的頻率協(xié)調(diào)程序包括各種計算，這需要考慮IF頻率、振蕩器基本原理、諧波以及發(fā)射機和接收機設(shè)計的其它方面。把不同品牌和型號的設(shè)備混合在一起，想要預(yù)測所有的信號組合幾乎不太可能。

   天線電纜的長度問題

    距離很長的天線電纜將帶來的主要問題就是電纜中的衰減會造成射頻信號的丟失。通常，最好將天線電纜長度降至一個最小限度。然而，在某些安裝情況下，為了使天線位于適當(dāng)?shù)木嚯x“空間”內(nèi)（參見上一段的“操作范圍”），需要把天線放置在較遠(yuǎn)的地方。不同類型的同軸電纜表現(xiàn)出不同的衰減量。查看你計劃使用的電纜的詳細(xì)說明，它會告訴你信號的損失量。

    把天線放置在距發(fā)射機較近的地方，較強的射頻信號可以在天線的接收端獲得�？墒牵�額外獲得的信號可能會在電纜衰減中丟失，所以天線不是距離發(fā)射機越近越好。事實上，當(dāng)電纜的長度增加過長時，在電纜中衰減的信號強度要比你縮短天線與發(fā)射機之間的距離所獲得的額外增益還要多，反而得不償失。

    例如，RG-8或RG-213是兩種普遍用于UHF頻率的同軸電纜，其信號衰減量為每100英尺7dB。如果天線離表演者有25英尺，天線上的信號強度平均會為-30dBm。如果在天線和接收機之間使用¼英里長的電纜，那么接收機上的信號強度將會少于93分貝或者-123dBm。這甚至比需要檢測的信號都少，更不用說可用了。

    比較起來，如果我們只在發(fā)射機和接收機的傳輸中使用電纜的話，那么隨著每一次距離的成倍增長，將會有6dB的損失�，F(xiàn)在，位于¼英里處的信號會比25英尺處的低36dB。接收機上的信號平均為-66dBm，接受效果相當(dāng)不錯。再做一個荒謬的比較，一英里長的RG8電纜會有369分貝的衰減損失，在電纜的天線末端需要457萬億、萬億瓦的功率進(jìn)行放大以產(chǎn)生足夠的可用信號供給接收機。這么大的功率會在眨眼之間完全耗盡一節(jié)9V電池。

    短期看來，同軸電纜可以在接收端提供若干性能改進(jìn)。例如，100英尺長的電纜比在空中廣播要好。在空中傳播時，到達(dá)接收機的信號為-42dBm，而使用電纜時接收機端的信號則為-37dBm，也就是說，使用電纜有5dBm的提高�？墒牵�有時必須使用電纜，比如當(dāng)接收機安裝在金屬支架上時，或者放置在屏蔽良好的控制室中。該討論的目的在于說明使用長電纜線傳輸方式中的一些缺陷。

    來自Lectrosonics的獨特設(shè)備可用于處理長電纜線的傳輸過程中的問題。UFM50濾波器/放大器是一種小型的設(shè)備，它包括陶瓷諧振前級過濾器和內(nèi)嵌設(shè)備中的高品質(zhì)射頻信號放大器（帶有可調(diào)制的增益設(shè)置以補償發(fā)生在長距離同軸電纜上的丟失）。

圖2

    UFM50可通過外殼上的接口由外部DC電源供電，或由高品質(zhì)、機架式天線分配器上BNC輸出插孔進(jìn)行直流供電。

    用作天線分配器的UFM50

    當(dāng)與高質(zhì)量的無源分頻器一起使用時，可以利用UFM50來實現(xiàn)高性能、小型天線分配。將UFM50的輸入連接到天線，而輸出則連接到分頻器的輸入接口上。高質(zhì)量的無源分頻器，比如此處顯示的這個，是一種少數(shù)公司提供的專業(yè)設(shè)備，不過它們可以容易地從無線電通訊公司，當(dāng)然還有Lectrosonics公司獲得。

UFM50

    天線帶寬

    當(dāng)使用單個天線為射頻分配系統(tǒng)提供信號時，天線的頻率帶寬成為一個需要考慮的因素。主要關(guān)注的是連接到天線的接收機必須在天線帶寬范圍內(nèi)進(jìn)行工作。即使接收機的工作頻率接近于天線帶寬的邊緣會造成輕微的信號損失（3到6dB左右），射頻信號的少量遺失通常不是個問題。當(dāng)無線系統(tǒng)總是工作在接近臨界點或者復(fù)雜的多通道情況下工作時，不管用什么方法，最好采集盡可能多的射頻信號。在這種情況下，盡量將電纜傳輸中信號的損失降到最低限度往往成為了一個系統(tǒng)能否工作的關(guān)鍵指標(biāo)。

    最終系統(tǒng)核查

    在“干擾”一章所強調(diào)的核查過程對于多通道無線系統(tǒng)來說應(yīng)該是一項標(biāo)準(zhǔn)的例行公事。該過程首先檢查接收機在開與關(guān)的狀況下是否有串話干擾。然后將發(fā)射機依次打開，檢查二次互調(diào)。接下來，打開所有的發(fā)射機，并且將它們依次關(guān)閉以檢查三次互調(diào)諧波問題。

    最后，將所有的設(shè)備打開，依次監(jiān)視每一個系統(tǒng)的音頻輸出以檢查電纜是否有損壞、強度設(shè)置、間斷連接等等。當(dāng)兩個或多個無線系統(tǒng)在同一個房間中同時操作時，要在任何時間遵循此核查過程。

  接收機天線分配器

    ------普通的天線分配器類型

    由于在各種應(yīng)用中對更多通道無線話筒的需求不斷增長，為了滿足需求并簡化實現(xiàn)方法，現(xiàn)在有許多可用的高性能天線分配器，它可以把多臺接收機組合成一個便利的集成系統(tǒng)。天線分配器有各種不同的配置以便提供射頻分配、射頻和電源分配、以及完整的系統(tǒng)（提供射頻、電源分配和安裝接收機的機械裝配套件）。

    機架式8路分集射頻信號天線分配器

機架式8路分集射頻信號天線分配器

    對于高端錄音室和舞臺應(yīng)用，許多公司為了使8個接收機可以共享一根天線從而引進(jìn)了天線分配器。高品質(zhì)的天線分配器，比如下面這個，通常只有射頻信號分配，它提供110到240VAC或DC供電、前級過濾、高過載射頻信號放大器和高隔離射頻信號輸出。此處照片中顯示的設(shè)備具有帶寬為50MHz的陶瓷諧振濾波器，以及傳輸線路（“條形直線”）隔離器/分離器。

    4通道機架式射頻信號/電源分配器

4通道機架式射頻信號/電源 分配器

    與各種小型VHF和UHF接收機的使用，Lectrosonics為小型接收機提供了多樣的UHF和VHF機架式天線分配器，這包括射頻和電源分配以及一個19”機架式機械裝配套件。

    UHFQuadPak射頻/電源分配器

UHF Quad Pak 射頻/電源 分配器