一、中繼臺(tái)概述
中繼臺(tái)的基本概念
在無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)通信中，中繼臺(tái)對(duì)于增大通信距離，擴(kuò)展覆蓋范圍扮演著極其重要的角色。是專(zhuān)業(yè)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)通信不可缺少的重要設(shè)備。
中繼臺(tái)由收信機(jī)和發(fā)信機(jī)等單元組成。通常工作于收發(fā)異頻狀態(tài)，能夠?qū)⒔邮盏降囊颜{(diào)制的射頻信號(hào)解調(diào)出音頻信號(hào)傳輸給其它設(shè)備。同時(shí)，還能將其它設(shè)備送來(lái)的音頻信號(hào)經(jīng)射頻調(diào)制后發(fā)射出去。上面提到的其它設(shè)備有各種系統(tǒng)使用的控制器，有無(wú)線接駁器等，也包括互聯(lián)所需要的其它中繼臺(tái)。將中繼臺(tái)收到的信號(hào)直接通過(guò)自身的發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)出去，這是中繼臺(tái)最基本的應(yīng)用。
因此，中繼臺(tái)必須能夠全雙工工作，即收發(fā)同時(shí)工作，并且發(fā)射時(shí)不能影響接收機(jī)的正常工作。由于中繼臺(tái)工作的基本特點(diǎn)，再加上多臺(tái)中繼合組合起使用的特點(diǎn)，對(duì)中繼臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)相對(duì)于移動(dòng)臺(tái)要有更高的和更特殊的要求。
除一臺(tái)中繼臺(tái)組成的單信道常規(guī)地面無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)通信之外，還可以利用中繼臺(tái)經(jīng)同軸電纜，功分器，架設(shè)多幅分布天線，實(shí)現(xiàn)樓宇、酒店等建筑物地下和地面的覆蓋通信，此外多臺(tái)中繼臺(tái)組成集群無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)以及各種帶狀或星形結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)。
中繼臺(tái)調(diào)試集成安裝的指標(biāo)直接影響到無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)的通信距離和無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量及功能。
二、中繼臺(tái)通信距離的工程計(jì)算
1.無(wú)線電波傳輸損耗工程實(shí)用公式
LM(dB)=88.1+201gF-20lgh1h2+40lgd式中: F——通信工作頻率(MHz)
h1——通信對(duì)象 A點(diǎn)天線高度(m)
h2——通信對(duì)象 B點(diǎn)天線高度(m)
d——A點(diǎn)和B點(diǎn)的通信距離(m)
上述實(shí)用公式僅限于VHF150MHz和UHF400~470MHz段，并且地形起伏高度在15m左右，通信距離在65km范圍內(nèi)。
2.系統(tǒng)無(wú)線設(shè)備通信距離的計(jì)算（以下舉例說(shuō)明）
(1) 假設(shè)已知條件
a.系統(tǒng)工作頻率:TX 465MHz RX4 55MHz
b.中繼臺(tái)參數(shù)和架設(shè)數(shù)據(jù):
發(fā)射功率:20W(43dBm)
接收靈敏度:-116dBm
同軸電纜損耗:2dB(1/2"饋管40m長(zhǎng)、5dB/100m)
全向天線增益:9.8dbi
天線架設(shè)高度:30m
c.對(duì)講機(jī)參數(shù)：
發(fā)射力率:4W(36dBm)
接收靈敏度:-116dBm
對(duì)講機(jī)天線增益:0dBi
對(duì)講機(jī)高度:1.5m
(2) 中維臺(tái)與無(wú)線對(duì)講機(jī)的系統(tǒng)增益
在本例中，所謂無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益就是無(wú)線對(duì)講機(jī)發(fā)射信號(hào)給中繼臺(tái)接收機(jī)允許衰堿的最大值，若不考慮電纜損耗和天線增益的條件下:
無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益(dB)=發(fā)射功率(dBm)-接收靈敏度(dBm)
若考慮電纜損耗、天線增益的條件下，本例無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益為:
SG(dB)=Pt+PA-(RA+CL+RR)=36+0-(9.8-2-116)=144.2(dB)式中:
Pt——無(wú)線對(duì)講機(jī)發(fā)射功率
PA——無(wú)線對(duì)講機(jī)天線增益
RA——中繼臺(tái)天線增益
CL——同軸電纜損耗
RR——中繼臺(tái)接收靈敏度
(3)如果無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益等于電波傳輸?shù)膿p耗，則說(shuō)明通信距離的電波能量已達(dá)極限，若無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益小于傳輸損耗則表明通信可能建立不起來(lái)。
將無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)增益代入電波傳輸損耗工程公式:
144.2=88.1+201g455-201g1.5×30+401gd
144.2=88.1+53.2-33+401gd
35.9=401gd
d=7.9km
(4)上式僅計(jì)算了上行信號(hào)(無(wú)線對(duì)講機(jī)發(fā)給中繼臺(tái))可通信的保守距離，而未計(jì)算下行信號(hào)(中繼臺(tái)發(fā)給對(duì)講機(jī))可覆蓋的距離，通常由于中繼臺(tái)發(fā)射功率較大，其下行信號(hào)往社優(yōu)于上行信號(hào)的通信距離。
由于無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)通話是雙向的，因此無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)的保守通話距離往往以上行信號(hào)為準(zhǔn)來(lái)計(jì)算。
三、無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)通信中的干擾
1.無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)中的干擾有很多，有些是產(chǎn)品制造中不可避免的，有的是在無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)集成時(shí)產(chǎn)生的，我們主要討論后者，在日常通信中經(jīng)常碰到的干擾主要有兩種: 同頻干擾和互頻干擾。
2.同頻干擾是指在一個(gè)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)中的工作頻率受到了另一個(gè)無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)相同頻率的干擾。雖然兩臺(tái)發(fā)射機(jī)標(biāo)稱(chēng)頻率相同，但多少還是有所差異，當(dāng)一臺(tái)接收機(jī)同時(shí)收到兩臺(tái)發(fā)射機(jī)信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)發(fā)射頻率差異的差拍干擾，如果兩發(fā)射頻率相差1KHz,在接收機(jī)中即可聽(tīng)到1KHz的差拍聲，另外盡管發(fā)射頻率相同，其頻率的相位也不一定相同，因此會(huì)產(chǎn)生低頻交流聲的干擾。
3.互調(diào)干擾是由電路中的非線性器件產(chǎn)生的，在我們?nèi)粘９ぷ髦挟a(chǎn)生互調(diào)的原因主要有以下兩種情況:
(1)干擾信號(hào)侵入發(fā)射機(jī)的末級(jí)，從而同有用信號(hào)之間引起互調(diào)。此類(lèi)干擾稱(chēng)為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。
(2)處于互調(diào)關(guān)系中的兩個(gè)或兩個(gè)以上的無(wú)線電信號(hào)被接收機(jī)接收，在接收機(jī)高放級(jí)產(chǎn)生互調(diào)，稱(chēng)為接收機(jī)互調(diào)干擾。
4.互調(diào)干擾主要反映在多信道無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)或與其它無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)安裝在一起，多信道頻率相互間或其它無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)頻率與多信道頻率混合而產(chǎn)生，產(chǎn)生的主要機(jī)理有兩種表現(xiàn)形式，如果我們]用A.B.C.....表示頻率的數(shù)值，則有:
2A-B=C A+D-C=B 或 A+D-B=C
舉例說(shuō)明: 某一無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)有4個(gè)信道的發(fā)射頻率分別為:
1CH 160MHz 2CH 161MHz 3CH 162MHz 4CH 163MHz
如果不采取互調(diào)抑制措施，就會(huì)產(chǎn)生:2×160MHz-161MHz=162MHz，即1CH的二次諧波進(jìn)入2CH功放末級(jí)產(chǎn)生差頻形成一個(gè)假的162MHz就會(huì)對(duì)3CH所接收的設(shè)備造成干擾。
另外還會(huì)產(chǎn)生: 160MHz+163MHz-162MHz=161MHz，即1CH和4CH的和拍與3CH的差拍產(chǎn)生一個(gè)假的161MHz就會(huì)對(duì)2CH所接收真的161MHz頻率產(chǎn)生干擾。
5.為了避免互調(diào)干擾，通常有兩種做法: 根據(jù)互調(diào)產(chǎn)生的機(jī)理在發(fā)射機(jī)功放輸出端口加單向隔離器，對(duì)外部進(jìn)入的信號(hào)進(jìn)行衰減，不讓其產(chǎn)生和頻和差頻。
對(duì)于接收機(jī)采用大動(dòng)態(tài)范圍的器件，降低減小非線性。另一種方法是使用頻率時(shí)，人為避開(kāi)產(chǎn)生互調(diào)組合的頻率。前者需要增加設(shè)備投入，后者較經(jīng)濟(jì)，但取決于所審批頻率的可能性。
6.無(wú)(三階)互調(diào)干擾頻率的工程計(jì)算方法:
(1)將所分配或使用的頻率從低向高排療；
(2)按最小信道間隔計(jì)算每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的頻道數(shù)；
(3) 計(jì)算相鄰頻道數(shù)的差值；
(4)求差值的和(按下舉例方法求和)；
(5)檢查差值與和數(shù)中不再有相同的數(shù)出現(xiàn)。
舉例說(shuō)明: 現(xiàn)有一組頻率156.275MHz 156.150MHz 156.200MHz 156.125MHz計(jì)算是否存在互調(diào)組合。
有相同的數(shù)字3.表明這一種頻率存在互調(diào)，只有將156.275MHz頻率向上調(diào)換成156.300MHz或其它的頻率才可避開(kāi)互調(diào)組合。上面的數(shù)字是被調(diào)換后的計(jì)算結(jié)果。
四、中繼臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)與天饋系統(tǒng)
1.中微臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)
中繼臺(tái)的技術(shù)參數(shù)除發(fā)射功率。頻率穩(wěn)定度，調(diào)制特性，接收機(jī)靈敏度，音頻輸出功率和失真，調(diào)制接收帶寬等技術(shù)參數(shù)與無(wú)線對(duì)講機(jī)、車(chē)載臺(tái)相同或較高外，根本的區(qū)別在于全雙工工作，即接收信號(hào)的同時(shí)，又要發(fā)射信號(hào)，其關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)是雙工工作時(shí)的接收靈敏度，即自身的收發(fā)干擾情況如何，好的中繼臺(tái)發(fā)射時(shí)應(yīng)不影響接收機(jī)的靈敏度。中繼臺(tái)若存在收發(fā)干擾，意味著接收機(jī)靈敏度的下降，在無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)工作時(shí)，直接影響到無(wú)線對(duì)講機(jī)和車(chē)載臺(tái)的通信距離。
2.形成中繼臺(tái)收發(fā)干擾的因素
(1) 發(fā)射機(jī)大功率信號(hào)串入接收機(jī)前端造成接收機(jī)的阻塞，使接收靈敏度下降。(2) 發(fā)射機(jī)邊帶頻譜中的接收機(jī)頻率成分過(guò)大形成類(lèi)似于同頻干擾的情況，使接收機(jī)靈敏度下降。
3.解決中繼臺(tái)收發(fā)干擾的要點(diǎn)
除了中繼臺(tái)自身發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有較高的技術(shù)指標(biāo)外，重要在于發(fā)射機(jī)天線端口和接收機(jī)天線端口要有較高的隔離衰減。目前發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線端口之間隔離通常有2種方法:
(1) 雙工器方式；
(2) 收發(fā)天線同軸垂直間隔方式。
4.使用雙工器的優(yōu)缺點(diǎn)
(1) 使用雙工器的優(yōu)點(diǎn)
a.收發(fā)共用一根天線，一根電纜，架設(shè)方便；
b.通常使用陷波型雙工器，體積小，重量輕，插損小，有較好的收發(fā)隔離性能，能保證良好的收發(fā)干擾指標(biāo)。
(2) 使用雙工器的缺點(diǎn)
a.要求天線頻帶較寬，往往天線對(duì)收發(fā)頻率不能兼顧；
b.陷波型雙工器的阻帶很窄，當(dāng)設(shè)置多信道使用時(shí)，所使用的頻率有所限制，必須限定在雙工器的阻帶寬度內(nèi)。
5.使用雙天線的優(yōu)缺點(diǎn)
(1) 使用雙天線的優(yōu)點(diǎn)
a.收發(fā)分別使用各自的天線，可獲得較好的匹配及增益；
b.可在較寬的頻率范圍內(nèi)，任意設(shè)置信道所用的收發(fā)頻率。
(2) 使用雙天線的缺點(diǎn)
雙天線要達(dá)到一定程度的收發(fā)隔離，架設(shè)時(shí)有嚴(yán)格的要求，往往不易滿(mǎn)足，導(dǎo)致收發(fā)干擾指標(biāo)惡化，嚴(yán)重影響通訊距離。
(3) 使用雙天線架設(shè)的要求
a.雙天線水平架設(shè)時(shí)，兩天線間的水平距離應(yīng)≥390λ；
b.雙天線同軸垂直架設(shè)時(shí)，兩天線間的垂直距離≥9λ。
6.雙天線架設(shè)后中繼臺(tái)收發(fā)干擾指標(biāo)的測(cè)試
(1)使用無(wú)線對(duì)講機(jī)測(cè)試方法
首先將無(wú)線對(duì)講機(jī)發(fā)射功率設(shè)置最低檔，中繼臺(tái)置于不轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)：摘掉無(wú)線對(duì)講機(jī)天線，短時(shí)間間斷發(fā)射，讓無(wú)線對(duì)講機(jī)與中繼臺(tái)逐步拉開(kāi)距離，直到中繼臺(tái)接收無(wú)線對(duì)講機(jī)信號(hào)有雜音止，此時(shí)再將中繼臺(tái)置于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)或使用中繼臺(tái)的話筒發(fā)射，聽(tīng)中繼臺(tái)的雜音不應(yīng)有變化，若雜音加強(qiáng)或靜噪電路關(guān)閉聽(tīng)不到雜音，說(shuō)明存在收發(fā)干擾。
(2)使用儀器測(cè)試方法
使用RF射頻信號(hào)源，輸出端口接儀表自帶天線或無(wú)線對(duì)講機(jī)天線，將信號(hào)源輸出調(diào)至中繼臺(tái)接收有雜音止（中繼臺(tái)處于不轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)），此時(shí)啟動(dòng)中繼臺(tái)的發(fā)射，聽(tīng)雜音不應(yīng)有明顯的變化。
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