無(wú)線話筒系統(tǒng)的操作和設(shè)計(jì)概念

多通道使用環(huán)境的設(shè)計(jì)

   很明顯，正如我們?cè)陬}為“干擾和頻率協(xié)調(diào)”的章節(jié)中討論過(guò)的互調(diào)和干擾問(wèn)題所意識(shí)到的那樣，一個(gè)多通道無(wú)線系統(tǒng)應(yīng)用是多么的復(fù)雜。無(wú)線接收機(jī)從一開(kāi)始就要著眼于多通道使用環(huán)境的設(shè)計(jì)，否則你將會(huì)遇到來(lái)自內(nèi)部和外部射頻信號(hào)信息源的問(wèn)題。

    射頻/供電分配

    從實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)講，多通道無(wú)線系統(tǒng)必須提供將接收機(jī)“疊放”在一起以便共享天線的方法。簡(jiǎn)單地將帶有獨(dú)立天線的接收機(jī)彼此疊放在一起會(huì)引發(fā)許多問(wèn)題。具有超級(jí)外差法的接收機(jī)會(huì)從天線接口輻射射頻信號(hào)，并且在某些情況下，甚至直接地通過(guò)外殼輻射射頻信號(hào)能量。輻射的能量通常位于振蕩器的基礎(chǔ)頻點(diǎn)上或諧波的倍數(shù)上。當(dāng)接收機(jī)彼此挨著擺放時(shí)，除非用某種方法將其隔離，否則它們會(huì)互相影響。

    將單一天線的輸出分配給一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)要比它在分配之前復(fù)雜一點(diǎn)。首先，當(dāng)信號(hào)分開(kāi)后，發(fā)送給每臺(tái)接收機(jī)的單獨(dú)信號(hào)變?nèi)趿�。這意味著為了使每一臺(tái)接收機(jī)上得到足夠高的射頻信號(hào)強(qiáng)度以輸出可用的信噪比，必須要一個(gè)射頻放大器。除非在射頻放大器之前加上某種過(guò)濾，否則它也會(huì)放大多余的非工作頻段信號(hào)。最后，通過(guò)將接收機(jī)天線末端連接在一起，如果不提供某種隔離，接收機(jī)之間射頻的相互影響將會(huì)發(fā)生。

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

    1.前級(jí)過(guò)濾

    2.低噪音的射頻信號(hào)放大功能

    3.低損失，高隔離射頻信號(hào)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(huì)為每個(gè)天線接口提供一個(gè)二級(jí)、離散的射頻信號(hào)路徑�，F(xiàn)場(chǎng)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(gè)8路分集類型，通常只有一個(gè)射頻信號(hào)分配。

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

    機(jī)械裝配

    在任何安裝中，使電源線遠(yuǎn)離信號(hào)線通常是一個(gè)好的習(xí)慣。如果每一臺(tái)接收機(jī)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(jī)方便實(shí)用的地方。如果射頻信號(hào)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(jī)裝配有效地放在一起，而不會(huì)造成額外的復(fù)雜性。

    操作范圍

    一般情況下，安裝接收機(jī)天線以確保與發(fā)射機(jī)之間的距離在使用中不少于25英尺左右的范圍是一個(gè)不錯(cuò)的習(xí)慣。發(fā)射機(jī)距離接收機(jī)的天線越近，產(chǎn)生的射頻信號(hào)就越強(qiáng)，互調(diào)波也越普遍。當(dāng)然，如果發(fā)射機(jī)離接收機(jī)太遠(yuǎn)，也同樣存在失真的危險(xiǎn)。因此，最佳的辦法就是搭建一個(gè)多通道無(wú)線系統(tǒng)時(shí)，盡量確保發(fā)射機(jī)到接收機(jī)天線的距離控制在一個(gè)預(yù)期“空間范圍”內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的系統(tǒng)“空間”不能超過(guò)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(huì)依使用設(shè)備的性能特點(diǎn)而有所改變。

    但是一個(gè)肩式“背包系統(tǒng)”中的無(wú)線設(shè)備之間卻不可能保持這種距離。背包系統(tǒng)由幾臺(tái)接收機(jī)和一臺(tái)便攜式調(diào)音臺(tái)組成，調(diào)音臺(tái)的輸出給同樣位于背包中的兩臺(tái)發(fā)射機(jī)提供信號(hào)。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(jī)和發(fā)射機(jī)之間的射頻信號(hào)相互干擾是方便和有益的。然而，因?yàn)檩敵霭l(fā)射機(jī)與接收機(jī)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(huì)干擾自身。普遍上講，在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間將頻率以較大的頻點(diǎn)隔離開(kāi)是必須的，就像本章隨后強(qiáng)調(diào)的“系統(tǒng)的最終檢查”過(guò)程，以及本手冊(cè)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(duì)任何多于4或5個(gè)通道的多通道系統(tǒng)來(lái)講應(yīng)該加以認(rèn)真設(shè)計(jì)。具有10個(gè)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(wèn)題。在設(shè)計(jì)大型系統(tǒng)時(shí)使用計(jì)算機(jī)程序時(shí)必須的，這就如同對(duì)任何多通道無(wú)線系統(tǒng)執(zhí)行完全檢查之前提供一個(gè)“起始點(diǎn)”。在高端無(wú)線市場(chǎng)中扮演重要角色的每一個(gè)制造商都會(huì)擁有和使用一套計(jì)算機(jī)程序來(lái)預(yù)測(cè)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(jì)算和大量時(shí)間，有時(shí)對(duì)這類服務(wù)會(huì)收取一定的費(fèi)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(hào)全部一致的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)來(lái)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(hào)和品牌的設(shè)備在一起使用時(shí)，情況會(huì)變得更加復(fù)雜。計(jì)算機(jī)化的頻率協(xié)調(diào)程序包括各種計(jì)算，這需要考慮IF頻率、振蕩器基本原理、諧波以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)設(shè)計(jì)的其它方面。把不同品牌和型號(hào)的設(shè)備混合在一起，想要預(yù)測(cè)所有的信號(hào)組合幾乎不太可能。

   天線電纜的長(zhǎng)度問(wèn)題

    距離很長(zhǎng)的天線電纜將帶來(lái)的主要問(wèn)題就是電纜中的衰減會(huì)造成射頻信號(hào)的丟失。通常，最好將天線電纜長(zhǎng)度降至一個(gè)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(jiàn)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(jì)劃使用的電纜的詳細(xì)說(shuō)明，它會(huì)告訴你信號(hào)的損失量。

    把天線放置在距發(fā)射機(jī)較近的地方，較強(qiáng)的射頻信號(hào)可以在天線的接收端獲得�？墒�，額外獲得的信號(hào)可能會(huì)在電纜衰減中丟失，所以天線不是距離發(fā)射機(jī)越近越好。事實(shí)上，當(dāng)電纜的長(zhǎng)度增加過(guò)長(zhǎng)時(shí)，在電纜中衰減的信號(hào)強(qiáng)度要比你縮短天線與發(fā)射機(jī)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(hào)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(hào)強(qiáng)度平均會(huì)為-30dBm。如果在天線和接收機(jī)之間使用¼英里長(zhǎng)的電纜，那么接收機(jī)上的信號(hào)強(qiáng)度將會(huì)少于93分貝或者-123dBm。這甚至比需要檢測(cè)的信號(hào)都少，更不用說(shuō)可用了。

    比較起來(lái)，如果我們只在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的傳輸中使用電纜的話，那么隨著每一次距離的成倍增長(zhǎng)，將會(huì)有6dB的損失�，F(xiàn)在，位于¼英里處的信號(hào)會(huì)比25英尺處的低36dB。接收機(jī)上的信號(hào)平均為-66dBm，接受效果相當(dāng)不錯(cuò)。再做一個(gè)荒謬的比較，一英里長(zhǎng)的RG8電纜會(huì)有369分貝的衰減損失，在電纜的天線末端需要457萬(wàn)億、萬(wàn)億瓦的功率進(jìn)行放大以產(chǎn)生足夠的可用信號(hào)供給接收機(jī)。這么大的功率會(huì)在眨眼之間完全耗盡一節(jié)9V電池。

    短期看來(lái)，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(zhǎng)的電纜比在空中廣播要好。在空中傳播時(shí)，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為-42dBm，而使用電纜時(shí)接收機(jī)端的信號(hào)則為-37dBm，也就是說(shuō)，使用電纜有5dBm的提高。可是，有時(shí)必須使用電纜，比如當(dāng)接收機(jī)安裝在金屬支架上時(shí)，或者放置在屏蔽良好的控制室中。該討論的目的在于說(shuō)明使用長(zhǎng)電纜線傳輸方式中的一些缺陷。

    來(lái)自Lectrosonics的獨(dú)特設(shè)備可用于處理長(zhǎng)電纜線的傳輸過(guò)程中的問(wèn)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(jí)過(guò)濾器和內(nèi)嵌設(shè)備中的高品質(zhì)射頻信號(hào)放大器（帶有可調(diào)制的增益設(shè)置以補(bǔ)償發(fā)生在長(zhǎng)距離同軸電纜上的丟失）。

圖2

    UFM50可通過(guò)外殼上的接口由外部DC電源供電，或由高品質(zhì)、機(jī)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(wú)源分頻器一起使用時(shí)，可以利用UFM50來(lái)實(shí)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(wú)源分頻器，比如此處顯示的這個(gè)，是一種少數(shù)公司提供的專業(yè)設(shè)備，不過(guò)它們可以容易地從無(wú)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(gè)天線為射頻分配系統(tǒng)提供信號(hào)時(shí)，天線的頻率帶寬成為一個(gè)需要考慮的因素。主要關(guān)注的是連接到天線的接收機(jī)必須在天線帶寬范圍內(nèi)進(jìn)行工作。即使接收機(jī)的工作頻率接近于天線帶寬的邊緣會(huì)造成輕微的信號(hào)損失（3到6dB左右），射頻信號(hào)的少量遺失通常不是個(gè)問(wèn)題。當(dāng)無(wú)線系統(tǒng)總是工作在接近臨界點(diǎn)或者復(fù)雜的多通道情況下工作時(shí)，不管用什么方法，最好采集盡可能多的射頻信號(hào)。在這種情況下，盡量將電纜傳輸中信號(hào)的損失降到最低限度往往成為了一個(gè)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(qiáng)調(diào)的核查過(guò)程對(duì)于多通道無(wú)線系統(tǒng)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的例行公事。該過(guò)程首先檢查接收機(jī)在開(kāi)與關(guān)的狀況下是否有串話干擾。然后將發(fā)射機(jī)依次打開(kāi)，檢查二次互調(diào)。接下來(lái)，打開(kāi)所有的發(fā)射機(jī)，并且將它們依次關(guān)閉以檢查三次互調(diào)諧波問(wèn)題。

    最后，將所有的設(shè)備打開(kāi)，依次監(jiān)視每一個(gè)系統(tǒng)的音頻輸出以檢查電纜是否有損壞、強(qiáng)度設(shè)置、間斷連接等等。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)在同一個(gè)房間中同時(shí)操作時(shí)，要在任何時(shí)間遵循此核查過(guò)程。

  接收機(jī)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(duì)更多通道無(wú)線話筒的需求不斷增長(zhǎng)，為了滿足需求并簡(jiǎn)化實(shí)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(tái)接收機(jī)組合成一個(gè)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(jī)的機(jī)械裝配套件）。

    機(jī)架式8路分集射頻信號(hào)天線分配器

機(jī)架式8路分集射頻信號(hào)天線分配器

    對(duì)于高端錄音室和舞臺(tái)應(yīng)用，許多公司為了使8個(gè)接收機(jī)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(gè)，通常只有射頻信號(hào)分配，它提供110到240VAC或DC供電、前級(jí)過(guò)濾、高過(guò)載射頻信號(hào)放大器和高隔離射頻信號(hào)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(jī)架式射頻信號(hào)/電源分配器

4通道機(jī)架式射頻信號(hào)/電源 分配器

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

    UHFQuadPak射頻/電源分配器

UHF Quad Pak 射頻/電源 分配器