无线话筒系统的操作和设计概念

多通道使用环境的设计

   很明显，正如我们在题为“干扰和频率协调”的章节中讨论过的互调和干扰问题所意识到的那样，一个多通道无线系统应用是多么的复杂。无线接收机从一开始就要着眼于多通道使用环境的设计，否则你将会遇到来自内部和外部射频信号信息源的问题。

    射频/供电分配

    从实践的观点来讲，多通道无线系统必须提供将接收机“叠放”在一起以便共享天线的方法。简单地将带有独立天线的接收机彼此叠放在一起会引发许多问题。具有超级外差法的接收机会从天线接口辐射射频信号，并且在某些情况下，甚至直接地通过外壳辐射射频信号能量。辐射的能量通常位于振荡器的基础频点上或谐波的倍数上。当接收机彼此挨着摆放时，除非用某种方法将其隔离，否则它们会互相影响。

    将单一天线的输出分配给一台或多台接收机要比它在分配之前复杂一点。首先，当信号分开后，发送给每台接收机的单独信号变弱了。这意味着为了使每一台接收机上得到足够高的射频信号强度以输出可用的信噪比，必须要一个射频放大器。除非在射频放大器之前加上某种过滤，否则它也会放大多余的非工作频段信号。最后，通过将接收机天线末端连接在一起，如果不提供某种隔离，接收机之间射频的相互影响将会发生。

    因此，一个有效的多通道射频信号天线分配器应该包括以下特点，如顺序所列：

    1.前级过滤

    2.低噪音的射频信号放大功能

    3.低损失，高隔离射频信号分频器

图1

    图1描述了单一天线的分配器。分集天线分配器将会为每个天线接口提供一个二级、离散的射频信号路径。现场制作用的小型天线分配器通常有DC供电分配。大型天线分配器，比如一个8路分集类型，通常只有一个射频信号分配。

    另一个设计天线分配器的有效方法包括，使用一个非常强大的、具有高过载阈值（三次谐波抑制为+40dBm左右）且不带滤波器的射频信号放大器。在该种设计中的互调波将会降至最低限度，但是在现场制作用的小型设计中，由于电池供电是唯一的选择，而此种设计需要消耗大量的电力，所以经常排除了这种设计。

    机械装配

    在任何安装中，使电源线远离信号线通常是一个好的习惯。如果每一台接收机都有其各自的电线，经常需要在架子或电缆盒中仔细的布线以避免在音频线中引发的交流嗡嗡声。这就是使用低电压DC供电的接收机方便实用的地方。如果射频信号分配模块同样包含DC电源分配，你可以轻松地将多通道接收机装配有效地放在一起，而不会造成额外的复杂性。

    操作范围

    一般情况下，安装接收机天线以确保与发射机之间的距离在使用中不少于25英尺左右的范围是一个不错的习惯。发射机距离接收机的天线越近，产生的射频信号就越强，互调波也越普遍。当然，如果发射机离接收机太远，也同样存在失真的危险。因此，最佳的办法就是搭建一个多通道无线系统时，尽量确保发射机到接收机天线的距离控制在一个预期“空间范围”内。一般来说，一个好的系统“空间”不能超过约100英尺，并且不要少于25英尺。当然，该“空间”的上、下限度会依使用设备的性能特点而有所改变。

    但是一个肩式“背包系统”中的无线设备之间却不可能保持这种距离。背包系统由几台接收机和一台便携式调音台组成，调音台的输出给同样位于背包中的两台发射机提供信号。在该种类型的设置中，使用小型的，靠电池供电的天线分配器在避免接收机和发射机之间的射频信号相互干扰是方便和有益的。然而，因为输出发射机与接收机之间很接近，在频率协调上需要采取极度小心以确保系统不会干扰自身。普遍上讲，在接收机和发射机之间将频率以较大的频点隔离开是必须的，就像本章随后强调的“系统的最终检查”过程，以及本手册中题为“干扰和频率协调”的小节一样。

    频率协调

    勿庸置疑，对任何多于4或5个通道的多通道系统来讲应该加以认真设计。具有10个或更多频率的大型系统可能存在各种互调、串话干扰以及噪音等问题。在设计大型系统时使用计算机程序时必须的，这就如同对任何多通道无线系统执行完全检查之前提供一个“起始点”。在高端无线市场中扮演重要角色的每一个制造商都会拥有和使用一套计算机程序来预测在多通道系统中的频率兼容性。许多经销商和专业咨询公司也可以完成频率协调。由于适当的规划往往需要数千次的计算和大量时间，有时对这类服务会收取一定的费用。

    混合不同品牌的设备

    在大型多通道系统中，即使使用型号全部一致的接收机和发射机来试图取得频率兼容都是相当困难的事情，当各种不同型号和品牌的设备在一起使用时，情况会变得更加复杂。计算机化的频率协调程序包括各种计算，这需要考虑IF频率、振荡器基本原理、谐波以及发射机和接收机设计的其它方面。把不同品牌和型号的设备混合在一起，想要预测所有的信号组合几乎不太可能。

   天线电缆的长度问题

    距离很长的天线电缆将带来的主要问题就是电缆中的衰减会造成射频信号的丢失。通常，最好将天线电缆长度降至一个最小限度。然而，在某些安装情况下，为了使天线位于适当的距离“空间”内（参见上一段的“操作范围”），需要把天线放置在较远的地方。不同类型的同轴电缆表现出不同的衰减量。查看你计划使用的电缆的详细说明，它会告诉你信号的损失量。

    把天线放置在距发射机较近的地方，较强的射频信号可以在天线的接收端获得。可是，额外获得的信号可能会在电缆衰减中丢失，所以天线不是距离发射机越近越好。事实上，当电缆的长度增加过长时，在电缆中衰减的信号强度要比你缩短天线与发射机之间的距离所获得的额外增益还要多，反而得不偿失。

    例如，RG-8或RG-213是两种普遍用于UHF频率的同轴电缆，其信号衰减量为每100英尺7dB。如果天线离表演者有25英尺，天线上的信号强度平均会为-30dBm。如果在天线和接收机之间使用¼英里长的电缆，那么接收机上的信号强度将会少于93分贝或者-123dBm。这甚至比需要检测的信号都少，更不用说可用了。

    比较起来，如果我们只在发射机和接收机的传输中使用电缆的话，那么随着每一次距离的成倍增长，将会有6dB的损失。现在，位于¼英里处的信号会比25英尺处的低36dB。接收机上的信号平均为-66dBm，接受效果相当不错。再做一个荒谬的比较，一英里长的RG8电缆会有369分贝的衰减损失，在电缆的天线末端需要457万亿、万亿瓦的功率进行放大以产生足够的可用信号供给接收机。这么大的功率会在眨眼之间完全耗尽一节9V电池。

    短期看来，同轴电缆可以在接收端提供若干性能改进。例如，100英尺长的电缆比在空中广播要好。在空中传播时，到达接收机的信号为-42dBm，而使用电缆时接收机端的信号则为-37dBm，也就是说，使用电缆有5dBm的提高。可是，有时必须使用电缆，比如当接收机安装在金属支架上时，或者放置在屏蔽良好的控制室中。该讨论的目的在于说明使用长电缆线传输方式中的一些缺陷。

    来自Lectrosonics的独特设备可用于处理长电缆线的传输过程中的问题。UFM50滤波器/放大器是一种小型的设备，它包括陶瓷谐振前级过滤器和内嵌设备中的高品质射频信号放大器（带有可调制的增益设置以补偿发生在长距离同轴电缆上的丢失）。

图2

    UFM50可通过外壳上的接口由外部DC电源供电，或由高品质、机架式天线分配器上BNC输出插孔进行直流供电。

    用作天线分配器的UFM50

    当与高质量的无源分频器一起使用时，可以利用UFM50来实现高性能、小型天线分配。将UFM50的输入连接到天线，而输出则连接到分频器的输入接口上。高质量的无源分频器，比如此处显示的这个，是一种少数公司提供的专业设备，不过它们可以容易地从无线电通讯公司，当然还有Lectrosonics公司获得。

UFM50

    天线带宽

    当使用单个天线为射频分配系统提供信号时，天线的频率带宽成为一个需要考虑的因素。主要关注的是连接到天线的接收机必须在天线带宽范围内进行工作。即使接收机的工作频率接近于天线带宽的边缘会造成轻微的信号损失（3到6dB左右），射频信号的少量遗失通常不是个问题。当无线系统总是工作在接近临界点或者复杂的多通道情况下工作时，不管用什么方法，最好采集尽可能多的射频信号。在这种情况下，尽量将电缆传输中信号的损失降到最低限度往往成为了一个系统能否工作的关键指标。

    最终系统核查

    在“干扰”一章所强调的核查过程对于多通道无线系统来说应该是一项标准的例行公事。该过程首先检查接收机在开与关的状况下是否有串话干扰。然后将发射机依次打开，检查二次互调。接下来，打开所有的发射机，并且将它们依次关闭以检查三次互调谐波问题。

    最后，将所有的设备打开，依次监视每一个系统的音频输出以检查电缆是否有损坏、强度设置、间断连接等等。当两个或多个无线系统在同一个房间中同时操作时，要在任何时间遵循此核查过程。

  接收机天线分配器

    ------普通的天线分配器类型

    由于在各种应用中对更多通道无线话筒的需求不断增长，为了满足需求并简化实现方法，现在有许多可用的高性能天线分配器，它可以把多台接收机组合成一个便利的集成系统。天线分配器有各种不同的配置以便提供射频分配、射频和电源分配、以及完整的系统（提供射频、电源分配和安装接收机的机械装配套件）。

    机架式8路分集射频信号天线分配器

机架式8路分集射频信号天线分配器

    对于高端录音室和舞台应用，许多公司为了使8个接收机可以共享一根天线从而引进了天线分配器。高品质的天线分配器，比如下面这个，通常只有射频信号分配，它提供110到240VAC或DC供电、前级过滤、高过载射频信号放大器和高隔离射频信号输出。此处照片中显示的设备具有带宽为50MHz的陶瓷谐振滤波器，以及传输线路（“条形直线”）隔离器/分离器。

    4通道机架式射频信号/电源分配器

4通道机架式射频信号/电源 分配器

    与各种小型VHF和UHF接收机的使用，Lectrosonics为小型接收机提供了多样的UHF和VHF机架式天线分配器，这包括射频和电源分配以及一个19”机架式机械装配套件。

    UHFQuadPak射频/电源分配器

UHF Quad Pak 射频/电源 分配器