频率区分的多路无线电通信方法

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超短波接力无线电,多用来同时输送相当大数量(上百路)的电话或远距离电视节目。本文系介绍调频制多路接力电话通信的基本原理。

假如我们要输送n个电话电路,每路的成音频带是300到3500周。我们需要用n个振荡器,将各路的频带排开,分配成一频谱,互不干扰。 这n个振荡器所发生的频率叫做“副载波”,相隔10千周。使每一副载波频率被一路电话调幅,产生两个边频带,以副载波为中心共占频带由-3500周到+3500周(图1)。因相邻副载波彼此相隔10,000周,那么在相邻波道的最低和最高频率间就有一段3000周不用的波带,我们叫做保护波带。

图1
图1 🔍原图 (635×346)

这样,各电话电路就分配到了从6500周至(10000n +3500)周的频带内。如n=100,这频带宽度将为6500-1003500周,即稍高于1兆周,如图1所示。再用这整个频带来调制无线电终端站超短波(例如30公分波,相当于1000兆周)发信机的振荡器。

通过了一系列转播台以后,这信号由终端台的接收天线接收,在接收机内被放大和检波,结果恢复成原来的多路信号(图1)。然后再用滤波器区分各波道,并用各波道自己的检波器进行第二次检波(图2)。

图2
图2 🔍原图 (907×549)

在超短波波段内(例如在公分波)天电干扰实际上完全没有;工业用电干扰波长短于一公尺时也几乎不显著。所剩仅通信设备的内部杂音,它的减弱是无线电中继线机件的设计任务之一。

在多路无线电中继线中,干扰基本上只有收信机内部杂音和串话干扰两种。内部杂音,是由于电子在收信机导线和电子管内因热而生的不规则运动所产生,不可能完全消灭。要减低这种杂音的影响,除非增高收信机的输入信号强度或用适当的调制方式,使干扰影响接收的质量较少。

串话干扰是在某一路的输出中,可以听见另一路谈话。此种现象可能由于波带滤波器有缺点,和由于波道、分路处的线路隔离不佳。这种串话干扰可以用改善滤波器,加宽上述的保护频带的和改进机器中的隔离而有效防止。

由调制器、放大器和检波器特性的非直线性所产生的串话干扰极难防止。大家知道,倘若在任何非直线性装置的输入上加入复合信号,其中包括不同的频率(例如,f\(_{1}\)、f2、f\(_{3}\)……等),那么在它的输出里,除这些频率外,将具有新的频率——输入频率的谐波(在我们的例子中——2f1,3f\(_{1}\),4f1,……2f\(_{2}\),3f2,4f\(_{2}\),……)和组合频率(f1+f\(_{2}\);2f1+f\(_{2}\);f1+2f\(_{2}\)等)。这种装置的非直线性表现愈强,它的输出里所含谐波和组合频率的幅度也愈大。

这样的非直线性失真在多路系统中将引起串话干扰。假如第一副载波频率等于10千周(图1),当它通过非直线性系统产生谐波频率20,30,40等千周时,它们恰落入第二,三,四波道的频带内。就是它些波道内会有第一波道边波频率的谐波。任何一波道中产生的组合频率,也进入另外波道的频带,用任何滤波器均不能免除这样的串话干扰。

在远距离的无线电中继线中(当转播台的数量多时),如每一次转播产生极微小的杂音和干扰,逐渐聚集起来,最终可能使通信成为完全不可能。所以这种线路的机件要做到每一转播台所增加的干扰电平远低于信号电平,致在多次转播台中聚集的干扰尚不显著影响通信的质量。为此,在一个转播台中聚集的干扰(杂音及(串话),强度不应当超过信号强度大约百万分之一或千万分之一。

为了减低串话干扰,在无线电中继线机件中的放大器、调制器和检波器,要尽可能有直线特性,并运用适当的调制方式,来减低串话干扰产生的可能性。

用增强转播台发送电力来提高信号杂音比的方法,费用过大。

在实际应用线路中,为了减低干扰影响起见,常采用较完善的调制方法。它可以提高通信质量并减低转播台所消耗的电力。例如,采用一制度,共中每一波道用单边带调制,而主载波用调频(图3)。在这情况下,每一波道的副载波被抑制(运用平衡调制器线路),再从所剩的两个边波带中用滤波器分出一个波带。这样可以缩短在副载波调制后所得到的频带大约两倍,然后用这个频带来调制载波频率。过去,每一波道占有波带7000周(图1),而在副载波单边带调制时它仅占有波带3500-300=3200周(图4)。因此副载波频率能够分配成每隔5千周。

图3
图3 🔍原图 (875×559)
图4
图4 🔍原图 (611×333)

倘若运用低边波带,那么n个波道占有的频带,在这样的线路中等于5n千周。对我们的例子说,当n=100,它的波带宽度将等于0.5兆周。现在频带较窄,因此无线电中继线全部机件特性的直线性较易获得。这样得到的多路频谱再对超高频的主载波进行调频。

频率调制,大家知道,可以相当的减低干扰对接收信号的影响;同时调制指数愈大,干扰的抑制也愈大。调制指数即当调制时最高偏移频率与最高调制频率之比。在我们例子中最高调制频率等于0.5兆周。倘若偏移频率拟定为5兆周(在公分波中这不难得到),那么调制指数将等于5/0.5=10。这时干扰的影响大为减弱。

在无线电中继线终端台的接收机中,像一般外差式接收机一样,接收的调频振荡被变成中间频率振荡。然后,信号被放大,限幅并用频率检波器(鉴频器)检波。检波器的输出是多路的频谱(图4)。这频谱加到波带滤波器系统上,每个滤波器只通过一个波道的边频带。这样分出来的频率加到检波器上,变成低频率,在每一检波器上并加入由本地振荡器发生的相当于该波道的副载波频率。

在我们研究的例子中(当调制指数,等于10),一般信号干扰比值的增益,用单边带调制副载波和对主载波调频制,较以前所讲的简单线路在最高的频率波道时的信号干扰比值约大35倍。相当于在转播台中增高电力35\(^{2}\)≈1000倍。在其他波道这增益还要大。

关于这种制度的转播台的问题,拟另文再作简单解释。((苏联)Л.费因克原著,周建畏译)