拿运动会里接力赛跑的情形来比喻无线电接力通信是十分恰当的。接力赛跑的一次比赛,从开始到终了,由几个人连接着担任;接力通信也是一样:有始端、中间的和终端的一系列的无线电站,相互接力完成通信。由图1可以看出接力通信系统的情形。在中间站有两组收发信设备,两终端站只有一组收发信设备。两终端站可以一面收一面发,中间站从右边收进来就转到左边去,从左边收进来就转到右边去,所以通信可以同时双方向进行。每一段各用不同频率,因此也不会发生干扰。中间站发信机的工作,自动地受同组收信机的控制。例如图1的收信机1和发信机是同组的,收信机1收到从左边到来的频率为f\(_{1}\)的信号,放大、变频后就控制发信机1,向右边用另一频率f2转出同样的信号。相反地,收信机2收到右边来的频率f\(_{3}\),自动控制发信机2向左边用频率f4转发。中间站起继电作用,所以无线电接力通信系统也叫做无线电继电线路。

无线电接力通信所用电波是公尺波、公寸波或公分波。频率愈高,波长愈短,同样尺寸的天线,以波长计就显得愈大,辐射和接收的电能也就愈容易集中在一定方向。因此达到同样距离所需发信机的电力比没有方向性的,像广播机的电力可少到几百倍。也就是这里1瓦的功率可以当几百瓦来使用。因为接收的方向性强,所以其他电台来的干扰可以避免。这是一般长短波通信所不能够做到的。
波长短到进入公尺、公寸和公分波的范围时,天空的电离层挡它不住,我们不是听说过用超短波可以把信号送到月球又从月球上反射回来吗?这样短的波一碰到小丘、森林、山岭或建筑物就被反射,不像长、中波那样能够绕着地面走。因此用这种电波能够建立通信的地方,几乎是位于一条可以连接起来中间没有任何遮断的直线上。这就使通信距离受到了限制,需要分几段接力,正是为了拉长通信距离的原故。自然收发信天线愈高,每段通信距离可以愈远,段数也可以相当的减少。架高天线所用的杆子和铁塔,可能需要高到70公尺以上,有高处还应当尽量利用,如图2所示。

严格地说起来,接近地面上空数公里的大气层,温度和湿度并不均匀,无线电波在里面传播速度也不均匀。因此实际上公分或公厘波的传播还不完全是直线,稍为有一点曲折,像图3的样子。这对通信是有利的,因为它把本来用直线连不起来的两点用曲线连起来了,增加了通信距离。可惜这条曲线受气候的影响很大,使得通信情况随时变化,不能稳定。所以建立可靠的通信时,最好不靠这种大气对电波的曲折作用。

用短到公尺波、公寸波或公分波范围来进行接力通信,还有一个主要优点,就是可以完成多路通信。就是在图1里从左到石或从右到左,同时可以传递很多路的电报、电话、传真像片、广播或电视节目。路数愈多,所占频带愈宽,载波频率也要愈高,使频带两端的频率离开载波比例计算起来并不太大,而传输的困难可以减少。传一个电视节目,相当于很多电话电路所占的频带,而一个电话电路又相当于十个电报电路所占的频带。用较长的波,天电或人为的电气干扰(属于较长波段范围)就比较严重,用更短的波(3公分或更短)受雨、雪、雾吸收和放射又太强,下雪时3公分的波已经可能完全中断。这些都是设计无线电接力线路所应当考虑的问题。重要线路上可以多到几百路,一般也可以用几十路(关于怎样把多路电话混在一起而不互相串扰的方法有几种,请参看本期频率区分多路无线电通信一文,其他方法另文介绍——编者)。

有方向性的天线,按波长不同式样也不同。图4的天线用于公尺波,把电力馈送到“摺叠偶极”天线的环圈导线上,在这圈导线的前后还有两根导线,一根导线短于半个工作波长,起引导电波的作用;另一根长于半个工作波长,起反射电波作用,结果电波就向受到引导的方向辐射。图5的凹面天线用于公寸波,凹面是一个抛物面的金属网,在抛物面的焦点处有一个半波长的偶极天线,电力就馈送到这偶极天线上,偶极天线辐射出来的电波被抛物面反射就成了向前的辐射角度很窄的电磁波。

当收发天线立在高处,中间隔着水或森林时,到达收信方面的除了直线辐射的电波外,还有地面反射的电波如图6。这种反射波在天线高度选择得适当时,可使到达收信天线的总信号强度加强。不过公寸波和公分波,在反射点同时产生散射,加强的程度不如公尺波大。

天线如果装在很高的杆子和铁塔上,馈线自然要很长,高频电能在馈线晨的消耗就很大。要避免这种损失,有一个巧妙办法,就是把天线直接装在机器的上方,例如在接力站的房顶上,如图7所示,让无线电波向上辐射,杆顶或塔顶装上一面金属板或金属网,便可将向上的电波水平的投射到邻站去。

抛物面天线对公分波并不是最好的辐射器,最好是用一种“透镜型”天线,如图8所示。这是用一种薄的叫做多苯乙烯的高频介质层所制成,层间镶着细的金属线条。电波用一种损失极小的波导管馈送到来,通过透镜型天线时,就使这些金属线条里有了电流,成为一排小天线,它们组成辐射角度极窄的天线排。
无线电接力设备,路数愈多,设备愈经济,外部杂音很小,各路相互串音也可能减到极小程度,比起其他通信方式有它的优越性。而且当有线电路遇有不能跨越的河川时,也可和有线设备结合起来完成通信任务。有线通信的发展和无线电接力电路的发展,应空是相互补充,而不是相互排挤的。
无线电控力设备所遇到的困难就是收信设备里的内部杂音。除了必须用杂音最少的电子管和线路元件外,并要求发信机有足够的电力,使信号强度超过杂音水平。除此以外,发信机的频率要稳,否则收信机为了照顾到它频率的移动,就要预备更宽的可通频带,频带愈宽,内部杂音就愈大。但这样高的频率一般又不便用晶体来控制,因为晶体振荡频率太低,倍频级需要很多,极不方便。实际使用的就是一种无晶体控制而同样稳定的振荡器。苏联的优秀科学家们已经解决了这一系列的问题。(刘藩译自苏联无线电接力通信,本刊编写)