UHF 同頻轉發篇------梁柏年 VR2YIZ

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本文原刊載於 中無通訊 2016年4月號。

       香港的數字電視訊號是採用COFDM, (正交頻分復用), 一般來說地面數字電視訊號, 在克服重影及雪花(雜訊)等影響方面, 確比現時使用的模擬電視訊號要優越得多. 但是以電視台發射的地面電波, 如果傳播中途遇有高大建築物, 高架公路等. 遮擋或地鉄, 隧道屏蔽時, 電波會被減弱甚至形成電波盲區. 由於這一電詖受遮擋的區域被稱為電波的空隙(GAP), 於是經過轉播的手段消除電波空隙的設傋則稱為填隙器(GAP FILLER).  在模擬電視中, 遇到受遮擋的區域, 就要使用差轉機了, 所謂差轉機的全稱，叫做差頻轉發機，就是將接收到的訊號頻譜整體搬移到另外一個頻段，放大發射。在差轉機中由於接收和發射的頻率不同，接收和發射天線之間沒有什麼關係，因此，實現起來很容易。
　　同頻轉發則沒有這麼簡單，有下面三個問題需要解決。
　　一．收發天線的隔離問題
　　需要轉發的肯定是比較微弱的訊號，否則也不必轉發了；這個訊號肯定要放大到一定的強度，否則沒有一定的發射能力， 轉發意義何在？同頻轉發圖解如下。　
　


　　上面便是一個最簡單的同頻轉發示意圖。但是，這樣一個系統卻不一定能夠工作，原因是發射天線輸出的訊號有可能被接收天線接收到，輕則形成同頻干擾，重則形成大環路自激。這裡所說的大環路自激即系統中所有的環節都參與的自激，是發射技術領域最嚴重的自激現象之一，由於在射頻技術領域這個問題備受重視，所以倒也很少出現。我們都知道自激振盪器起振的三大要素之一是放大器的增益要大於１，解決大環路自激的根本在於收發天線的隔離度必須大於放大器的增益。
　　放大器的增益是不能降低的，否則發射效果達不到預期的目的，只能在收發天線的安裝位置和天線的結構形式上打主意。

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二．系統的局部自激問題
　　先來看看系統的增益平衡。比如我們需要轉發的訊號用天線接收下來有４0ｄＢμＶ，想要具有一定的發射能力恐怕怎麼著也得有１００ｍＷ吧？約１２７ｄＢμＶ，也就是說需要一個增益為８7ｄＢ的放大器，若是考慮到收發天線之間需要有較大的距離，電纜會有可觀的損耗，需要更多的增益來補償，這様一個放大器製作起來是很困難的，就算是能夠做出來,你也沒法用，因為放大器的輸出和輸入端都需要電纜連接，電纜的洩漏足以使系統自激。解決的方法是如下圖那様化整為零。


　

　　像圖中那樣用多個放大器來實現系統所需要的總增益，這個問題就解決了，增益為４０－５０ｄＢ以下的放大器是可以做出來的，若是增益選低些，系統工作將會更穩定。

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三．系統的帶外抑制問題
　　如今ＵＨＦ頻段的的頻率資源非常緊張，空間瀰漫着大量各種各様的無線電訊號，可以肯定，你所要轉發的訊號不是最強的，否則很可能你就不必轉發了。接收天線幾乎沒有什麼選頻能力，肯定會將大量的你所不需要的強訊號同時送入放大器，麻煩就來了：未等你對所需信號進行放大，放大器早就被強信號堵塞了。解決的辦法是在接收天線和放大電路之間插入選頻電路，只對選定的頻道進行放大，起碼也得保證送入放大器的訊號中所需訊號最強，怎麼著也得高出十幾分貝才好。
　　整個系統對帶外的抑制由靠近接收天線的小訊號放大器保證，這個放大器的主要作用是穫得高載噪比的乾淨訊號。在ＵＨＦ頻段低雜訊管子很容易獲取，只要做好輸入匹配，就是一個不錯的低雜訊放大器，兩級放大，３０ｄＢ左右，輸入端插入一個螺旋濾波器，很容易滿足上面的選頻要求，如下圖所示。


　整個同頻轉發系統用三個放大器比較理想，三個放大器的作用分別是：
　　低噪放，如上面所述。
　　增益級，增益３０－５０ｄＢ連續可調，具有一定的輸出能力，以便推動功放。
　　功放級，增益不宜超過３０ｄＢ，用於獲取儘可能大的射頻功率。
測試篇
　　第一步，小訊號放大器及螺旋濾波器都選購成品，在這裡濾波器的帶外抑制指標不重要，因為螺旋濾波器的這一指標很容易保證，關鍵是要選用插損小的，這裡採用４腔，實測插損小於１分貝。小訊號放大器及濾波器見下圖。


圖中的低雜訊單頻道放大器和寬頻放大器。

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帶外抑制大於３５ｄＢ，增益２９ｄＢ，輸出１００ｄＢμＶ時，訊號質量指標尚可，其實這裡有８５ｄＢμＶ就足夠了。　
　　第二步，連接接收天線和小訊號放大器。本例選一個31頻道信號，用小增益的八木天線接,收到的訊號強度為４0ｄＢμＶ。
       第三步，連接中電平寬頻放大器，如下圖所示。　


　　寬頻放大器的增益可調，具有２０ｄＢ的調整量，連接時將可變衰減器逆時針方向旋到底，使放大器增益最小。通電以後，一邊看著附近的電視機畫面質量指數才調大，調試即告結束。其實，這一步與常規的電視發射機輸出調整沒有區別，即為了使輸出最大，充分利用發射管的輸出能力而已。至於發射效果，肯定比普通的同功率小型電視發射機要好，因為正規電視台的調製特性更接近標凖。
　　　
　　第四步，在放大器的輸出端連接一個功率倍增模組提升到一瓦水平，發射正常。動手試驗之前預料有可能出現的各種難題，尤其是同頻干擾問題並沒有出現，原因可能是接收天線所選的安裝位置比較合理, 在寓所的窗內，使得整個轉發實驗與常規的電視發射一様簡單。
　功率倍增模組的輸出端連接一個簡單的八木作發射天線及使用垂直極化，到２－３公里處訊號的強度基本沒有分別。
　

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以下是使用的天線及放大器的一些圖片:

放大器。


功率倍增模組。


八木天線水平極化。


  垂直極化。