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漫談電波干擾及防治法

No.11   1993 Sep.   p64~69,   by 文伯銓/KM2X



  ……剛買了新機,匆匆忙忙接上電源,架上天線,立即開機,豈知太座、少爺、小姐們 同時猛叫,原來整個屋子裡的金屬物,不論大小都不能碰,一碰便是一個火花!日光燈 自動發光、電視發黑、電腦發白、音響和電話都是我的聲音,嚇得連忙關機大吉……

從齊天大聖鬧天宮說起

  近數月來,紐約一個西人電視台播送我國名著西遊記的連續劇,國語發音附英文字幕, 其中有數集演出孫悟空大鬧天宮。大聖爺到處胡鬧闖禍,將王母娘娘果園內六千年才成 熟一次的蟠桃全部毀掉,諸天兵天將那兒是這猴兒的對手,連托塔天王李靖都打他不過 ,嚇得玉皇大帝躲在桌子下叫苦連天,演得甚為精彩,也看得過癮。這是齊天大聖的傑 作,表過不談,然而我不知有那幾位業餘同好也曾經有過大鬧天空的經驗,且讓我慢慢 道來。

  剛買了新機,匆匆忙忙接上電源,架上天線,一聽有數位老友在空中作圓桌會議 (Round Table) 輪流發話聊天,為恐落後他人,立即開機,參加一份,豈知太座、少爺 、小姐們同時猛叫,原來整個屋子裡的金屬物,不論大小都不能碰,一碰便是一個火花 !日光燈自動發光、電視發黑、電腦發白、音響和電話都是我的聲音,嚇得連忙關機大 吉。過了五分鐘,左鄰右里都來敲門,大興問罪之師,這時我們應該怎麼辦?放棄心愛 的嗜好呢?亦或我行我素做俺的齊天大聖?實在講,這是一個很嚴重的問題。在此,特 集個人及其他老同好的「沉痛」經驗,獻給諸位讀者同好,並期冀能在空中相晤,不為 干擾問題而 QRT。

  提筆至此,令我想起兩件有關 RF 的有趣故事,且讓我道來,以娛樂讀者及同好諸君, 然後再談談 RF 干擾的原因及其治療的方法。

  第一個故事是我表哥老業餘家,現在在漢口的唐明斗教授,老呼號是 XU9MD,最喜歡講 的。話說有一個農夫,將田地的一角租給當地的廣播電台架設天線和鐵塔,自開播之日 起,這位農夫不用收音機也可聽到廣播的全部內容,開始的時候以為佔了便宜,不必買 收音機也可享受電台播出的新聞、平劇等節目,可是日子一久,日以繼夜,無時或休, 蕭何月下追韓信,一直追到他的臥房內!一閉眼剛入睡,大鑼大鼓再繼續上馬加鞭。數 月下來,人比黃花瘦,田也無力耕。在無可奈何之下,告到官府,又無證據。有人說他 有神經病,又有人說他有奇異功能,當代瑰寶。到後來送去醫院檢查以究原由,原來這 位農夫口中鑲有金牙,無巧不成書 ,這金牙形成了一個檢波器 (Detector),作用一如 最簡單的礦石收音機 (Crystal Receiver),將 RF 電波整流 (Rectify) 成聲波,成為 一具貨真價實的「隨身聽」!這個故事完全合乎無線電原理,信不信則由你,一笑!

  第二個故事是筆者親身經歷捉 RF 的真實故事。話說很多年前,筆者任職中國航空公司 當無線電機務員(該公司是當時世界排名第七的大航空公司),無線電部的主管汪省三 和華斌兩位先生派我和另一位業餘老前輩,今在美國賓州的曾宏燕兄,美國呼號 N3FXS ,中國舊呼號 C1HT,一起修理發射機,一間大房間內排滿數十台鉅型落地發射機,我 還記得是美國 WILCOX 廠出品。這些機器是用來保持各航站飛機聯絡業務及導航的。是 時 1946 年,中美航線用麥道 DC-4 四引擎飛機飛越太平洋是件大事,上海站特以一架 一千瓦特 CW 的機器,週率是 13800KHz (近 20 公尺波長),專用來地對空通訊的。 這機器的屏壓高達性命交關的三千伏特,每次打開機門檢修內部機件時,雖然將電源關 掉,並等候數分鐘,讓濾波電容器內儲留約三千伏特高壓電能慢慢地洩放完畢。左手放 在褲袋內,以免一手碰地線,另一手碰高壓。然後右手拿螺絲刀將高壓的正負極再短路 一次,以確定無高壓存在,才敢動手維修。三千伏特高壓,不是開玩笑,一不小心可能 就此一命嗚呼。目前業餘電台用的真空管式強放機 (Linear Amplifier) 有此高壓。寄 語無經驗的同好,請千萬不要去亂摸,生命可貴,安全第一。電晶體式的強放機,電流 很大,也很危險。

  這台 13800KHz 的發射機,一開始聲調便不好,晶體振盪 (Crystal Oscillation) 理應音調清脆,我們都知道這是寄生振盪 (Parasitic Oscillation) 在作祟。所謂寄 生振盪者,是除了本身週率 13800KHz 的主電波外,尚有其他週率的電波,通常在超短 波範圍內,借用機內某一線路巧合的諧振 (Resonancer) 而產生的振盪,所收聽到的是 13800KHz 的主波加上另一寄生的電波,如此一來,其總聲調當然不會好。

  我們曾經花了很多時間,出盡十八般武器去找這寄生振盪的出處,甚至將整台機器拆了 又裝,都告失敗,站在一個機務人員的立場,心裡總不舒服。有一天下午剛好無班機, 宏燕兄突然心血來潮,叫我一起來找這毛病,這次我們不用儀器,只是將機門打開看, 用冷眼旁觀的態度察看研討,再假定這台機器是自己設計的(中航人材濟濟,也自製很 多發射機供各航站應用),其線路、器材、裝配等又應如何。研看多時,認為一切都無 問題,只覺得在緩衝級 (Buffer Stage) 屏極線圈 "L" 通地的旁路電容器 "C" 的位置 離線圈有十公分的距離,意識上覺得遠了一點,這是吹毛求疵的想法,因為所有電路都 合乎學理,並在所有真空管的屏極上都加裝抑制寄生振盪的抑制線圈 (Choke) 及電阻 ,不應有問題。

fig-1

  正當走頭無路時,便起心腸,何不將死馬當活馬醫,將該旁路電容器 "C" 移近線圈 "L" 來試試,如圖(一)裝好後,開機一試,BINGO! (中獎也),妙手回春,馬上見 功,寄生振盪就此消失,CW 的聲調立即清脆悅耳。這是我無線電生涯所遇到最奇怪的 狀況之一。業餘電台在架設時,也會產生寄生振盪,請閱下文。

  閒話表過,言歸正傳,現在談談最常見由發射機產生的干擾及其防治之法。

副波的干擾 Harmonic Interference

  業餘電台 20 米、15 米、10 米波段的副波會干擾電視及調頻 (FM) 電台,茲舉美國電 視台來說明之:

  20 米波長是 14MHz,其第二次副波是 28MHz,第四次是 56MHz,剛好落在第二電視台 的週率範圍 54-60MHz 內,其第五次副波是 70MHz,亦在電視台 66-72MHz 內,第六次 副波在第八台內。

  15 米是 21MHz,它的第三次副波是 63MHz,正在第三台 60-66MHz 內,第四次副波會 影響第六台等。

  10 米是 28MHz,尤其嚴重,因其第二次副波 56MHz 強而有力,正在第二台內,有如一 千瓦特的強放機,其破壞力之強,恐怕孫悟空也望塵莫及。鑒於此,在美國出售的強放 器 (Linear Amplifier),非經特別要求,是不安裝 10 米這一波段的。

  目前市上現成的收發機,差不多都會放射干擾的副波,其治療法是在收發機天線輸出口 加裝一「低週波通過」的濾波器 (Low Pass Filter),這濾波器應裝得越近收發機越好 ,並用最好的同軸輸送纜 (Coaxial Cable),越短越好。有人剪至一、二寸,以減低副 波從纜上漏出的可能。市上出售的「低週濾波器」對 28MHz 以下波長(即業餘波段 160, 80, 40, 20, 15, 10 米)沒有減弱作用,但自 30MHz 起至超短波,此範圍內將 其強度急速減弱 (Sharp Cutoff) 60dB,所謂 60dB 者,在電力 (Power) 而言,是將一 百萬(沒錯,1 字後面 6 個 0 )瓦特減弱至僅一瓦特的比數。筆者手頭沒有國內電視 台週率的資料,假如業餘波段會影響當地的電視,那非要加裝低週濾波器不可,並用自 己的電視機查看究竟,確知無副波干擾,方好 On Air 呼叫。

主波的超荷 Fundamental Frequency Overloading

  這是發射機強力的主波直接衝進電視機內,使其前級的線路超過該級能接受的電能 (Front End Overloading)。是時,電視幕上顯現一片黑色或白色,電視聲源部份也會 被截斷,這情形一如有人在耳邊猛吼一聲,除吼聲外,其他聲音都聽不見。「主波超荷 」不論使用那一業餘波段都會發生,也會影響調頻 (FM) 收音機,發射機輸出功率越大 ,主波超荷情形越嚴重,影響的範圍也越廣。

  「主波超荷」的防治法在技術上不難,只要在電視機天線入口處加裝一個「高週波通得 過」的濾波器 (High Pass Filter) 即可,業餘波段的週率比電視者低,因此無法通過 這濾波器而進入電視機內。話雖如此,在實際施行時,電視機在別人家裡,左鄰右里家 家都得裝,他們願意花這額外錢嗎?會裝嗎?即使你願意送給他們(美國價格每只約十 元),送不勝送,萬一電視機其他部份壞了,他們不怪你怪誰?這是一個知易行難、很 傷腦筋的事,下文再研討。

電台安裝的注意點

  大部份的干擾可歸納於安裝不良所致,本文提供的話點,一如前述,是筆者個人及很多 同好多年累積「沉痛」的成果,這並不保證百分之百免除干擾,但總算將金箍戴在猴兒 頭上:

■接觸要良好

  所有的天地線、輸電纜等的接頭要「緊」及「實」,時間、風雨、溫度都會有可能將接 頭鬆弛,應不時檢查。鬆弛的接頭會因產生火花而產生大量各式古怪波長的電波。有人 曾經追蹤干擾的源由,發現是屋街的下水槽有微小空隙,受電波感應後,發生火花!

  同軸電纜 (Coaxial Cable) 有其輸電纜特性,不能用普通接電線的方法,用電焊、包 膠布等將兩條電纜相接,一定要用 PL-258 母接頭將兩條電纜相連,再在外面包膠布, 漆防水劑。有一次我的電纜被人腰斬,乃用普通方法接上,雖然仍然可用,可是接頭處 的總阻 (Impedance) 不對,並且沒有編織金屬網遮護,結果電波從接頭處漏出而產生 干擾。在都市內或 TV 多的地方,由發射機輸送至天線的輸送線,我建議用同軸電纜, 因為其遮護 (Shielding) 程度比 600Ω平衡的雙條梯形線好得多。

■地線要好

  一座電台一定要有一根通地的地線(有些代用地線如 Radial 及 Counterpoise 是不通 地球的),有了地線,可使機件不麻手,收聽少雜音,增加天線效能,並可避雷擊等。

  裝設地線可用一根粗銅線夾緊在自來水管上,不能接在煤氣管或暖氣管上,請認清,以 免危險。如有後院,可加裝一條入地的地線,以一根二公尺半長的純銅棒或管子,打入 地下,地面上的一端焊接一粗銅線入電台內,為總地線。也有人用舊銅茶壺投入井內作 地線。地線引入電台之後,要將每項機件個別直接接到地線的主幹上,如圖(二)所示 。不要將機件的地線串連起來再接幹線。入電台幹線的另一端不要再接地線,即自來水 管等,讓它懸空可也,理由是假使幹線的兩端都接自來水管,便會形成一個線圈,可能 就此引發寄生振盪。更有些業餘同好,錦上添花,在末級的機件上再加裝一條人工地線 (Radial) 每波段一根,各為 1/4 波段長,一端接機件,另一端懸空不接,可沿牆腳隨 便放置,但其懸空的一端在發射時有 RF 高壓,應妥為安置,這種人工地線可幫助減少 機件麻手、干擾等。

fig-2
圖二註:
1. 此為電台機房內的粗銅總地線或銅管,將諸機體個別直接接上地線,如圖示,不要 將地線串連(即收發機至濾波器至強放機等)。
2. 此端將它蕩空,不要再接自來水管等,以免造成迴路,有產生寄生振盪的可能。
3. 這是輔助地線,每一波段用一根,各 1/4 波長,可隨意放在機房內牆腳邊。其尾端 在發射時有 RF 高壓,應妥藏。圖示此線接在天線調節器的地線接頭上,如該器不用,則 接在強放機上,如無強放機則接在收發機上。
4. 在近天線接頭處將同軸輸送纜繞六圈以防阻輸送纜放射而引起干擾。
5. 此段同心軸 50Ω電纜要短,有人用一寸長接頭。
6. 地線接頭應不時檢查接觸是否良好。

  地線看來好似無關重要,其實它是很重要的一環。電的傳遞是講迴路 (Circuit) 的, 簡單如手電筒,直至發射機,莫不如此,尤其是電波向天空發射出去以後,其回程 (Return Circuit) 當然是借用地球。高週波電波不用導線也能傳遞,但是有地線,可 使阻力減少,傳遞順利。這番理論,恕我無法用科學數學來證明,但有一實例為證:離 我家不遠有一位同好,全套一流設備,500 瓦輸出力,八木天線,是為一令人羨慕的電 台,但是他叫不過我 100 瓦的「赤足大仙」( BareFoot,即無強放機也)和一根垂直 天線。有一天特請我到他家察看,原來他住公寓,根本忘記接地線,毛病就出在這兒。

輸送纜的放射 Feedline Radiation

  同軸輸送纜的構造在先天上便不對稱、不平衡,用此纜線來輸送電能至構造對稱的天線 ,如半波的八木天線,或是輸電至中間的半波天線等,電能在天線的分配上便不對稱。 接電纜編織外層的一邊天線,其電能有一部份會反射回來,從電纜外層再放射出去,引 起干擾。防治之法有二,即在電纜與天線問加裝一只巴林( Balun) 變壓器,使不對稱 的輸電在進入天線時變成對稱。巴林者是「對稱至不對稱」 (BALance - to - UNbalance) 之簡稱也。

  另一法更簡單經濟; 將同軸纜近天線處繞 20 公分直徑六圈,用膠布膠牢掛在天線上, 這便是一只 10 米、15 米、20 米高週扼制線圈 (RF Choke),反射回來的電能通不過 這線圈,40 米及 80 米波段繞十圈。

駐波比數表 SWR Meter

  這是一只很有用的儀表,可以知道天線系統工作的情況,也可以用來協助調整天線的長 度。它正確裝設的位置是它的輸入口接發射機,輸出口接天線。假如有用天線調節器 (Antenna Tuner),則其輸出口接調節器的輸入口,如圖(二)。假如發射的電能全部 由天線發出去,SWR 的指數將是 1:1,假如有 10% 的電能反射回來,其指數約為 1:2 ,20% 為 1:2.5,25% 約為 1:3。一般工作情形在 1:2.5 以下都算正常。不要花太多 時間去爬屋頂或鐵塔以求 1:1,因為影響 SWR 的因素很多,如附近高樓、煙囪等,往 往吃力不討好。如果 SWR 讀數是 1:3 以上,應立即關機器,並查明原由,否則反射回 來的電波會打壞發射機的末級。

  駐波表多連帶「輸出表」 (OUTPUT METER),我在操作時,眼睛不時看看輸出表以知曉 輸出情況。上次輸電纜為人腰斬,即由此察出。「輸出表」和「瓦特表」 (Watt Meter) 或「輸出瓦特表」 (Output Watt Meter) 不同,前者指示大概的輸出比數如何 ,後者指示實際輸出的瓦特數,我給這兩名稱弄糊塗很久,以為是同一東西,特此奉告 諸讀者。

操作時的考慮

  住在都市的同好要享受業餘無線電的樂趣,是要將干擾減至最低程度,電台設備的改進 已如前述," 英明 " 的操作我認為更重要。經過不少折磨之餘,在萬家燈火,左鄰右 里都在看電視的時間,我不敢冒然開機,在必要時也只用 100W 作短暫的通訊,或再將 電力降低,或改用 40 米或 80 米。「嚼破布」式 (Rag Chewing) 的長時間聊天則找 合適的時間和波段。我更不敢用 100 W 強放機,1000W 的電力說起話來固然又響又亮 ,可是它的破壞力也強大非凡,普通家庭的電力系統恐怕要加粗電線才能應付強放機的 耗電量。假使讓我在 600W 強放機與三元件八木天線 (3 Element YAGI Beam Antenna) 之間選其一,我寧願選八木天線,因為兩者的增益 (Gain) 都約為 8dB,強放機則會 像孫悟空一般大鬧天空。

尾語

  上文種種都是筆者多年 On Air 的經驗,特誌之獻給諸業餘同好,多是實用的老生常談 ,請勿以沒有談新科技為陋,幸甚。 END



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