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短波世界:多重接收的技巧

No.38   1996 Mar.   p100~103,   by 編輯部



    眾所周知,短波有嚴重的衰落現象,在收聽短波廣播時,往往造成聲音的強弱顫動,因此就有前一分鐘還好端端的。下一分鐘卻什麼也聽不見的現象發生。

    雖然這種情況;不容易出現在有極大功率輸出的廣播電台,但卻也是每一位業餘無線電愛好者常有的經驗,因為一般業餘無線電台的輸出功率都在百瓦左右,更容易受到衰落現象的威脅。這種變化莫測,訊號起伏差距極大的情形,在短波的長距離通訊裡頭,也顯得特別嚴重。何以出現衰落現象?主要癥結在於折射短波能力的電離層,其結構往往在短時間內,產生劇烈變化所致。


衰落現象自古已然

    就如同你會想像過的一樣,早期無線電操作員、技術員、及工程師們,無不想盡辦法,企圖為短波通訊上常碰到的衰落現象謀求解決之道。讓我們試著來看看前人對這個問題是怎麼想的,怎麼和衰落現象過招,又有那些因應之道。

    如果發射訊號在到達被接收之前,慘遭衰落現象,就意謂著接收此訊號的收音機,其聲音也會隨著衰落現象的起伏,而有明顯的音量改變。然而事實卻不然,也就是接收機的聲音輸出,比想像中好很多,為什麼?


AGC 的功勞

    首先你必須想到,收音機裡頭有個裝置,叫做自動增益控制 (AGC: Automatic Gain Control,有時也稱為自動音量控制 (AVC: Automatic Volume Control)。近代生產的收音機電子線路裡都有這個功能。

Fig 01
照片 1:接收機上的 AGC。完整的 AGC 功能,應該包括 AGC 的開關,以及選擇反應快慢的時間常數。

    AGC 的作用是:當電台訊號強度加大時,它會把收音機的射頻放大偣數調降下來;相反地,當訊號變弱時,它又會把放大倍數往上調昇。這種功能真是大大的好用,比如選擇就在收聽地附近的電台,因為距離比較近的關係,訊號待別強,可是這個時候收音機的 AGC 功能起了作用,它會把放大倍數降下來,收音機喇叭響出來的聲音,也就不會特別大。相同的道理,當你選擇一個離得很遠的電台收聽時,雖然訊號弱了許多,但是 AGC 的作用會把放大倍數加大,因此也就不會覺得電台的聲音變小了。

    總而言之,AGC 的作用,就是它能保證在調好適當的音量後,並不會因為所收聽的電台訊號強弱,而改變音量的大小。所以說,收音機要是沒有 AGC 功能,使用收音機將會變得極不方便,參看照片 1。詳細的討論,可以參看本刊 32 期 48 頁,BV6ER 陳錫棋先生的 AGC 電路和正確使用方法。


AGC 並非萬靈丹

    上述的 AGC 功能,對收聽短波廣播而言,更是重要。實際上,反射短波的電離層,有如夏日烏雲,詭譎多端,變化莫測。因此短波的訊號受到影響,也就呈現強弱的急遽轉變。在某種程度上,AVC 的功能是可以應付的,但也不是所有場面都撐得過去,像是碰到極為嚴重的衰落現象時,AVC 也只能徒呼枉然,豎白旗投降了。

    但是就這樣走上窮途,進入了末路嗎?那也未必,只是克服的步驟與要領,稍嫌麻煩些。下面就是一些常用的技巧。


多重接收及其特性

    針對解決超強的衰落現象,在黔驢技窮之下,出現「多重接收」 (Diversity Reception) 的技巧。所謂多重接收,簡單的說明,就是透過二個或更多的路徑來接收。

    短波的衰落現象,是因為不穩定的電離層折射所造成的,所以針對固定接收點及其附近的幾個地方,在同一時間內,可能有不同桯度的衰落現象,也就是說,有可能發生下列情況:你家屋頂上的天線處有頗為嚴重的衰落,幾乎使你聽不到電台節目,但是你隔壁家的屋頂上,郤可能拾取到極強的訊號。針對這個可能發生的情形,下面就是解決衰落現象的途徑之一。


空間性的多重接收

    如果你發現到自己家屋頂的天線處有衰落,而把天線切換到隔壁家屋頂上的天線,那麼你就可以得到較強的訊號,不致於聽不到節目。或者是,假如你有二部收音機,分別接用自家與鄰居屋頂上的天線,你當場就可以比較出衰落現象的程度差異。利用這種技巧,你就可以比正常使用一根天線接收時,得到更清晰的廣播聲音。

    上面所描述的,利用二根相距一段距離的天線,然後根據訊號的強弱來切換並選用天線,這就稱為「空間性多重接收」 (Space Diversity Reception),如果有足夠大的空間 (正式的空間性多重接收,理應相距數個波長以上,但是在此只為試驗用,只要安排儘可能相距遠一點即可),要試試這種技巧,可以裝上一個手動的天線選擇切換器,當一發現訊號有衰落現象時,馬上切換到另一組天線,看看訊號強度有多大的差別。

    在實際應用的「空間性多重接收」系統,天線的切換是由電子偵測線路做自動控制,但是為了實際體驗這種技巧,手動切換天線,也可以達到示範性的效果。

    針對空間性多重接收技巧而言,兩天線相距越遠,效果越好;有人主張,即使在一個波長內也行;但有些人郤堅持,應該相距數個波長較為妥當。可是無論如何,公婆自有其道理及觀點,在這裡不必非得爭個水落石出才行,假如你自己想嘗試空間性多重接收技巧的效果如何,那麼就在你自己的能力範圍內,把二根天線儘量遠離就是了。如果你的空間受到限制,無法嘗試空間性多重接收的效果,也不必氣餒,下面還有一些方式可以考慮。


極化性多重接收

Fig 02
照片 2:竹竿上的垂直天線以及水平籠狀偶極天線,可以做極化性多重接收。

    垂直極化的電波,就應該用垂直天線接收;水平極化的電波也應該使用水平天線來接收;如果反了,拾取的訊號會遠低於該有的訊號強度。同樣情形,短波訊號的衰落現象,也有可能起因於極性的改變。

    照理講,發射電台使用水平極化天線發射出來電波,用水平天線接收,應該是沒有問題的,可是關鍵就在於短波這東西,從發射天線到接收天線之間,通常還經過電離層折射,而折射的過程,有可能把原來的電波極化改變掉,所以你可以選用不同極化的兩根天線來達到極化多重接收 (Polarization Diversity) 的效果。

    假如能架設兩組相同波段的水平及垂直極化天線,利用外加的天線選擇器,在這兩組天線之間作切換選擇,必定可以體會到極化性多重接收技巧的好處。參看照片 2 是架在竹竿上的垂直天線以及水平籠狀的偶極天線,可做極性多重接收。


頻率性多重接收

Fig 03
照片 3:現代生產的收音機,都有記憶選台裝置,更方便做頻率性多重接收的嘗試。
Fig 04
照片 4:有了兩部接收機就可以嘗試頻率性多重接收。
Fig 05
照片 5:以兩部手提式的接收機在室外進行頻率性多重接收實驗。

    所有多重接收技巧中,最方便且簡易的方式,應屬此種「頻率性多重接收」 (Frequency Diversity,),即使在只有一根天線、一部收音機的情形下,仍能應用。因為大多數的短波廣播電台,都同時使用二個以上,有時甚至多達十個以上的不同頻率,同時廣播同一節目,加以現代生產的收音機,都有記憶選台裝置,更方便做頻率性多重接收的嘗試,參看照片 3。

    事實上,最近在市場上出現的小型短波收音機,就有「頻率性多重接收」的功能:它提供一個可容納五組頻率的記憶庫,你只要把同一電台同一節目所使用的頻率輸入,收音機本身就能自動從你存入的這些頻率當中選擇最清晰的頻率供你收聽。這個原理,類似最近調頻電台使用的 RDS 系統。

    如果你有興趣,可以利用下列幾種方式來做頻率性多重接收的嘗試:有二部收音機,你可以把二台收音機調在同一電台,同一節目,但不同頻率上,例如某電台同時分別使用 19 公尺及 25 公尺波段廣播,一部收音機調在 19 公尺上頭的頻率,另一部收音機調在 25 公尺的頻率上,那麼這二個頻率同時出現衰落現象的機會,可以說是微乎其微,不太可能發生,參看照片 4,因此可以利用此種方式得到多重接收的好處。

    這種頻率性多重接收雖然不盡理想,因為當其中任何一部收音機有衰落現象的訊號發生時,必定會伴隨著極大的噪音,但是透過這種簡單的安排,仍不失為熟悉頻率性多重接收技巧的良策,參看照片 5。

    當然,你甚至可以只用一部收音機,只是效果或多或少有些折扣;但是如果你採用擁有記憶頻道功能的按鍵式收音機,則會方便很多,例如你分別把這同一廣播的幾個頻率分別存入記憶頻道內,到時候只要按一個鍵,就能夠快速變更頻率,彼此做比較,極為方便。


結論

    商業用的多重接收系統截至目前為止,並沒有任何廣告或類似商品目錄,但是應用在業務領域的則不少,可惜這些設備除了價格昂貴外,還必須要有足夠的空間,才能架設,不過,從目前新型的一般家用短波收音機已經包含有「頻率多重接收」的初步功能來看,這除了說明衰落現象對短波廣播或通訊之影響依然如故外,也可以看出這種對付因衰落現象所引起的種種副作用,透過日新月異的科技,正逐步改善,只是,這種長久以來被視為頭痛的衰落現象,恐怕也非一朝一夕所能完全擺脫得了

    所謂山不轉,路轉;路不轉,人轉。看來對於因衰落現象所產生的種種不方便,只得逆來順受,自求多福了。也就是說,除了應用上述的一些技巧來盡人事之外,其餘就只能聽天由命了。 END



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