业余无线电中继台的应用 [复制链接]

业余无线电中继台的应用

        来源：《专业无线通信》 作者：不详 发表时间：2005-12-16
                      （注：本文在转载时略有删改！）

把自己的电波播洒到更远的朋友心中，是业余无线电爱好者永恒的追求。然而受电波传播特性以及种种条件限制，这个目标有时是遥远的。
在无线电发明的早期，人们还没有发现短波信号的远距离传播特性，而中、长波无线电的地波通信因为大地吸收损耗，距离有限。早期的业余无线电爱好者就通过人工中转的办法来扩大通信的范围。美国业余无线电协会至今还使用着当时留下来的名称“american radio relay league（业余无线电中继协会）”就是这一段历史的见证。
上世纪30年代以后，hf频段（短波）通信红极一时。hf低段被用作近距离通信，hf中高段被用作远距离通信。此后的一段时间中，hf频段dx成为业余无线电爱好者的热点，“中转”渐渐被冷落。
后来随着射频器件的改进，vhf、uhf频段的设备变得普及起来，频率越高天线就越小巧，人们觉得这些频段用于近距离通信比hf方便得多。然而较高频率信号的传播距离大致只在视距范围，直接开通远距离通信的机会很少、甚至没有。为了延伸通信距离， vhf/uhf中继台逐渐林立。到了上世纪70-80年代，西方国家人口比较稠密的地区基本都被业余无线电中继台所覆盖。
我国最早的业余中继台建设于1987年，当时美国波音公司职工业余无线电俱乐部向中国电子学会赠送了一部中继台，架设在中国无线电运动协会总部电台by1pk楼顶。获准进行经国际长途电话与覆盖美国整个西部的“常青业余中继网”相连的试验之后，使八达岭长城上的手持对讲机by1pk/1与美国近两千部vhf业余电台进行了语音联络。
近年来，我国各地业余无线电爱好者相继建立了不少业余中继台，相信今后我国的业余中继台网络将会逐步发展完善。
下面介绍一些vhf/uhf业余中继台方面的常识。
一、“共享”是业余中继台的基本性质：
有爱好者说：“我们想设置一个业余中继台，供我们俱乐部自己使用”。这种想法是不正确的。
包括中继台频率在内的业余无线电频率是所有业余无线电爱好者获准共享的国家资源，占用这个资源的业余中继台也必然会被所有业余无线电爱好者所共享。无论谁出力设置、维护，一旦设台，就必须为覆盖区域内的所有业余无线电爱好者提供服务。
二、用业余中继台先要做规矩人：
有关法规和业余无线电界公认的关于业余电台的操作规则，全部适用于中继台的使用操作，不再一一重复列举。业余中继台是所有业余电台的共享天地，就更要讲究公共秩序和道德。在中继通信中不按规定主动报出自己的法定呼号、语言和态度不文明的电台，就和在公共场所赤膊和随地吐痰者一样，是很掉身价的低素质行为。
三、规范通联：
有些人经常使用中继台，自认为彼此互相熟悉声音，经常忘记按照规定在联络始末自报呼号，不但违规违纪，也是一种无视频率上的其他守听友台、不尊重他人的台风。如果用外号或者其他代号、号码代替呼号，则属于私造呼号行为，是无视国家管理机构指配的电台呼号的行为，表现出一种藐视法规的傲慢态度。
四、妥善处理遇到的各种问题：
遇到一些新手或者法盲的干扰，应懂得如何妥善处理。如果按奈不住冲动、在电台上严词教训，效果往往会适得其反。被教训者感到面子受损，偏要争个痛快，你来我往，矛盾升级，不免搞得乌烟瘴气。其实遇到别人轻微违章的最好解决办法是在空中冷处理，再通过电话、qq、互联网等其它途径对当事者加以善意劝告；或者当时就通过与其他友台的正常联络使当事者感觉到自己行为不妥，或者没有意思。
总之，所有的业余无线电爱好者都要对业余中继台精心呵护，维护共同的利益。如果发现确实有个别蓄意干扰者，可以通过协作监听和技术测定，根据场强、方向、语音特征等找出干扰源，报告当地无线电管理机构，并提供所积累的录音等证据，以便通过执法，清除干扰。
五、好钢要用在刀刃上：
业余无线电爱好者在从无线电技术中寻找乐趣的同时，努力贡献于社会，并取得社会的支持，是全世界业余无线电界的共同准则。业余中继台每时每刻都应成为救灾应急通信的良好后备通道。
业余中继台是当地所有业余无线电爱好者的公共资源，每一个人必须节约使用。通信内容要尽量筛选，通信语言要尽量简洁，把时间留给其他人，并保证中继台有足够的空闲间隙，使遇到困难而需要求援的业余电台能及时使用中继频率。
不少业余电台操作员平时经常守听当地中继频率，只在需要和其他友台联络时，才到中继台上叫通一下，然后尽量立即qsy到其它频点。万一其它频率直接联通有困难，只能再回到中继频率时，也是短话短说，三言两语，很快就互道73。这样的业余电台表现出很高的素养。
但也有少数新手，一上中继就热血灌顶，生怕中继台有停顿的间隙，占着信道天南地北扯个没完，这种主唱独脚戏的自我感觉还特别良好。其实这样不但会影响他人使用中继频率，无聊的通信也会赶走很多经常守听的台友，从而降低业余中继台网的应急后备能力。
六、避免重复设置：
一般电台因为天线高度限制，信号所及范围有限，因此一个频率可供不同地点的多对电台复用而互不干扰。而中继台覆盖范围大，所用的频率一般不能再复用。而且中继台常常是当地业余电台的守听公用信道，无论是应急通信还是一般求助，都可以方便地通过这个公用信道实现
为了提高频率的利用率、保持中继台在相应地区的中心信道作用、便利业余电台守听和发现重要信号，中继台的设置应遵循避免过多过乱的原则。我国无线电管理部门设定了同一覆盖区域内只能在一个业余频段设置一套中继台的原则。

业余中继频率
选用vhf/uhf频率时，要符合《业余电台操作证书等级标准》附件中的推荐表。这是因为每一业余频段中有些通信是不能兼容的，没有一定的约定就会造成互相干扰。例如如果业余中继台错用了业余卫星可能使用的频率，就会在卫星通过上空时破坏卫星的正常工作。
另外，国际上对业余中继台的上行（使用者到中继台）和下行（中继台到使用者）频率的差也有不成文的约定，144mhz频段为600khz，430mhz频段为5mhz，设置业余中继台时必须遵守。
在选择业余中继台频率时，应该通过一定时间的监听，确定所选频率没有经常性的干扰。当离业余中继台很近的地方还有其他业务发射台时，还需要进行互调计算，避开可能产生三阶互调的频率。
业余中继台的规划协调
业余中继台的设置最好做到全国统一规划。这是因为随着业余中继台的不断发展，各中继台覆盖区边缘互相重叠的机会越来越多。为了做到既使用方便又互不干扰，频率的选用和台址的选择需要科学安排。如果早期只图痛快，将来就可能发生互相冲突。但目前我国业余电台基包括频率指配本还是属地管理，全国统一规划还有困难，这样就要求业余无线电爱好者自己在设台以前做好对周边地区情况的周密调查和协调。但相信随着业余电台跨省市区移动操作问题的日益突出以及业余无线电管理体系的不断改善，业余电台的全国统一管理和中继台统一规划问题迟早会提上日程。
管理是健康生存的灵魂
业余中继台供所有业余无线电爱好者使用，一旦建立，设台者自始至终会面对如何管理和控制的问题。我国无线电管理部门规定，业余无线电中继台应由合法业余无线电组织申请设置，必须有完善的管理制度和负责的管理人员，并且必须具备当中继台一旦对其他通信业务或者日常生活产生有害干扰时能及时遥控关闭的措施。
业余中继台的选址
设置业余中继台之前，首先要计划预期的覆盖范围。对于vhf以上各频段，电波基本是视距直线传播，覆盖区域基本由中继台天线的高度以及该区域高大建筑的高度和密度决定。一些关于移动通信系统的书籍介绍了各种计算方法，可以作为参考。
为了保证均匀覆盖，最好将台址选在预期覆盖区几何中心附近的制高点（使用全向天线），或者选择在预期覆盖区外但又邻近覆盖区的制高点（使用指向性天线）。
当预期覆盖范围比较大时，如果有条件的话，尽量不要把台址选在预期覆盖区中但又显著偏离中心的地方，因为这样做很难用控制天线方向性的办法来充分利用发射功率。
如果所选的地点离开预期的覆盖区比较远，虽然有时看起来这个地点有一定的相对高度，但是从覆盖区中心1.5米高度到这个地点的仰角由于距离较远而变得很低，这时就需要慎重权衡，以免台址的高度优势不足以抵偿长距离对上行信号的衰减，也要考虑到偏远台址可能给日常管理带来的困难。
基本确定台址后，最好请当地无线电监测部门协助测试一下电磁环境，如果拟定的台址在预定的上行频率上有不可能排除的固定干扰，就要考虑改选频率或者另换台址。最好还要在拟定台址进行一次覆盖效果的实际估测，即把手持对讲机（或者接收天线）放在在准备安装中继台收信天线的地方，收听预期覆盖区内各点的手持对讲机信号的情况。
如果业余中继台附近有其他业务的大功率发射天线，强大的干扰可能对业余中继台接收机产生抑制作用，使其灵敏度大大降低，或者使中继台的接受载波监测电路被误开启。如果由于某种原因（例如唯一可能获得的好地势）而不舍得放弃这样的台址，那么可以采用在此台址仅设置业余中继台发射机，而将业余中继台接收机移到其他一个（或多个）地方，利用额外的小功率发射机（例如另一频段的手持对讲机/发射部分）和接收机（另一频段的手持对讲机/接收部分）和两个定向天线构成一条专用链路，将接收点接收到的音频信号通过链路传送到发射台址加以发射。当然，这样的链路所用的电台也应和中继台本身一起办理设台手续。
业余中继收发信设备
业余中继台的通信机设备实际上由一台接收机和一台发射机组成，接收机的音频输出送到发射机的音频输入，接收机的载波启动中继cor（carrier operated relay）（一般由静噪电路sql squelch取得）控制发射机的按键发射ptt（push-to-talk）。从一般收信和发信性能指标上讲，并没有特别的要求。
但是中继台一般无人值守，任何故障处理起来都比较麻烦。为减少长电缆带来的损耗，有时中继台设备不得不安装在楼顶、塔杆上，即使有铁箱等保护，也难免受到长期日晒高温、冰冻严寒及雨雪水气的煎熬侵蚀，加上可能会遇到少数新手只顾痛快淋漓而使中继台经常处于连续发射状态，因此中继台的耐用度比一般业余电台重要得多。
有些爱好者在设置业余中继台时总想使用尽量大的发射功率。其实一般情况下25-30瓦的发射功率就足以胜任，一些面积较小的市镇5瓦就能解决问题。这是因为中继台工作质量首先要靠稳定接收到使用者发来的上行信号保证，而一般使用者无论用车载台或者手持对讲机，其天线效率和发射环境等因素决定了上行信号不会比下行信号好，所以盲目加大中继台发射功率并不能改善整体通信质量。而发射功率越大，故障概率也可能越大。
有条件时，尽量选用名牌厂商专门为中继台生产的设备，以求较好的可靠性。中继台功能简单、技术成熟，不同具体牌号彼此之间在实际效果方面的差别应该不是很悬殊。
没有条件使用专门的中继设备时，也可以利用闲置电台的收信部分和发信部分的音频信号和sql-ptt控制信号通过适当的衰减和电平转换接口对接起来代替使用，效果也是可以的。只要工作频率、接收灵敏度、静噪开启灵敏度、发射杂散辐射等指标适当，上世纪80年代以前流行的石英晶体直接控频的老式电台反而是不错的选择，它们没有现代设备的频率合成以及诸多功能选择的复杂电路，可能发生故障的部位较少，本振相位噪声低，也不会发生电源干扰等偶然因素导致单片机走错程序等问题。
业余中继台的天线
和其他业余电台一样，业余中继台天线对于系统的通信质量很重要。由于vhf/uhff频段通信一般采用垂直极化电波，业余中继台一般采用垂直天线。除了选用高增益天线、低损耗射频电缆、保证天线-电缆-收发信机之间的阻抗匹配等业余电台的通用问题外，业余中继台接收、发射天之间的隔离度是一个重要问题。
业余中继台一般上行、下行频率不同。但由于itu频率划分的业余频段的带宽限制，业余中继系统上下行频率相差很近。144mhz的标准频差600khz仅占标称频率的0.4%左右，430mhz频段的5mhz标准频差则为1.1%左右。在这样近的频率间隔上，中继台发射信号的一小部分会因为发射相位噪声、接收选择性等因素被接收机所接收，构成发射和接收之间的正反馈环。当中继接收机收到使用者发来的信号或者干扰信号后，载波启动中继动作，使中继台发射机工作，而中继发射机反馈回来的信号被接收机所收到，这时即使原有信号消失，中继接收机仍然被自己发射的信号维持在工作状态，中继台陷入常发射状态而不能自拔。这时通常的处理办法只能是调高接收机的载波检测（静噪控制）门槛，使发射机泄漏反馈过来的信号不足以打开中继台。但这样做的结果是同时降低了对有用信号的静噪开启灵敏度，一些弱信号将无法打开中继台。
上述中继台发射和接收之间的反馈是通过天线系统发生的。
为了简化天线的架设，或者为了充分利用天线平台的高度或者面积，中继台可以采用收信发信共用一副天线的办法。为了防止发射能量进入接收机，必须在发射机、接收机和天线馈线之间加入通常称为“双工器（duplexer）”的专用隔离设备，例如空腔滤波器组或者环形器等。国外一些厂商有专门用于业余中继台的空腔滤波器（cavity filter）。一些供其他业务使用的商品双工器并不一定适合于业余中继台，因为其他业务的上下行频率间隔一般比业余业务大，隔离指标比较低。
空腔滤波器的品质因数q值可高达5000，频率特性十分尖锐，但也比较昂贵。发射机的输出先通过中心频率为上行频率的带阻滤波器和中心频率为下行频率的带通滤波器，深度滤除发射信号频谱主线两侧、尤其是上行频率点上的噪音边带能量，再送到天线。天线则先经过中心频率为下行频率的带阻滤波器和中心频率为上行频率的带通滤波器，深度滤除上行信号以外、尤其是下行频率点上的各种干扰信号，再送到接收机。定购这种滤波器时，需要指定上下行频率，以便出厂时预先调好。如果没有昂贵设备的帮助，自己很难调整到预定参数。
如果没有条件取得高质量的双工器，就只能采用收信、发信使用两副独立天线的办法。为了防止中继台自己发射的信号过多地窜入接收天线，同塔杆架设的中继台收发天线应处于同一垂直轴线上，当高度有富裕时，两者间隔越远越好，至少也要在3-5米以上。一般上行信号质量是整个系统质量的关键，因此可以把接收天线安装在较高处，发射天线安装在较低处。
如果这样做的隔离度仍然不很理想，出现一旦启动发射后不能自行停止的现象，那还可以考虑异地架设收发信天线的办法，即将中继台发射机和发射天线架设在一个地方，中继台接收机和接收天线架设在100米以外或者更远的另一个地方，收发信机之间用有线和其他方法把音频信号和控制信号连接起来。
至于天线的具体型式，可以根据具体情况选用。当覆盖面积不大、地形平坦、高大建筑物稀疏、中继台天线高度超群时，1/4波长地网天线也是可以很好工作的。如果感到条件比较临界，那就要选用增益比较高的天线。
高增益垂直天线经常采用同轴相控阵（co-linear phased array），即将若干天线上下排列在同一垂直轴线上，以一定方式馈电以保证天线电流总是以同样的相位流过它们，因此它们形成的电磁波在水平方向总是同相位的，在传向远方时总是互相叠加。
垂直同轴相控天线阵有不同的结构和调整相位的形式。
比较简单的是带有相位调整段的gp，自制比较简单，但由于机械工艺限制，一般节数较少，增益受到限制。
我国业余中继台天线常用另一种由同轴电缆段构成的相控天线，俗称玻璃钢天线。玻璃钢防护套管中装有4-12节1/2波长同轴电缆段，相邻段的芯线和屏蔽层交叉连接，形成同相发射的天线阵。低端有50欧低阻抗至高阻抗的匹配段，并根据具体结构可能配有辐射状地网（ground plane）或对极体（counterpoise）；顶端芯线和屏蔽层经高阻抗至低阻抗匹配段相接。这种天线增益一般比较高，安装方便，抗恶劣气候性能较好。该天线本身水平方向无方向性，但如安装在金属塔杆的一侧，要考虑因塔杆阻挡而产生的阴影区影响。
国外业余中继台经常使用的另一种相控天线阵是由4-12个垂直排列的垂直振子固定在主杆上，一般使用1/2波长折合振子天线阵。根据振子分布在主杆的一侧、两对侧或四侧，可以控制水平指向性，以适应预期覆盖区的形状。改变指向的同时，发射能量的分布随之改变，当然也就改变了增益。当台址处于覆盖区一侧外、覆盖区又比较大时，这种天线更容易合理利用信号能量。
当中继台离开覆盖区一定距离时，也可以采用八木天线等强指向天线，减少对非预期覆盖区的干扰，同时弥补距离造成的信号衰减。
中继台的成本
有些业余无线电爱好者在筹划设置业余中继台时没有考虑到中继台运行和维护可能会花费的成本。其实，设台时就要做好为大家做后续贡献的思想准备。当然如果当地业余无线电爱好者协商同意、以自愿赞助方式分摊承担实际费用，是一种合理的解决办法。但是不能拿筹款和使用挂钩，也不能强行摊派，否则会构成了一种通信服务买卖关系，违反了业余无线电通信不得用于商业赢利的基本原则。
中继台通信的信号报告
经过业余中继台网进行语音通信时，如何给对方以信号报告？
信号可辨度固然不难评定，但是信号强度却通常失去准确含义。这是因为只要对方友台信号能够启动中继台，你的收信机s表所显示的信号强度就是中继台发射机发到你那里的下行信号强度，只决定于中继台发射功率以及中继台与你之间的包括天线和环境在内的信道总衰减，而和友台本身的信号强度无关。也就是说，光凭你收信机的s表指示是无法判断友台本身的信号强度的。虽然如果友台到中继台的上行信号比较弱，不足以使中继台fm接收机的限幅级切除混入的噪音时，你可以从噪音的情况判断出信号比较弱，但还是没有准确划出强度等级的根据。听到个别爱好者报告“您的信号59，加30％背景噪音”，则更是一种主观定量，没有度量依据。如果友台到中继台的上行信号不是很弱，中继台接收机的限幅电路会切除上行传播途中的噪音，则转发以后更难判断原来上行信号的强度。再者，fm通信与cw和ssb不同，最后听到的语音信号强度并不取决于接收到的射频信号强度，而是取决于fm信号本来的调制度。即使射频信号很强，但是如果调制度很小，最后听到的音频信号幅度也会很小。
所以，与cw和ssb通行相比，fm中继台通信的信号报告含义比较模糊。

业余中继通信天地广阔
不要以为业余中继台只能用来做fm通话。其实业余中继通信的天地是很宽广的。二、三十年以前，10米还是业余电台近距离移动通信的重要波段，当时就有一些10米波段的业余中继台，帮助本地移动业余电台与dx电台联络。由于带宽的限制和收发信隔离的困难，一些中继台采用存贮-转发的办法，先接收使用者的一段信号并存贮起来，然后再发射出去。这样收发只需要一个频点，而收发之间需要等待一段时间。
我们现有的vhf/uhf业余中继台不光是聊天工具。慢扫描电视sstv以及rtty、packet、psk31等众多的业余数字通信方式都是先将信号调制到音频副载波上，再以其他射频调制形式发射的，因此这些信号都可以通过一般的fm业余中继台加以传输。在互联网兴起之前，国外很多业余电台通过vhf中继台组成packet网络，本地的packet业余电台可以通过144mhz中继台把数字信息传送到可以跨转到hf packet bbs站的网关站，再通过hf packet网进行国际数字通信。直到现在，欧美很多数字中继网络还在工作，支撑着dx cluster等信息共享网。近年来的业余aprs（自动位置报告系统automatic position reporting system）也是靠业余vhf中继网把各地业余电台的位置信息汇总到全球性数据库的。
业余通信卫星转发器（transp-onder）实际上是位置更高、覆盖面积更大的中继台。利用卫星中继台，我国一些地方的业余电台成功地利用144/430mhz手持对讲机通过低轨卫星与日、韩、俄等国外业余电台做了qso，当然也有用更好的设备、通过更高的卫星与更远的国外业余电台联络的。
随着互联网的普及以及个人电脑声卡应用的开发，将本地中继台通过互联网与远处的中继台连接的echo link等实验也在前几年多起来。这种有无线结合的中继方案可以在自然灾害的应急通信中发挥特殊的重要作用。例如去年印度洋海啸发生后，泰国普吉地区的公共移动通信中断，幸亏一部echo link业余中继台还能与外界联系，把现场144mhz对讲机和曼谷沟通起来，很多泰国业余无线电爱好者和媒体通过互联网与现场保持联系。当然，无线和有线的转驳属于第三方转信范畴，按照itu制定的国际无线电规则，只能在救灾应急通信时才能在国际上具有合法使用的基础。
近年来，一些国外业余无线电组织正在努力面向未来的业余无线电技术。日本正在建设名为d-star的业余无线电多媒体通信系统，目前业余数字中继台网已经覆盖东京以及关东、东海、关西等地区十多个城市。业余电台的便携或车载64-128 kbps数字终端或8 kbps数字化语音设备可以经过1200mhz本地数字中继台进行通信，或者再通过10 mbps的10ghz中继干线联接到其他城市的中继台网里的业余电台。数字系统不但能容纳更大的信息流量，而且信号经过数字中继台多次中转后质量不会降低。
    相信在我国新老业余无线电爱好者的共同和不懈的努力下，我国业余无线电中继通信的水平将会出现崭新的面貌。

不错的。学习一下。

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不错的。学习