无线话筒系统的操作和设计概念(四)

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分集接收技术

    “分集式接收”是无线系统中最容易被广泛误解的概念之一。这个词源于词根“diverse”,意思是“无关联的”。应用在话筒接收机上时，该术语指使用两个天线来消除由多路径传输中因相位相互抵消（多路径传输空值）所造成的“跑频”现象。
    下面介绍一下多路径传输空值。在这个例子中，来自于发射机的信号经直接路径和反射路径到达接收机的天线。反射信号路径要略长于直接路径，这样它们在接收机天线上混合时，会造成两个信号的相位不一致。产生的弱信号就是我们所说的跑频。

多径跑频

    最常见的跑频类型可能更适合被称作“噪音增强”――接收机音频输出保持打开状态，可以听到短暂的嘶嘶声，滴答声，砰砰声以及其它与音频信号夹杂在一起。如果多路径传输的信号过弱使接收机哑音，也可能发生音频信号的完全丢失的情况。VHF跑频时通常听起来更像瞬间的嗖嗖声或嘶嘶声，有时还夹杂着嗡嗡的声音。由于UHF具有更高的频率和更短波长，其跑频时间上比VHF要短得多，有时听起来更像噗噗声或滴答声。
    由于无线发射机的输出向四周辐射，并在室内各种不同的界面上折射返回，因此多路径传输跑频现象在室内时更为常见。事实上，工作在室内的无线系统会产生大量反射，但由于直接信号最强，系统将继续工作而不收影响。金属是很好的反射体，发射机信号可以从汽车，卡车，拖车，金属建筑物上有效地反射，因此多路径传输跑频现象也会在户外发生。
    当发射机和接收机天线处于一个特殊的相对位置时，失真就会发生。将发射机或接收机移至另一个不同位置后，经常可以降低或消除失真。在房屋周围的其它可移动物体，如人的身体，也会改变反射和直达信号，这或多或少的影响失真的发生。
    在VHF频率上无线电载波信号的波长在5到6.5英尺的范围内。在UHF频率上，波长约为12到20英寸。所以在VHF频率上的 “跑频带”（跑频产生的区域）要比UHF频率上的大，因此为了防止跑频，使用VHF系统时天线要比使用UHF系统时移的更远。这也意味着，在行走测试中，定位和识别VHF系统的跑频带要比UHF系统的容易。
    在分集接收的简单说明中，到达天线A的信号在很大程度上被多路径传输空值给抵消了，留给接收机的只有一小部分信号。在天线B的信号仍旧很强，为接收机提供足够的信号以产生可用的音频信噪比。

分集接收

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注意，图示中把天线B显示为“远程”天线，与同轴电缆连接。两根天线之间的距离至少要保持操作频率的二分之一波长以确保天线接收到无关联的（也就是“分集的”）信号，从而获得分集接收发挥至最佳表现。
    想象一下，如果天线B安装在接收机上会有什么情况发生呢？如果系统是按VHF设计的，很有可能多路径传输空值发生同时发生在两个天线上。那么尝试在接收相同信号的两根天线之间切换的好处是什么呢？两个信号之间的相位差异不存在或者很小，以至于对接收不会有任何影响。当两根天线安装在接收机上时，具有较短波长的UHF频率在天线之间将有足够的宽度空间以获得分集式接收的益处。
    在具有出色灵敏度的高品质接收机上的分集电路可以降低或消除多路径传输跑频，在某些情况下会增加操作范围。接收改进的程度随设计者选择的分集接收方法而变化。
    在接收机设计中选择的分集接收电路的类型需要考虑许多因素，如成本，大小和重量，性能表现和特定应用时每个电路类型的实用性。
    由于市场竞争越来越激烈，成本往往是主要标准。大小和重量在为现场同期录音而设计的接收机中最为重要。性能表现在高端录音室和舞台接收机中是主要关心的焦点。在电影制作的应用设计中，无线系统的价格与一天的制作成本比较起来就显得无足轻重了，因此在这种情况下，音频和射频性能就成为关注的焦点。
    当它们进入接收机以后，接收机如何处理来自两根不同天线的信号就成为区分接收机设计好坏的重要分水岭。除非使用高品质设计的接收机，否则利用分集接收将毫无意义。低灵敏度的分集接收机在使用单天线的地方会时常出现问题，高性能的接收机工作时不会产生噪音或跑频现象。任何类型的 “分集”接收都不会对低性能的接收机的性能提升有太多帮助。事实上，它可能会使情况变得更糟。
    以下就用图示来说明并讨论使用在各种设计中分集接收的不同技术。
    无源分集接收
    这只是简单地在单一接收机上增加额外的天线，放置在二分之一波长或更远的地方。可以使用外置频率合成器和第二根天线很容易地实现。两个结合的天线将会收集更多的射频信号并同时将跑频降至最低限度。
    天线相位切换分集
    该技术的主要优点就是尺寸小，这解释了为什么这种小型接收机被设计应用在现场同期录音上。将两根天线结合来为一个接收机，和其中一根天线输入上加上了相位反转开关。当信号状况变糟时，其中的一个天线相位发生翻转，然后逻辑电路决定切换行为是否改进了信噪比，再决定是否锁住该位置或再一次进行切换和采样。 天线将保持在较佳位置上，信号状况再出现问题时，重复以上操作。
    该方法潜在的逻辑是：
    1.如果任一天线可接收到较强的信号，接收端就没有问题
    2.当两根天线拥有一个同相微弱信号时，信号彼此间相互叠加并产生更强的射频信号
    3.两根天线都有较强的信号，但它们彼此间相位相异，在这种情况下它们之间相位抵制将降低到达接收机的信号强度。当发生上述情况时，接收机将其中一个天线的相位翻转，在绝大多数情况下可以恢复射频信号。
    这种技术的逻辑性就是简单地利用相位差别。在同一时间两根天线都出现多路径传输空值的机会可能很小，但当两根天线都能接收到很好的信号时，信号间的相位差异又会导致相位抵消，跑频现象仍旧可能发生。现实世界的试验表明简单地使用两根天线在避免跑频现象的发生并不能起到实际的改善。
    该方法的存在的问题是:
    1.直到接收机遇到麻烦时才做出反应
    2.变换相位经常会使借乎边缘的问题变得严重。
    3.由于切换电路位于射频信号路径中且只在低射频强度情况下进行切换，所以当切换发生时，将会产生“滴答声”
    这种分集接收技术的一种特殊改进――即使用微处理器控制的被称作“智能分集接收”技术的算法，由Lectrosonics提供，应用在小型接收机上。在接收机中的嵌入的芯片通过分析射频强度和射频强度变化率，控制分集接收信号测控和切换。芯片决定切换和采样的最优时间选择以将失真最小化，并消除可能由切换活动而造成的音频中的噪音。该“智能”算法也与接收机中的智能静默芯片集成整体以进行随机抽取和切换。系统将利用短暂的静默活动进行切换，当静默系统将音频哑音时，通过抽取样本来决定最佳的相位设置。