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無線話筒系統的操作和設計概念

解讀無線話筒的指標的意義
來源:鼎潤通 更新日期:2008-06-06 作者:佚名
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 -------解讀無線話筒的指標的意義

    任何產品的規格說明總是受到產品所售市場中所流行的主要技術指標的影響。每一個制造商都在“規格說明策略”上做文章。并沒有嚴格地控制尺度,所需遵循的標準更是少之又少,因此在做有意義的比較之前,你通常需要限定或說明一套特殊的指標。

    解釋并比較傳統音頻設備的指標已經是比較困難的事情,而無線話筒系統則更加復雜。甚至,更加不可原諒的是,一些無線話筒制造商公然違反商業道德,他們出版的規格說明甚至是錯誤的。

    無線話筒系統的性能表現從試驗工作臺到實際應用會發生相當大的變化。在實驗室中將檢測設備直接連接到接收機并測量各種性能指標所產生的結果,與實際應用中,接收機的輸入信號是來源于幾百英尺遠的發射機所產生的微弱無線電信號,測量結果會有完全不同。我們可以有把握的假設,所有被出版公布的無線話筒性能指標都是在理想的射頻信號環境和發射機到接收機之間保持最小距離下所測得的。

    你應該總是對那些沒有說明測試前提條件和數據沒有完整性的任何煽動性的性能指標保持懷疑的態度。任何時候,如果一個關鍵指標離譜到無法解釋或者壓根就沒有被提及到,這通常都是由于制造商要故意掩蓋其產品的低劣表現的借口。在少數情況下,也有可能是因為制造商完全忽略了在資料出版中加上產品說明了。我們Lectrosonics想說,我們從不忘記像指標說明這么重要的任何東西,坦白地說我們也是人,如果你的產品說明中少了某些資料,請與我們聯系。我們將十分高興地告訴比你缺少的資料更多的東西。

    靈敏度

    好:20dBSINAD時1uV

    出色:20dBSINAD時0.5uV

    該指標是指為產生一定信噪比輸出所需要的接收機的射頻信號輸入強度。可以通過幾種方法來衡量或評價接收機的信噪比的性能,但最常用的方法是“SINAD”和“S/NRATIO.”

    此處有6個關于敏感度指標的例子,它們出自不同制造商的印刷資料中。奇怪的是,所有這些測量值都是從同一臺接收機上獲得的。

    在輸入為0.34uV時12dBSINAD

    在輸入為0.30uV時12dBquieting

    在輸入為0.27uV時12dBS/N

    在輸入為0.45uV時20dBSINAD

    在輸入為0.47uV時30dBS/N

    在輸入為1.20uV時50dBS/N

    所有這些測量指標均被稱作“靈敏度”,可是它們事實上衡量的卻是接收機性能表現的不同方面。顯然,當在做選擇性對照時,有必要“一個個蘋果的”進行比較。以上數據清單顯示靈敏度如何改變完全取決于測量是如何進行的。以上測量數據都是通過一個與人耳對噪音反映相接近的“A”加權濾波器而得到的。大多數制造商會使用這種濾波器,因為它能將測量值提高3dB-6dB。

    SINAD是一種測量方法,它的指標接近于可聽見的背景噪音。在帶有微弱射頻信號、最大頻偏的狀態下,測量包括信號+噪音+失真的接收機輸出的強度。于是在減去音頻信號(系統仍在運行)并測量剩余的噪音和失真后,二次測量就完成了。第一次和第二次的測量結果用一個比率來表示。因為它有效地從電路上去掉了壓縮擴展器的影響,SINAD在低強度射頻時可能是最穩定靈敏度的系統指標。既然SINAD測量方法是系統在實際運行中全頻偏的情況下進行的,這比單一的信噪比測量方法更加現實可行。

                                信號+噪音+失真
    SINAD(信號-噪聲及失真比)=---------------
                                 噪音+失真    

    S/NRATIO是一種測量方法,當系統在給定射頻信號強度上運行時,它接近于在演講停頓中所聽到背景噪音。這是衡量靈敏度另一個有效的比較指標。它被定義為所需要產生一定S/N比例的射頻信號量,通常為50dB。50dB的S/N比率代表著最小的可用靈敏度,并且符合一般聽眾所能夠接受的程度。在全調制狀態、給定的射頻信號強度下,通過測量系統來決定S/NRATIO,接收機的輸出為最大值,然后關閉音頻調制并測量剩余噪音。這會產生所需信噪比的射頻信號強度。這樣就可以根據信噪比來對接收機的靈敏度進行評價。

    該測量方法的問題在于,壓縮擴展器將把它實際指標改良翻倍。SINAD的確是一種評價接收機的較好的方法,但是它不產生向S/NRATIO一樣好看的數字。

    音頻失真

    好:在1KHz時少于1%

    出色:在1KHz時少于0.5%

    通常上說,這些數字簡單明了,并且可以直接加以比較。普遍使用1KHz信號來測量失真值。由于壓縮擴展器在低頻時增加失真,而窄頻段IF濾波器會在高頻加大失真。同一系統在100KHz時的失真為2.5%,而在1KHz0.4%。

    動態范圍

    好:90dB

    出色:105dB

    該數字應該是簡單明了的量化尺度,但某些制造商也將限幅器的動態范圍和增益控制范圍包含進來。有時,這樣做是因為打印較好的數據要比設計一個出眾的產品容易,但這也會是防止其它“更好”數據的自我保護。記住,動態范圍測量時的前提是發射機和接收機盡可能的靠近。當發射機距離接收機50英尺或者更遠的時候,測試數據會明顯降低。

    調幅抑制

    好:未指定的射頻強度下50dB

    出色:在給定射頻強度范圍內為60dB(如從20uVto50mV)

    該量化尺度表明接收機是怎樣出色地抑制由熒光燈、其它電子設備中的橋式整流器、SCR調光器以及相似的電源電路形成的射頻信號所導致的調幅干擾。如果在全部假定的情況下,通常只在一個射頻信號強度下進行測量(產生最佳數據的強度),但應該在更大的范圍上實施,由于現實環境很少能夠“簡單、友善”地為接收機提供優化的射頻強度。

    鏡像及衍生頻率干擾抑制

    好:80dB

    出色:大于100dB

    在所有無線接收機的混頻器工作階段,都會有兩個頻率滿足設計中的IF頻點要求,只要與混頻器有關,每個頻率都是相同的。這兩個頻點相等地分列在振蕩器頻點的兩側。例如,如果接收機的IF頻點為10.7MHz,發射機的頻點(載頻信號的頻點)為179MHz,那么接收機中本地振蕩器頻點必須是168.3MHz(179.0–168.3=10.7MHz)。該接收機將會有一個為157.6MHz的鏡像及衍生頻率頻點,因為157.6和168.3的本地振蕩器之間的差頻也是10.7MHz(168.3-157.6=10.7)。如果不考慮接收機前端中的射頻信號濾波器,接收機會對157.6MHz的鏡像及衍生頻率頻點像對“正確的”179MHz頻點一樣敏感。

    由于157.6MHz的鏡像及衍生頻率位于美國“出租車服務”的頻段中,FCC允許出租車上的發射端采用高達75瓦(無線話筒通常只為0.05到0.10瓦)的發射功率,在該例子中的接收機必須出色的完成抑制鏡像及衍生頻率的工作,才能避免干擾。鏡像及衍生頻率干擾抑制功能是體現接收機前級靈敏度的一個指標并與接收機中的IF頻率相關。鏡像及衍生頻率與載波頻率之間的間距通常是IF頻率的兩倍,當采用低段注入時低于載波頻率,而當采用高段輸入參考頻率設計時,鏡像頻率總是高于載波頻率。IF頻率越高,鏡像及衍生頻率距離載頻信號就越遠,在前級射頻信號濾波器中就更容易過濾掉。較好的接收機設計使用IF頻點為71MHz一直到250MHz,將來甚至會更高。

    偽輻射干擾抑制

    好:80dB

    出色:大于100dB

    這與鏡像及衍生頻率干擾抑制十分相似,但這只是用于測量接收機是如何出色地抑制整個接收機工作頻率范圍內由任何外部干擾源所導致的潛在干擾。理想狀態上,制造商將會從音頻頻率到微波頻率對接收機逐一加以檢測。該數據可以衡量第一級射頻信號部分、IF濾波器和其它部分抑制干擾信號的能力。

    三次諧波抑制

    好:-15dBm

    出色:+1dBm或更高

    對三次諧波抑制的說明就是對理想接收機的說明,因為它可以衡量接收機能如何出色地抑制由多對三次諧波抑制的說明就是對理想接收機的說明,因為它可以衡量接收機能如何出色地抑制由多重干擾頻點所造成干擾的能力。干擾頻率可能來自同一場所使用中的其它無線話筒,或者是來自外部發射機的組合。該指標就接收機如何抵制多種類型的過載給出了一個極好的評測基準。

    考慮工作頻點為A和B的兩臺發射機,以及一臺頻點為C的接收機。如果將三個頻點平均劃分,其中一臺發射機的二次諧波將會和另一臺發射機的起初頻點相混合,產生一個恰好和接收機頻點一樣的頻率。

    如果(Ax2)-B=Cor(Bx2)-A=C

    那么:接收機很可能會對此三次互調諧波做出響應。

    例如,考慮工作頻點為181MHz和182MHz的兩臺發射機。這將會對183MHz或180MHz的接收機產生三次互調諧波干擾。

    (181x2)-182=180

    或者

    (182x2)-181=183

    請注意在這個例子中,我們選擇的發射機頻率非常接近于接收機的頻率。這意味著接收機的選擇性沒有任何用處。然而,射頻信號過濾部分和混頻器的設計越好,可能產生的這種互調干擾就越少。當然,你可以選擇不會產生干擾特定接收機的發射機頻率,但是這在大型多通道系統中可選頻率資源的有限性會導致無法一勞永逸的按照此方法解決。另外,在某些城市地區,在你周圍可能存在數以百計的高能發射機,從中你無法進行控制。接收機必須要有一個三次諧波抑制說明。

    限幅器范圍

    好:15dB

    出色:30dB或更多

    這表明在聽覺上可察覺信號失真之前,發射機能夠處理的音頻輸入過載量。一個好的限幅器可以將發射機的增益設置得更高,因為不需要太多的空間來防止音頻過載。這個重要的指標只能在少數無線系統中找到,并可以在聽覺上顯著提高信噪比輸出。

    電池壽命

    好:9伏堿性電池可以工作8小時(在UHF模式下5小時)

    出色:9伏堿性電池可以工作12小時(在UHF模式下8小時)

    在某些應用中,一臺發射機必須在6個小時之外或更長的時間段中工作。如果發射機在工作完成之前電量耗盡,顯然會發生問題。在大多數情況下,重新制作或表演所要花費的成本可能相當大。評估電池狀態的一些有用的方法也是非常重要的。通常提前一個小時或更長時間來發出報警信號是十分有用的。

    在其它應用中,電池的價格會使一個重要的考慮因素。如果一個星期使用發射機12小時,而電池的壽命為6小時,一年的總計額為250美元,對于某些預算來說這不是一個可以忽略的數目(使用單價為2.49美元的電池,每星期12小時)。

    偽輻射

    好:載頻信號以下50dB

    出色:載頻信號以下60dB

    一些無線發射機除了會按照設計工作頻點發射信號外,還會同時產生其他頻點的射頻信號。所有的晶體控制頻率的發射機以低頻晶體開始,經過幾次倍頻相乘達到輸出頻率指標。例如,以15MHz開始的晶體控制振蕩器,下一個階段頻率將提升為三倍,即45MHz,然后是雙倍頻階段,加至90MHz,最后的倍頻輸出階段將產生180MHz的頻率。許多低級偽頻率是在這個過程產生的,但是最有可能引發問題的頻率是載頻信號的頻率加上或減去內部晶體的基礎頻率。在所給的例子中,它們將會是280MHz加或減15MHz。由該例子產生的偽輻射波為165MHz和195MHz的兩個頻率。如果在同一場所存在另一個頻率為195MHz的接收機,它很可能會接收到此偽輻射頻率的信號。

    發射機輸出功率

    好:VHF和UHF模式時,30mW

    出色:VHF模式時,50mW;UHF模式時,100mW

    如果統計一下哪個單一技術指標最為經常地被濫用,那么射頻功率一定是名列前茅。50mW(0.05Watts)是FCC允許使用在VHF無線話筒中的最大輸出功率。UHF發射機所允許的最大輸出功率一直到250mW,但是在該功率強度下,電池的耗電量變成另外一個重要的考慮因素了。

    發射機輻射的功率越高,受到干擾的幾率越小,操作范圍越大。然而,在輸出功率和電池壽命之間存在一種適當的權衡。一些人們熟悉的品牌的UHF發射機在輸出功率卻只有區區10mW。因此當你在比較來自不同制造商的產品規格說明時,同時查看輸出功率和電池壽命是明智之舉。

    通常在某些特殊發射機的出版說明中的技術列表表明發射功率小于FCC的最大值,或者簡單地聲明在FCC允許值之內,這實際上是無意義的。所有正規的發射機都可以達到FCC的要求,但是最佳性能表現是出自那些既能夠在VHF頻譜中輸出50mW、UHF頻譜中輸出100mW(或更高)的大射頻功率,同時其電池壽命也長得足以滿足特殊應用需求的無線發射機上。

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