从无线电到手台

最初想写一篇关于手台的文章是源于亚丁大环线的带队,当时误开启了手台的一些功能,并且关不掉,闹出了很多笑话。之后便下定决心要好好研究一下手台

不过后来的学习让人意识到无线电技术其实是非常非常大的概念,甚至不止局限于通讯技术。而手台只是无线电技术中很小的一部分。更重要的是,人类文明发展,“通联”的方式越来越多,业余无线电技术本身也在小众化

有时候会觉得,可能除了灾备时期,真的用不太上那些传统的无线电通讯了呢。甚至随着技术的发展,灾备时期可能也不再使用目前看起来很必要的无线电通讯,毕竟技术是向前的

曾经的技术无论多么复杂、可靠、精细、甚至辉煌,新的技术也总会出现的

所以本篇文章拖了很久,生有涯而知无涯,我不想山呼海啸的去写业余无线电技术云云,但也不想就沦落成一篇手台使用说明书。最后,本着“捡有用的说”的精神完成此篇,写的不好,但还是希望能作为涉足荒野系列文章的一个开篇吧

几个关键词

先从手台里那些让人难受的缩略词开始吧

缩写 可能的英文原文 含义
PTT Push To Talk 即按即说,半双工方式通讯中切换送受信状态
TXP Transmit Power 发射功率,HIGH/MID/LOW,理论上发射功率提高可扩大通讯距离
VOX Voice-operated Transmission 声控发射,开启后分为1-10级别,数值越大,灵敏度越高
WN Wide or Narrow 带宽,分为WIDE(宽带工作)、NARR(窄带工作)两种模式
TDR Dual Reception 双频守候,同时接收a/b频道的信号
TOT Time-out Timer 发射限时,宝峰UV-9R为例从15s-600s,步进15s
SQL Squelch 静噪等级,数值越高越灵敏,建议数值:5
VFO Variable Frequency Oscillator 可变频率振荡器。调整收发信频率就是通过改变VFO频率实现的,这样用户可以实时调整手台的收发频(所谓频率模式)。现在绝大多数支持VFO的手台也可以直接将频率在对讲机上保存为信道了,不可手动调节频率即缺少VFO功能的手台就不推荐了
MR Memory 信道模式,如果有写入过信道的话,可以更方便切换到固定信道
BAND Band 频段切换。部分手台,在发射状态下,按该键发射发出1750HZ单音指令(SOS)

大部分手台说明书不会详细的介绍这些缩略词的具体含义,更不要说英文原文了。但是你只要用过手台,不管有没有意识到,其实这些功能是融入在手台的使用当中的:在有液晶屏的手台上,这些信息就显示在手台的屏幕之上

从无线电到手台

无线电的概念很大,手台的概念很小:手台,是手持电台的简称

这个概念小还体现在具体的功能上。一般手台仅支持SSB(语言通讯)的通讯方式,也仅支持部分无线电的波段、带宽,功率也有限制

业余无线电通讯的波段被限制在中短波,一般民用手台支持的波段在30-3000MHz,其中30-300MHz为VHF段,300-3000MHz为UHF段。这与国家规定里面,初级业余无线电操作员仅允许使用的波段是一样的

嗯,无线电是讲究波段的,不,电磁波是讲究波段的!

知乎上曾有个问题:为什么Wi-fi信号可以穿墙而可见光不可以?因为波段不同啊!

波段意味着功能:波长越短频率越高能量越大,波长越长透射和衍射能力越强,传播效果越好

什么是无线电?无线电技术的波段范围从微波开始一直到长波:比如,微波除了可以加热食物,还可以做无线网络,长波已经接近声音在空气中传播的频率了,但可以用到潜艇在水中的长距离通讯上

民用手台的波段就夹杂在移动通讯GMS、调频广播和调幅广播之间。如果不玩技术,这一波段很适合进行5Km左右的短距离地面通讯

什么是带宽?电磁波有着自己的频率和波长,一个单纯的、漂亮的正弦波只有一个频率,它不包含任何信息。把需要传输的信号——比如声音、图像——加载到无线电上,被称为“载波”。加载的方式有很多,我们称为“调制方法”,最终的效果都是让电磁波发生位移

我们有一种叫“频谱分析仪”的仪器可以直接观测到这种位移。通俗的讲,这个位移的幅度差不多就是它的“带宽”。显然,带宽越大的无线电,可加载的信息就越多

通常有效带宽不严格的定义为频域内信号的傅里叶变换功率在一个特定门限之上:例如与最大值差在 3dB

带宽和波段构成了最基本的无线电通讯要素。民用手台以我手中的宝峰UV-9R为例,波段被限制在VHF 130-176MHz & UHF 400-520MHz。带宽则分为宽、窄两种,宽带宽为25KHz,窄带宽为12.5KHz

以宽带宽为例,我们设置频率为429.650MHz,则占用频段约为429.638MHz-429.662MHz。当我们按下PTT进行通话时,电台会在几千赫兹的频率范围内进行发射,而不仅仅是液晶屏显示的那个频率值

一般无线电爱好者远距离通讯钟爱的短波、部分手台支持的航空波段、带宽更广的调制方式(比如在2.4GHz频段,Wi-Fi的带宽有20MHz或40MHz),则都不是普通民用手台所支持的了

信号的发射、接收和增益

将载有信息的电磁波发射出去并异地接收,也不是一件容易的事情

无线电天线的本质是一段谐振回路:无线电发射机输出的射频信号,通过馈线(电缆)输送到这段谐振回路,以电磁波的形式辐射出去。电磁波到达接收地点后,再由另一段相似的天线接收下来(仅能接收很小很小一部分功率)

理论上发射功率越大,天线架设越高(常见的各种八木天线),通讯效果越好。但功率也不是单纯的越大越好,这就是电信工程的内容了。可参见《业余无线电通讯》第六章的内容,也可以找更专业的书籍

不过有个公式可以了解一下的:

dB = 10log(p1/p0)

dB表示功率P1相对于参考功率P0的大小关系,翻译过来就是“增益”效果,无论是增大发射功率还是架高天线、调整天线角度,只要提高无线电的传播效果,即增益

从公式可以看出,增益是一个比值,对于发射功率来说,这个比值就是dBm

dBm = 10log(P1/1mW)

对于全方向性发射天线来说(手台的棒状天线就是这种),这个比值就是dBi

抛物面天线:dBi = 10log(4.5*(D/λ0)2) (D:抛物面直径,λ0:中心工作波长) 直立天线:dBi = 10log(2L/λ0) (L:天线长度,λ0:中心工作波长)

增益效果的参数是任何设计到无线电传播的设备都重要的参数,我们的家用无线路由器也可以用到上面的公式:通过改变天线、或突破路由器的功率限制,可以实现更好的Wi-Fi效果!

不过不要违反相应的法律法规,不同型号的器型相关规定可以在 SRRC官方网站 上查到对应的数据

对于手台来讲,普通民用手台的发射功率基本不会超过5W,以宝峰UV-5R为例子,可设置高中低三档发射功率,分别为1W左右、3W左右、4.5W左右(法规上超过0.5W功率的对讲机都应该办理使用手续

更换天线是常见的增益手段,即使普通手台,也可以连接到八木天线上去追卫星!对于普通民用手台来讲,一般原厂配置的都是直立天线,出厂时灵敏度已按相关技术要求调至最佳状态,非专业技术人员其实也无法调整天线的增益状态了(不过可以换更长的天线

老户外玩家都有这样的经验:信号不好的时候就站高一点。其实是相当于增加了天线的发射高度,可以提升通讯效果

上达天听:天波与卫星通讯

业余无线电技术的乐趣之一就是利用有限的设备,实现更长距离的“通联”,所谓5W通全球,即使手中只有一把普通民用手台,也可上达天听,实现长距离通讯

长距离通讯需要利用电离层对电磁波的反射效果:将天线仰角调高,使电磁波发射至电离层,然后再反射回地面。这称为天波,而一次反射称为天波的一次单跳,通过多次反射,就可以实现全球的长距离通讯

有时出现一个地波到达不了,而天波一次单跳又超越了地波所能到达的最远距离而产生的“静区”,这被称为超距现象,由于电离层处于不断变化之中,静区的范围也是变化的。在灾备应用中,要尤其注意静区的范围

另一种长距离通讯则是通过卫星的中继,业余卫星业务是ITU(国际电信联盟)确认的一项专门的无线电业务,专门的组织AMSAT遍布世界上多个国家和地区。2009年12月15日,我国发射了首颗携带业余无线电转发器的公益卫星“希望一号

利用卫星中继也并不是特别难的一件事情:户外常用的卫星电话就是通过卫星中继通讯的。对于普通手台想实现卫星中继,首先要改一个好一点的天线(至少是个八木天线吧),然后要有足够的功率增益,接收天线也要有良好的信噪比,然后要学会卫星追踪(这个可以通过很多软件实现),最后还要遵守业余卫星的通联约定、会计算频率偏移

嗯,还是直接买个卫星电话吧!

不过一旦学会了卫星通讯技术,就有机会和国际空间站的宇航员进行通联:很多国际空间站宇航员都会操作业余电台,其中最广为人知的电台呼号是RS0ISS和NA1SS。由于宇航员很忙,不会随时守听,不过很多宇航员时常利用业余电台向爱好者们发送靓照

最近一次出圈的卫星通讯事件则是国外业余无线电爱好者从嫦娥五号8455MHz下行链路解码出视频(航天器跟地面通信一般不加密,允许无线电爱好者接收)

回到手台

回到手台,除了卫星通讯和远距离通讯,还有更多的实用功能值得一说

双工

首先是双工。用过手台的都知道,手台只能要么发射,要么接收,即半双工通讯。但要说一下的是并不是没有全双工的手台,比如北峰的BF-TD950

亚音

亚音是指一种叠加在信号上的特殊频率,一般是低频不可听频率,所以被称为亚音。亚音是一种“降噪”的手段,毕竟频率就那么多,而且是公开的,是无法阻止第三方插入频率的

设置了亚音的手台或其他无线电发射设备,将亚音信号与正常信号叠加发出,由于亚音信号低频不可听,所以并不影响收听方接收内容。但如果收听方也设置了亚音,就可以选择性的接收带亚音的信号,从而屏蔽掉不知道亚音频率的第三方信号源,实现通话的纯净

亚音相当于在发射信号上做了一个额外的“标记”,设置了亚音的接收方只接收具有相同亚音信号标记的信息

亚音又分为模拟亚音和数字亚音,对于模拟亚音(CTCSS)来说,亚音信号的选择范围一般频率从67.0Hz到250.3Hz,会每间隔2Hz-3Hz设一个亚音频点,以避免两个亚音频点间隔太近而影响中继台通信。由于间隔不同,不同手台模拟亚音有39个亚音点或者51个亚音点

数字亚音(CDCSS)则是根据亚音频速率进行直流变化的二进制信号作为亚音信号,相比模拟亚音来说编解码速度更快、误码率更低,同时,可选择的亚音点也更多,一般手台数字亚音会有100-200多个数字亚音点

以我手中的宝峰UV-9R为例,可以在菜单中“R-CTCS”设置接收模拟亚音,“T-CTCS”设置发射模拟亚音,“R-DCS”设置接收数字亚音,“T-DCS”设置发射数字亚音。部分设备数字亚音只能同时设置接收和发射。当设置了亚音时,液晶屏相应位置会有提示

亚音的另一个重要应用是在中继台上。如果你搭建了中继台的话,显然不想转发每一条传到中继台的信息,这将浪费大量的资源。所以中继台的接收信号一定是设置亚音的,这时,如果任何人想上中继转发自己的信号,都要使用正确的亚音才可以。中继台接收到信号之后进行转发,可以不再设置亚音

DTMF信令/5T2T信令

亚音只可以实现接收方对嘈杂信息的过滤,但不能避免别人听到你的信息。另一种信令:DTMF信令5-Tone信令、2-Tone信令则是为了实现单点呼叫

DTMF信令需要通过写频软件,写入手台的PTT ID以及设置相应的DTMF参数。通过电脑端的写入,设置好参数之后,在手台使用中,按下PTT健,再输入对应PTT ID,PTT ID便会以DTMF信令的方式快速发射出去,定位到指定的手台,之后便可以进行定点的通话了

DTMF(Dual-Tone Multi-Frequency)信令,翻译成汉语就是双音多频信令,其实是我们最常见的发射目标号码的信令:我们日常使用的手机拨号通讯使用的也是DTMF信令定位对应手机

1209Hz 1336Hz 1477Hz 1633Hz
697Hz 1 2 3 A
770Hz 4 5 6 B
852Hz 7 8 9 C
941Hz * 0 # D

每个按键发送一个高频+低频的正弦组合,构成电磁波信号。ABCD四个字母现代电话已不再使用

5-Tone信令、2-Tone信令的使用方式与DTMF信令基本相同,效果不如DTMF信令,就不做过多介绍了

中继

对于普通手台的远距离通讯、组网,其实最常见的方式是搭建中继台。比如我们真的遇到灾害来临时,希望扩大通讯范围(普通手台5Km的通讯距离显然是不够的),就要搭建中继台

中继台的工作原理是:通过一个上行频率接收信号,再由下行频率将信号发射出去。灾害发生时,应急响应当中,动用民间业余无线电资源组成应急通讯台网离不开中继台的搭建

对于普通民用手台来说,通过在手台上设置频差(一般推荐减频),让手台的接收频率和发射频率不一致,这时,当你接收到来自频率A的信号时,按下PTT健使用频率A+频差发射出去,即相当于实现了中继功能

以我手中的宝峰UV-9R为例,可以在菜单中“SFT-D”设置频差方向,“OFFSET”设置频差频率,频差频率设置5左右就可以了。当设置了频差时,液晶屏相应位置会有提示

守听中继

在业余无线电技术流行的时期,守听中继是非常常见的事情:每个大城市都会有很多中继电台,他们有大家熟知的上下行频率、频差、亚音。同一地区的朋友可以通过“上中继”的方式远距离通联。即使不聊天,只是将手台调整到对应频率,单纯守听也是相当有趣的事情

通过一定手段,甚至可以实现全球的“通联”,这也是属于无线电爱好者独有的浪漫了

今天在网上搜索,仍可以搜索到大量中继台的频率名单,很多频率甚至标注着24小时守听。但实际上的守听人数可能寥寥无几。随着智能手机的发展与普及,这种传播在电波中的浪漫正在逐渐离我们远去

天线

手台常见天线包括“橡胶天线”和“拉杆天线”两大类,常见的天线接口类型有BNC和SMA两类。BNC接口天线多为拉杆天线或较早年代生产的电台,现如今已经逐步被SMA接口所取代。SMA接口又分SMA-J(正接SMA公头)和SMA-K(正接SMA母头)两种,区别不大, 购买时注意一下就好

天线也是有参数的,除了要注意接口匹配外,还要看标注在天线上的对应发射频率的增益参数,肯定是越大效果越好了。对于户外常见的手台天线来说,基本上遵循一寸长一寸强的原则

总结

终于写完了,查阅了一些资料,甚至还读完了《业余无线电通讯》这本书

看似写了很多,但实际上写得很少。仅仅拿业余无线电基础技术来说,诸如扩频、DMR、C4FM、加密通讯、等辐电报(CW)、APRS、无线电传(RTTY)等等等等,连提都没有提。更不要说真的实现文中所提解码卫星下行链路这种极客行为了

同时囿于个人水平,文中所提亦不能保证全无纰漏。具体的设备实践也还是实践出真知,不同的手台或无线电设备功能、设置、使用都有差异

回想自己为什么非要钻牛角尖写这么一篇内容?除了开头提到的亚丁环线的事情,其实更早的时候是因为一句北京蓝天救援队的口号:

我们每天去练体力、练技能,学医疗、学无线电。是在增强自己的能力,以期担负更大的责任。不管别人怎么说,我们都要尽自己最大的能力去帮助别人

这句话现在在蓝天救援队官网我已经找不到了,在我知道这句话的时候,它被称为“蓝天精神”。这句话对我影响很大。其实户外精神本身就是一种“力求己能”的精神

做一个比喻,登山徒步,总会有朋友问我,是为了山顶的风景么?不,山顶的风景很美,但那只是“我能爬到山顶”这件事情的附加奖励。“爬到山顶”才是真正的目标和追求,而“我能爬上”则是最大的快乐

当然也是这句口号让“学无线电”这件事情一直刻在了我的心里,每一次面对手台上云山雾罩的英文缩写都在提醒着我:“无线电你连手台还不会用呢!”直到终于忍无可忍!

我希望这篇文章不止是手台使用的技术指南,而是真正的了解到什么是波段、带宽、增益、亚音… …,以及手台上的那些功能设置的原因

如果恰巧你也有同样的需要,能帮助一二,亦不胜荣幸

参考

淺談戶外裝備篇——對講機(手台)基本知識與認知
常用对讲机、手台、无线电英文缩写、全称讲解
宁夏无线电管委会:对讲机基础知识与装备推荐
宝峰UV-5R 使用说明书
宝峰UV-82HP 使用说明书(英文)
宝峰UV-9R 使用说明书(英文)
Vertex Standard EVX-531 使用说明书(英文)
Kirisun Communications PT5200 使用说明书(英文)
HAM入门知识:浅谈业余无线电的带宽
知乎专栏:宋泠雨的无线电修配厂
知乎专栏:北峰通信
wiki:无线电频谱
远距离射频通信: 为何窄带是业界公认事实标准
wiki:中华人民共和国业余无线电执照制度
ITU《无线电规则》
干货|轻松理解什么是dB,dB, dBm, dBi
天线增益知识详解
怎样正确设置亚音和频差频率
CP 系列对讲机 DTMF 选呼配置
DTMF的原理分析
怎样用2-Tone,5-Tone信令在VX-428对讲机上实现选呼功能
VHF/UHF本地业余通信的天线选用指南|手台篇
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一代神机宝峰UV5R发射功率如何?
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