【火腿課堂】漫談電波幹擾及防治法

2021-02-14 業餘無線電

從齊天大聖鬧天宮說起

 

近數月來,紐約一個西人電視臺播送我國名著西遊記的連續劇,國語發音附英文字幕,其中有數集演出孫悟空大鬧天宮。大聖爺到處胡鬧闖禍,將王母娘娘果園內六千年才成熟一次的蟠桃全部毀掉,諸天兵天將那兒是這猴兒的對手,連託塔天王李靖都打他不過,嚇得玉皇大帝躲在桌子下叫苦連天,演得甚為精彩,也看得過癮。這是齊天大聖的傑作,表過不談,然而我不知有那幾位業餘同好也曾經有過大鬧天空的經驗,且讓我慢慢道來。

 

剛買了新機,匆匆忙忙接上電源,架上天線,一聽有數字老友在空中作圓桌會議(Round Table) 輪流發話聊天,為恐落後他人,立即開機,參加一份,豈知太座、少爺、小姐們同時猛叫,原來整個屋子裡的金屬物,不論大小都不能碰,一碰便是一個火花!日光燈自動發光、電視發黑、計算機發白、音響和電話都是我的聲音,嚇得連忙關機大吉。過了五分鐘,左鄰右裡都來敲門,大興問罪之師,這時我們應該怎麼辦?放棄心愛的嗜好呢?亦或我行我素做俺的齊天大聖?實在講,這是一個很嚴重的問題。在此,特集個人及其他老同好的「沉痛」經驗,獻給諸位讀者同好,並期冀能在空中相晤,不為幹擾問題而 QRT。

 

提筆至此,令我想起兩件有關 RF 的有趣故事,且讓我道來,以娛樂讀者及同好諸君,然後再談談 RF 幹擾的原因及其治療的方法。

 

第一個故事是我表哥老業餘家,現在在漢口的唐明鬥教授,老呼號是 XU9MD,最喜歡講的。話說有一個農夫,將田地的一角租給當地的廣播電臺架設天線和鐵塔,自開播之日起,這位農夫不用收音機也可聽到廣播的全部內容,開始的時候以為佔了便宜,不必買收音機也可享受電臺播出的新聞、平劇等節目,可是日子一久,日以繼夜,無時或休,蕭何月下追韓信,一直追到他的臥房內!一閉眼剛入睡,大鑼大鼓再繼續上馬加鞭。數月下來,人比黃花瘦,田也無力耕。在無可奈何之下,告到官府,又無證據。有人說他有神經病,又有人說他有奇異功能,當代瑰寶。到後來送去醫院檢查以究原由,原來這位農夫口中鑲有金牙,無巧不成書,這金牙形成了一個檢波器 (Detector),作用一如最簡單的礦石收音機 (Crystal Receiver),將 RF 電波整流 (Rectify) 成聲波,成為一具貨真價實的「隨身聽」!這個故事完全合乎無線電原理,信不信則由你,一笑!

 

第二個故事是筆者親身經歷捉 RF 的真實故事。話說很多年前,筆者任職中國航空公司當無線電機務員(該公司是當時世界排名第七的大航空公司),無線電部的主管汪省三和華斌兩位先生派我和另一位業餘老前輩,今在美國賓州的曾宏燕兄,美國呼號N3FXS ,中國舊呼號 C1HT,一起修理髮射機,一間大房間內排滿數十臺巨型落地發射機,我還記得是美國 WILCOX 廠出品。這些機器是用來保持各航站飛機聯絡業務及導航的。是時 1946 年,中美航線用麥道 DC-4 四引擎飛機飛越太平洋是件大事,上海站特以一架一千瓦特 CW 的機器,周率是13800KHz (近 20 公尺波長),專用來地對空通訊的。這機器的屏壓高達性命交關的三千伏特,每次打開機門檢修內部機件時,雖然將電源關掉,並等候數分鐘,讓濾波電容器內儲留約三千伏特高壓電能慢慢地洩放完畢。左手放在褲袋內,以免一手碰地線,另一手碰高壓。然後右手拿螺絲刀將高壓的正負極再短路一次,以確定無高壓存在,才敢動手維修。三千伏特高壓,不是開玩笑,一不小心可能就此一命嗚呼。目前業餘電臺用的真空管式強放機 (LinearAmplifier) 有此高壓。寄語無經驗的同好,請千萬不要去亂摸,生命可貴,安全第一。電晶體式的強放機,電流很大,也很危險。

 

這臺 13800KHz 的發射機,一開始聲調便不好,晶體振蕩 (CrystalOscillation) 理應音調清脆,我們都知道這是寄生振蕩 (Parasitic Oscillation) 在作祟。所謂寄生振蕩者,是除了本身周率 13800KHz 的主電波外,尚有其他周率的電波,通常在超短波範圍內,借用機內某一線路巧合的諧振 (Resonancer) 而產生的振蕩,所收聽到的是 13800KHz 的主波加上另一寄生的電波,如此一來,其總聲調當然不會好。

 

我們曾經花了很多時間,出盡十八般武器去找這寄生振蕩的出處,甚至將整臺機器拆了又裝,都告失敗,站在一個機務人員的立場,心裡總不舒服。有一天下午剛好無班機,宏燕兄突然心血來潮,叫我一起來找這毛病,這次我們不用儀器,只是將機門打開看,用冷眼旁觀的態度察看研討,再假定這臺機器是自己設計的(中航人材濟濟,也自製很多發射機供各航站應用),其線路、器材、裝配等又應如何。研看多時,認為一切都無問題,只覺得在緩衝級 (Buffer Stage) 屏極線圈 "L" 通地的旁路電容器 "C" 的位置脫機圈有十公分的距離,意識上覺得遠了一點,這是吹毛求疵的想法,因為所有電路都合乎學理,並在所有真空管的屏極上都加裝抑制寄生振蕩的抑制線圈(Choke) 及電阻,不應有問題。

 


正當走頭無路時,便起心腸,何不將死馬當活馬醫,將該旁路電容器"C" 移近線圈"L" 來試試,如圖(一)裝好後,開機一試,BINGO! (中獎也),妙手回春,馬上見功,寄生振蕩就此消失,CW 的聲調立即清脆悅耳。這是我無線電生涯所遇到最奇怪的狀況之一。業餘電臺在架設時,也會產生寄生振蕩,請閱下文。

 

閒話表過,言歸正傳,現在談談最常見由發射機產生的幹擾及其防治之法。

 

副波的幹擾 Harmonic Interference

 

業餘電臺 20 米、15 米、10 米波段的副波會干擾電視及調頻(FM) 電臺,茲舉美國電視臺來說明之:

 

20 米波長是 14MHz,其第二次副波是 28MHz,第四次是 56MHz,剛好落在第二電視臺的周率範圍 54-60MHz 內,其第五次副波是 70MHz,亦在電視臺66-72MHz 內,第六次副波在第八臺內。

15 米是 21MHz,它的第三次副波是 63MHz,正在第三臺 60-66MHz 內,第四次副波會影響第六臺等。

 

10 米是 28MHz,尤其嚴重,因其第二次副波 56MHz 強而有力,正在第二臺內,有如一千瓦特的強放機,其破壞力之強,恐怕孫悟空也望塵莫及。鑑於此,在美國出售的強放器 (Linear Amplifier),非經特別要求,是不安裝 10 米這一波段的。

 

目前市上現成的收發機,差不多都會放射幹擾的副波,其治療法是在收發機天線輸出口加裝一「低周波通過」的濾波器 (Low Pass Filter),這濾波器應裝得越近收發機越好,並用最好的同軸輸送纜 (Coaxial Cable),越短越好。有人剪至一、二寸,以減低副波從纜上漏出的可能。市上出售的「低周濾波器」對 28MHz 以下波長(即業餘波段 160, 80, 40, 20, 15, 10 米)沒有減弱作用,但自 30MHz 起至超短波,此範圍內將其強度急速減弱 (Sharp Cutoff) 60dB,所謂 60dB 者,在電力 (Power) 而言,是將一百萬(沒錯,1 字後面 6 個 0 )瓦特減弱至僅一瓦特的比數。筆者手頭沒有國內電視臺周率的數據,假如業餘波段會影響當地的電視,那非要加裝低周濾波器不可,並用自己的電視機查看究竟,確知無副波幹擾,方好 On Air 呼叫。

 

主波的超荷 Fundamental FrequencyOverloading

 

這是發射機強力的主波直接衝進電視機內,使其前級的線路超過該級能接受的電能(Front End Overloading)。是時,電視幕上顯現一片黑色或白色,電視聲源部份也會被截斷,這情形一如有人在耳邊猛吼一聲,除吼聲外,其他聲音都聽不見。「主波超荷」不論使用那一業餘波段都會發生,也會影響調頻 (FM) 收音機,發射機輸出功率越大,主波超荷情形越嚴重,影響的範圍也越廣。

 

「主波超荷」的防治法在技術上不難,只要在電視機天線入口處加裝一個「高周波通得過」的濾波器 (High Pass Filter) 即可,業餘波段的周率比電視者低,因此無法通過這濾波器而進入電視機內。話雖如此,在實際施行時,電視機在別人家裡,左鄰右裡家家都得裝,他們願意花這額外錢嗎?會裝嗎?即使你願意送給他們(美國價格每隻約十元),送不勝送,萬一電視機其他部份壞了,他們不怪你怪誰?這是一個知易行難、很傷腦筋的事,下文再研討。

 

 電臺安裝的注意點

 

大部份的幹擾可歸納於安裝不良所致,本文提供的話點,一如前述,是筆者個人及很多同好多年累積「沉痛」的成果,這並不保證百分之百免除幹擾,但總算將金箍戴在猴兒頭上:

 

■接觸要良好 

 

所有的天地線、輸電纜等的接頭要「緊」及「實」,時間、風雨、溫度都會有可能將接頭鬆弛,應不時檢查。鬆弛的接頭會因產生火花而產生大量各式古怪波長的電波。有人曾經追蹤幹擾的源由,發現是屋街的下水槽有微小空隙,受電波感應後,發生火花!

 

同軸電纜 (Coaxial Cable) 有其輸電纜特性,不能用普通接電線的方法,用電焊、包膠布等將兩條電纜相接,一定要用 PL-258 母接頭將兩條電纜相連,再在外面包膠布,漆防水劑。有一次我的電纜被人腰斬,乃用普通方法接上,雖然仍然可用,可是接頭處的總阻 (Impedance) 不對,並且沒有編織金屬網遮護,結果電波從接頭處漏出而產生幹擾。在都市內或 TV 多的地方,由發射機輸送至天線的輸送線,我建議用同軸電纜,因為其遮護 (Shielding) 程度比 600Ω平衡的雙條梯形線好得多。

 

■地線要好 

 

一座電臺一定要有一根通地的地線(有些代用地線如 Radial 及 Counterpoise 是不通地球的),有了地線,可使機件不麻手,收聽少雜音,增加天線效能,並可避雷擊等。

 

裝設地線可用一根粗銅線夾緊在自來水管上,不能接在煤氣管或暖氣管上,請認清,以免危險。如有後院,可加裝一條入地的地線,以一根二公尺半長的純銅棒或管子,打入地下,地面上的一端焊接一粗銅線入電臺內,為總地線。也有人用舊銅茶壺投入井內作地線。地線引入電臺之後,要將每項機件個別直接接到地線的主幹上,如圖(二)所示。不要將機件的地線串連起來再接幹線。入電臺幹線的另一端不要再接地線,即自來水管等,讓它懸空可也,理由是假使幹線的兩端都接自來水管,便會形成一個線圈,可能就此引發寄生振蕩。更有些業餘同好,錦上添花,在末級的機件上再加裝一條人工地線 (Radial) 每波段一根,各為 1/4 波段長,一端接機件,另一端懸空不接,可沿牆腳隨便放置,但其懸空的一端在發射時有 RF 高壓,應妥為安置,這種人工地線可幫助減少機件麻手、幹擾等。

 


圖二註:

1. 此為電臺機房內的粗銅總地線或銅管,將諸機體個別直接接上地線,如圖示,不要將地線串連(即收發機至濾波器至強放機等)。

2. 此端將它蕩空,不要再接自來水管等,以免造成迴路,有產生寄生振蕩的可能。

3. 這是輔助地線,每一波段用一根,各 1/4 波長,可隨意放在機房內牆腳邊。其尾端在發射時有 RF 高壓,應妥藏。圖標此線接在天線調節器的地線接頭上,如該器不用,則接在強放機上,如無強放機則接在收發機上。

4. 在近天線接頭處將同軸輸送纜繞六圈以防阻輸送纜放射而引起幹擾。

5. 此段同心軸 50Ω電纜要短,有人用一寸長接頭。

6. 地線接頭應不時檢查接觸是否良好。

 

地線看來好似無關重要,其實它是很重要的一環。電的傳遞是講迴路(Circuit) 的,簡單如手電筒,直至發射機,莫不如此,尤其是電波向天空發射出去以後,其回程 (Return Circuit) 當然是借用地球。高周波電波不用導線也能傳遞,但是有地線,可使阻力減少,傳遞順利。這番理論,恕我無法用科學數學來證明,但有一實例為證:離我家不遠有一位同好,全套一流設備,500 瓦輸出力,八木天線,是為一令人羨慕的電臺,但是他叫不過我 100 瓦的「赤足大仙」(BareFoot,即無強放機也)和一根垂直天線。有一天特請我到他家察看,原來他住公寓,根本忘記接地線,毛病就出在這兒。

  

輸送纜的放射 Feedline Radiation

 

同軸輸送纜的構造在先天上便不對稱、不平衡,用此纜線來輸送電能至構造對稱的天線,如半波的八木天線,或是輸電至中間的半波天線等,電能在天線的分配上便不對稱。接電纜編織外層的一邊天線,其電能有一部份會反射回來,從電纜外層再放射出去,引起幹擾。防治之法有二,即在電纜與天線問加裝一隻巴林( Balun) 變壓器,使不對稱的輸電在進入天線時變成對稱。巴林者是「對稱至不對稱」 (BALance - to - UNbalance) 之簡稱也。

 

另一法更簡單經濟;將同軸纜近天線處繞 20 公分直徑六圈,用膠布膠牢掛在天線上,這便是一隻 10 米、15 米、20 米高周扼制線圈 (RFChoke),反射回來的電能通不過這線圈,40 米及 80 米波段繞十圈。

 

駐波比數表 SWR Meter

 

這是一隻很有用的儀表,可以知道天線系統工作的情況,也可以用來協助調整天線的長度。它正確裝設的位置是它的輸入口接發射機,輸出口接天線。假如有用天線調節器 (Antenna Tuner),則其輸出口接調節器的輸入口,如圖(二)。假如發射的電能全部由天線發出去,SWR 的指數將是 1:1,假如有 10% 的電能反射回來,其指數約為 1:2 ,20% 為 1:2.5,25% 約為 1:3。一般工作情形在 1:2.5 以下都算正常。不要花太多時間去爬屋頂或鐵塔以求 1:1,因為影響 SWR 的因素很多,如附近高樓、煙囪等,往往吃力不討好。如果 SWR 讀數是 1:3 以上,應立即關機器,並查明原由,否則反射回來的電波會打壞發射機的末級。

 

駐波表多連帶「輸出表」 (OUTPUT METER),我在操作時,眼睛不時看看輸出表以知曉輸出情況。上次輸電纜為人腰斬,即由此察出。「輸出表」和「瓦特表」 (Watt Meter) 或「輸出瓦特表」 (Output Watt Meter) 不同,前者指示大概的輸出比數如何,後者指示實際輸出的瓦特數,我給這兩名稱弄胡塗很久,以為是同一東西,特此奉告諸讀者。

 

 操作時的考慮

 

住在都市的同好要享受業餘無線電的樂趣,是要將幹擾減至最低程度,電臺設備的改進已如前述," 英明 " 的操作我認為更重要。經過不少折磨之餘,在萬家燈火,左鄰右裡都在看電視的時間,我不敢冒然開機,在必要時也只用 100W 作短暫的通訊,或再將電力降低,或改用 40 米或 80 米。「嚼破布」式 (Rag Chewing) 的長時間聊天則找合適的時間和波段。我更不敢用 100 W 強放機,1000W 的電力說起話來固然又響又亮,可是它的破壞力也強大非凡,普通家庭的電力系統恐怕要加粗電線才能應付強放機的耗電量。假使讓我在 600W 強放機與三組件八木天線 (3 Element YAGI BeamAntenna) 之間選其一,我寧願選八木天線,因為兩者的增益 (Gain) 都約為 8dB,強放機則會像孫悟空一般大鬧天空。

 

 尾語

 

上文種種都是筆者多年 On Air 的經驗,特志之獻給諸業餘同好,多是實用的老生常談,請勿以沒有談新科技為陋,幸甚。

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