本系列由 6 部分组成的文章探讨了无线系统的一些重要原理、可能性和局限性。本篇为第 5 部分。第 1-4 部分可点击一下链接阅读。
 
专业无线音频指南 - 第 1 部分：无线传输和射频范围
专业无线音频指南 - 第 2 部分：音频前端
专业无线音频指南 - 第 3 部分：模拟系统
专业无线音频指南 - 第 4 部分：接收


一、天线
天线的选择与使用对无线系统的性能至关重要。
 
天线要发挥作用，其长度至少需为实际波长的 1/10；但只有当（取决于工作原理）其尺寸略小于 —— 约为 0.9 至 0.94 倍 ——1/4 波长或 1/2 波长时，才能真正发挥最佳效能。
 
发射天线产生的电磁场包含电场分量和磁场分量：电场分量的方向与天线方向一致，而磁场分量的方向则与天线垂直。对于直射场（无反射的场）的最佳传输，发射天线与接收天线的方向必须保持一致；但在存在大量反射的场环境中，方向一致性的影响并不显著。
 
因此，在室内使用超高频（UHF）频段时，接收天线是否与发射天线方向一致、是否直接朝向发射机，并非关键因素 —— 因为多数情况下，接收的信号来自反射场。而在室外（无反射的直射场）环境中，当天线方向呈 90° 偏差时，信号仅会产生 3dB 的衰减。
图 01：天线的电流与电压随波长变化的关系（标注：最大电流、最小值、电压、1/2 波长）



二、天线阻抗
天线根据其类型（全波长、半波长或 1/4 波长）的不同，在其调谐至的频率下会具有特定的特征阻抗。为实现最佳功率传输，发射机的输出级与发射天线必须实现阻抗匹配。若天线长度与目标频率不匹配（通常为长度过短），则可能需要通过特定方式补偿阻抗失配，例如在天线中串联一个线圈。这种方法在无线手持麦克风中尤为实用 —— 因为此类设备若采用最佳长度的天线，往往会因尺寸过长而不便于使用（详见下文）。
 
无线系统的外置天线通常力求实现 50Ω 的阻抗。
 

三、偶极子、半波长天线
设计为偶极子形式的半波长天线，在谐振频率的馈电点处，理想情况下的特征阻抗（辐射电阻）为 73.6Ω。但与其他类型天线类似，受连接器、线缆、安装方式等因素影响，实际阻抗会有所不同，通常会更高。
 
天线自身的粗细同样关键：天线越粗，其带宽特性越优（可覆盖更宽的频率范围）。
 

四、折叠偶极子、半波长天线
折叠偶极子形式的半波长天线，其特征阻抗约为 300Ω。若需连接非对称线缆，通常会在天线与线缆之间接入一个变压器 —— 一般采用变压比为 2:1 的变压器，其对应的阻抗变换比为 4:1，可将 300Ω 阻抗转换为 75Ω（发射机 / 接收机的典型匹配阻抗）。
图 02：折叠偶极子半波长天线（含变压器）（标注：半波长折叠偶极子 290Ω、带变压器的半波长折叠偶极子（变压比 2:1，输出约 75Ω）、半波长偶极子 73.2Ω、1/4 波长天线 36.6Ω）


五、1/4 波长天线
1/4 波长天线通常设计为半偶极子形式，即一端需参考接地平面。例如，它可以是真正的接地平面天线：包含一个垂直振子（天线本体）和三个倾斜的振子（作为接地平面）；接地平面也可由金属表面构成，部分接收机配备的伸缩式天线就属于这种情况 —— 此时接收机本身在一定程度上可充当接地平面。
图 03：接地平面天线（标注：天线振子（1/4 波长）、接地平面、天线线缆、支架 / 立杆）


六、用于阻抗匹配的线圈
如前文所述，对于长度过短的天线，可能需要添加线圈以实现合适的阻抗，从而确保最佳的功率传输能力。
 
线圈天线在频率调谐方面通常要求严苛，因此订购时必须明确其拟使用的特定频率。
 
线圈在无线手持麦克风上的安装方式也至关重要：若安装不当，可能会产生边带信号（即传输频率上下两侧的谐波频率），进而对其他信道造成干扰。
 
此外，应避免触碰天线 —— 因为天线本身及其产生的电磁场均易因触碰而受损。
 
 
七、八木天线
当需要长距离传输 / 接收信号时，可能需使用定向天线，八木天线（Yagi Antenna）便是其中一种。
 
八木天线由折叠偶极子（作为有源振子）、引向器和反射器组成，偶极子到引向器 / 反射器的距离约为波长的 1/10。通常，八木天线上会设置多个引向器，其轴线方向的增益约为 6dB。
图 04：八木天线（标注：偶极子、引向器、反射器、支架）



八、Pflaunder 天线、鲨鱼鳍天线及类似天线
这类天线同样属于定向天线。其最小辐射角度通常为 120° 至 130°，在此角度下的灵敏度比轴线方向低约 12dB；在 180° 方向（反向），灵敏度通常为 - 10dB。这类天线可进行调谐，既可用作发射天线，也可用作接收天线。
图 05：定向天线（标注：Wisycom 有源宽带天线、鲨鱼鳍天线、Pflaunder 天线）


九、天线调谐
发射天线通常会进行最大限度的优化，确保其调谐至所需的工作频率；接收天线则通常设计为具有更宽的带宽特性，以便同一副（或多副）天线接收的信号可通过天线分路器分配至多个接收机。
 

十、天线布局
通常而言，接收天线应布局在能与发射天线形成视距直达的位置，且两者方向需保持一致（垂直方向）；但在室内环境中，这一点并非至关重要。

• 分集天线之间的间距至少应为 1/4 波长；
• 发射天线与接收天线之间的间距应始终不小于 4 米；同理，两个发射天线也不应过近放置 —— 否则均会产生干扰，导致音质变差、出现噪声及失真现象。

 
接收天线的安装需确保能与发射机形成视距直达：例如，若发射机用于人群密集的区域（听众近距离站立），接收天线的架设高度应高于人头高度。此外，用于分集接收（及类似功能）的一组天线应固定安装在室内，确保至少有一副天线能在靠近发射机位置处获得良好的接收效果。若接收天线安装在舞台前方，需确保发射机通常固定在演员 / 讲话者的前方位置（如装在口袋等位置且朝向正前方）。
 
在电视演播室及类似场所，接地平面天线不应安装在离灯光架过近的位置（灯光架通常是接地的）；必要时，可将天线倒置安装，使天线的接地平面朝向天花板。
 
当天线需佩戴在人体上时，应尽量使其与人体保持 5 厘米的间距 —— 若安装位置过近，可能因阻抗失配导致 99% 的发射功率损耗。尤其需避免天线被汗水浸湿，发射机本身也应装入防水袋中；除阻抗失配外，人体本身也可能对电磁场产生屏蔽作用。
 
天线与线缆的连接必须严格按规定执行（使用正确的连接器、采用正确的安装方式等），否则线缆可能会充当 “阻抗失配的天线”，导致系统效率下降。
 

十一、信号放大器
信号放大器（Booster）是用于天线信号的放大级。由于信号放大器无法区分信号是噪声还是来自发射机的有用信号，因此除非确有必要，否则使用信号放大器并无益处。
 
信号放大器的主要作用通常是补偿线缆损耗，在可能的情况下，最好将其增益设置为 0dB；实际应用中，所需的最高增益通常为 18dB。


十二、线缆
线缆的选择需依据阻抗和衰减特性而定：线缆的导体与屏蔽层会形成一个电容，该电容会对信号产生一定程度的短路效应。因此，线缆越粗，衰减越小，但在实际现场环境中，粗线缆的布设难度也更大 —— 这也是为何应避免使用过长线缆的原因之一。
 
最佳做法是将接收机尽量靠近天线放置，而通过长线缆传输音频（AF）信号；同时，需选择与天线、发射机或接收机阻抗相匹配的线缆，以实现最佳传输效果。
图 06：50Ω 线缆每 100 米的损耗（标注：RG174、RG58、RG213、H100 线缆，频率范围 10-1000MHz，损耗单位为 dB/100m）

十三、无源分路器
分路器（Splitter）是一种可将天线信号分配至多个接收机的设备。由于分路器需满足阻抗匹配要求，因此无源分路器必然存在损耗，损耗大小取决于输出端的数量，具体如下：
1 分 2——4dB
1 分 3——6dB
1 分 4——8dB
1 分 6——10dB
 
 
十四、有源分路器
当需要使用更多信道时，通常需采用有源分路器才能实现信号的无损耗保留（如前文所述无源分路器存在固有损耗）。市面上有多种有源分路器解决方案，但需重点关注其线性特性—— 在线性射频（RF）信号处理中，线性特性是关键参数：任何非线性特性都会导致失真，进而影响射频信号的接收质量。
 
此外，还需确保有源分路器的频率覆盖范围包含接收机所支持的所有频率：若无线系统的工作频率超出有源分路器的覆盖范围，则会损失大量可用的传输信道。
 
对于具备内置天线级联功能的高端接收机，需注意两点：一是确认制造商建议的级联设备数量（多数仅支持 1 台级联）；二是检查级联输出端的信号质量 —— 可能会增加噪声或导致信号强度下降。此外，大多数此类级联输出端并非宽带设计，仅支持该特定接收机的窄带频率范围，因此无法将两种不同频段接收机的输出端混合级联（频率范围不重叠）。
 

十五、射频合路器 / 矩阵
在大型系统安装中，可能需要将多个分布在不同位置的天线信号进行合路，典型应用场景包括：

• 需同时对接多个演播室的制作中心；
• 需临时将主舞台、大堂或休息区信号合路的剧院；
• 需灵活管理不同射频区域的电子新闻采集（ENG）或转播车（OB-Van）设备。

 
此时，合路器 / 矩阵解决方案的优势尤为明显：其灵活性与宽带工作能力，不仅便于无线音频基础设施的部署，还能优化整体资本性支出（CAPEX），例如实现无线麦克风等资源的共享。
 

十六、光纤射频传输（RFoF）
使用传统线缆长距离传输天线信号并非最佳方案，会导致过多的信号损耗；而光纤射频传输（RF over Fiber，简称 RFoF）正是为解决这一问题设计的技术。
 
此类传输采用的核心技术为粗波分复用（CWDM），相关技术还包括密集波分复用（DWDM）。两者均为光纤网络技术，可通过单根光纤以不同波长的光信号，同时传输多个射频信号。
 

十七、噪声
接收过程中产生噪声的原因主要有以下三类：
 
1、信号过弱导致的噪声
噪声可能是接收信号过弱的直接表现，导致信号过弱的原因包括：发射天线与接收天线间距过远、两者无法形成视距直达，或出现信号反相。
 
2、调制过弱导致的噪声
若信号存在 “噪声拖尾”，通常意味着发射机的调制过弱，此时需提高发射机本身的低频（LF）增益。
 
3、电磁干扰导致的噪声
噪声也可能由天线线缆受到电磁辐射干扰引起，例如：过长的线缆铺设在装有照明线缆的电缆桥架中，或靠近继电器及其他电磁干扰源设备 —— 这也是应避免使用过长天线线缆的重要原因。若必须在干扰环境中布设线缆，可将线缆穿入铁质水管并将水管一端接地（需注意：线缆与水管之间不应存在电气连接）。
 
在如今的专业制作环境中，常见的噪声源还包括 LED 显示屏、LED 照明设备，以及其他使用相同频段的传输设备（如自动化控制系统）。