对讲机是如何工作的

由:内森钱德勒

2008年,美国总统乔治·w·布什在参观环球科技公司时用对讲机讲话。"width=
2008年,美国总统乔治·w·布什在参观环球科技公司时用对讲机讲话。
©MANDEL NGAN/AFP/Getty Images

手机技术的发展速度让人神魂颠倒。但手机仍然只是非常花哨的收音机,它们有一个阿喀琉斯之踵——如果没有附近的蜂窝信号塔网络,它们将完全无能为力。对讲机吗?这些老式收音机使得在手机无法使用的地方进行短程无线通信成为可能。

对讲机是一种无线的手持收音机,体积小到几乎可以带到任何地方。它们看起来很像无绳电话,机身包括麦克风、扬声器和天线。与电话不同的是,步话机的扬声器和麦克风并排放置,说话者的声音要大得多,所以在听力范围内的任何人都能跟上谈话。

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对讲机是电池供电的收发器这意味着它们可以发送和接收无线电信息。他们有一个半双工传输信道,这表示一个信道上的一个对讲机在同一时间只能发送一个信号,尽管许多收音机可以接收同一信号。换句话说,与手机不同的是,对讲机使用的是一种按键式通话(PTT)系统——你必须按下一个按钮才能说话,然后你必须松开这个按钮才能听到来自其他单位的声音。

因为你不必每次都要拨一个号码,步话机使用起来又快又方便。最重要的是,他们不依赖挑剔手机信号。这些手机可以直接相互传输,所以在自然灾害或停电期间,当手机网络失效时,它们仍然可以工作。它们主要是为短距离通信而设计的,在短距离通信中,人群之间的距离不超过几英里。

企业使用对讲机,使员工可以在室内和室外的建筑物内和周围高效地聊天。野外爱好者们随身携带对讲机,这样他们在徒步旅行或外出打猎时就可以保持联系,因为那里的手机覆盖年龄是不存在的。甚至连婴儿监护仪都采用单向对讲机技术,这样你就能知道孩子是睡着了还是想逃跑。

继续往下读,你就会明白它们是如何发展起来的,以及为什么它们是如此重要的交流工具。

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对讲机的内部工作原理

所有的对讲机都具有相同的基本部件。这些包括扬声器,麦克风,电池、天线、一些电路,当然还有标志性的PTT按钮。这些部分协同工作,产生有用的无线电信号。

假设你和一群朋友在一条偏僻的河流上泛舟,那里没有手机信号。你可以按下收音机上的PTT键与群组成员聊天。当你说话时,步话机会把你的声音转换成无线电信号。这些信号是电磁频谱,因此,它们以光速(每秒18.6万英里,或299338公里)传播到范围内同一频道的所有其他无线电设备。

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如果你不了解无线电技术基础知识,一定要阅读无线电工作原理.但简而言之,无线电以数百万种可能的频率发射和接收信号,这些频率以赫兹(周期每秒)为单位表示。这些单位通常是千赫(KHz)和兆赫(MHz)。现代的数字对讲机可以在几十种可能的情况下工作渠道(或频段),所以为了和你的伙伴们交流,你需要在下河之前确保所有人都使用同一个频道。

所有的对讲机都是按特定的无线电频率设计的。在美国,指定供公众使用的主要频率称为家庭无线电服务(FRS)及一般流动无线电服务(巨磁电阻).FRS或GMRS无线电工作频率在460-MHz范围内。政府还为企业使用设置了频率,称为商业带,包括频率在450至470兆赫之间。

频率的供应是有限的,尤其是在公共水平,所以气道经常被过多的信号同时堵塞,这可能会导致干扰.你很快就会读到,很多步话机都有过滤他人不需要的信号的功能。尽管如此,无线电信号经常由于天气或其他电磁异常而奇怪地反弹,这就是为什么有时他们会无意中接收到其他信号,比如在西弗吉尼亚州的案例中,卡车司机在使用CB收音机时,婴儿监视器吐出了脏话[来源:NBC新闻]。

稍后您将更多地了解如何过滤信号。现在,让我们回到对讲机的出现,以及它们是如何开始变得如此受欢迎的。

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无线世界大战

1942年6月,英国首相温斯顿·丘吉尔在访问杰克逊堡时用对讲机讲话。"width=
1942年6月,英国首相温斯顿·丘吉尔在访问杰克逊堡时用对讲机讲话。
©Bettmann / CORBIS

与众多新兴技术一样,正是战争推动步话机在短时间内从原型机走向大规模应用。在第二次世界大战期间,美国和盟军率先将这种新奇的无线电广泛应用。

在20世纪30年代末,有几个小组在研究这种类型的收音机,所以不可能把对讲机的确切起源归因于一个人或一个公司。无线电工程师艾尔·格罗斯(Al Gross)和加拿大发明家唐纳德·亨斯(Donald Hings)走在了这一技术浪潮的前沿,加文制造公司(Gavin Manufacturing Company)的研究小组也走在了这一浪潮的前沿,该公司现在被称为摩托罗拉(Motorola)。

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就在1940年之前,摩托罗拉生产了一种便携式调幅无线电收发机手提式步谈机.这是一个基于am的系统(频率从3到6兆赫)。它是有效的,但它容易降低信号质量,这意味着静态和干扰经常使通信受挫。

摩托罗拉的SCR-300是第一款大规模投入战场的产品,也是第一款被贴上对讲机标签的产品。SCR-300也是一种基于调频的设备(40到48兆赫),比调幅更抗干扰。它也有更好的航程,大约3到5英里(4.8到8公里)。

基于调频的无线电信号提供了优点压碎的一堆,这只是意味着演讲者一直沉默,直到收到信号。在静音功能出现之前,监视调幅信号的无线电操作员必须长时间忍受使大脑和耳朵麻木的静电,因为他们所监视的频道没有人在传输信号。

SCR-300并不像一般口袋大小的手机那么方便智能手机.它需要一个背包,里面装着电池、电子设备和一个33英寸(84厘米)的天线,所有这些东西总计超过30磅(13.6公斤)。背着这东西,试着躲过纳粹的子弹和炸弹。

尽管其重量,该部队在战区是坚固和可靠的,数以万计的他们部署在太平洋和欧洲战区的部队。最终的结果是,部队可以比以往任何时候更有效地沟通和协调其活动。

二战后,对讲机技术成为主流。军用版本变得更小、更轻、更强大。业余无线电爱好者纷纷使用步话机。消费者级的版本也出现了,价格也可以接受,这使得它们可以完美地用于房屋周围、野外的基本通信,甚至可以作为玩具。

不管你用它做什么,对讲机的工作原理都差不多。继续往下读,看看这些无线通话的奇迹是如何变魔术的。

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频率是多少,肯尼斯?

所有的对讲机都是在特定的频率上工作的,政府(在美国,联邦通信委员会或FCC)为不同类型的传输保留了特定的频率。例如,警察和消防队员都有自己的频率,这样商业和公共信号就不会干扰紧急通信。所以你可以继续,放下你的消防水管和你用锡纸做的徽章——当局不想让你在他们的频道上捣乱。

如你所知,FRS和GMRS频率是为公共传输而制作的。FRS和GMRS信道在某些频率上重叠,但实际访问这些信道的无线电有一些明显的差异。

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FRS手机配有固定天线,且功率限制在0.5瓦,这使得它们的功率非常低,通常只能在几百英尺的范围内工作,所以你不太可能广播会干扰几个街区外邻居的生活。这种对讲机只是个人使用的设备,任何人都可以以任何理由通过FRS波段进行传输。

GMRS设备的功率可以大得多,最高可达5瓦,与使用所有主要功能的智能手机的耗电量相当。更重要的是,GMRS系统可以使用中继器这是一种提高无线电信号范围的设备。在任何情况下,GMRS设备总是比只有frs的手机具有更好的范围。

请记住,有很多混合FRS/GMRS收音机可供选择。这些对讲机可以让你在两组频道上传送。然而,当你用FRS传输时,手机的功率会自动下降到0.5瓦。

GMRS和FRS之间还有一个关键的区别,尽管任何人都可以使用FRS频道,但只有获得许可的无线电运营商才允许使用GMRS频率。

这是因为这些无线电更强大,更容易造成相互干扰。

许可只是减少GMRS通道拥塞的一种方法。然而,许多人使用GMRS收音机,无视许可证要求,因为FCC一般不会执行这些规定。

FRS和GMRS是北美通信标准。在欧洲,步话机大多使用PMR446,或约440mhz的频率。你不能用PM446收音机在FRS或GMRS上工作,反之亦然。尝试一下都是违法的。因此,当你在国外旅行时,检查一下你的收音机是否在合法的频率上工作是没有坏处的。在极端情况下,通过错误的渠道非法传输信息可能会导致罚款甚至坐牢。

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现实世界的收音机

儿童对讲机的基本部件与大人使用的相同。"width=
儿童对讲机的基本部件与大人使用的相同。
©Sean Justice/Corbis

说了这么多关于频率和瓦数的内容,你可能会想知道对讲机在现实世界中的使用范围。商用级的对讲机有足够的功率,在理想的情况下可以运行几英里。但是由于有很多产品的规格,制造商往往会过分夸大他们的对讲机的范围,有时声称它们可以工作20英里(32公里)以上。

但在有建筑物、小山、树木或任何障碍物的地区,预计工作范围会迅速下降。在非常拥挤的地区,即使是质量好的收音机也可能在几百英尺的范围内发挥最大作用。

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一旦你在另一个手机的范围内,仍然需要进行适当的对讲机对话。因为一次只能有一个人说话,每个步话机操作员都需要知道规则。例如,说“结束”表示你已经说完了,正在等待回复。或者,通过说“over and out”,你是在告诉听众你已经结束了你的传输,谈话结束了。这些所谓的语音程序是必要的,以防止人们在传输过程中互相交谈。

随着步话机的功能越来越先进,一些语言技巧变得不那么必要了。例如,当你松开PTT按钮时,有些收音机会发出嘟嘟声,实际上是用自动音调代替了“结束”。

无线电词汇对无线电新手来说可能是一种陌生的语言。但更奇怪的是什么呢?你的手机里传来陌生人的声音。

如果另一个人广播都在你的收听范围内,而且刚好被设置到同一个频道,你就有机会听到他或她在说什么,反之亦然。为了防止这种情况,你的团队可以选择一个不同的频道,或者你可以投资对讲机CTCSS(连续音编码压制系统)或DCS(数字编码压制)编码。

这种编码不是加密毕竟,这种功能只有在军用级别的收音机中才能找到。相反,编码只是一种过滤。换句话说,你的收音机的扬声器只有当它从另一个收音机接收到在它的信息之前带有特定音调组合的信号时才会激活。当然,你们小组的无线电必须使用相同的隐私代码才能相互协作。

即使有了隐私代码,对讲机的对话也绝不安全。把这些传输看作是公开的电话通话。在广播中吐槽怪异的咆哮或私人细节违反了基本的广播礼仪,可能会引起恼怒的用户不必要的注意。

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走对讲机

随着复杂的智能手机不断普及,很容易理解为什么有些人会认为对讲机是过时的技术。当你考虑到现在许多智能手机应用程序模拟对讲机PTT功能时,这一点尤其正确。

但即使有了这些应用程序,手机也与步话机完全不同。手机会永远被依赖细胞发射塔,即使有这些应用程序,它们也不能提供步话机那样的即时通信。对于户外爱好者或任何其他游离于手机网络范围之外的人来说,这些手持收音机是无可替代的。

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更重要的是,对讲机制造商正在不断改进他们的产品,甚至把它们与智能手机的流行联系起来。例如,眼镜蛇电子公司生产蓝牙-支持手机功能,可通过手机拨打和接听电话。因此,当你从急流中跌落时,你的手机可以安全地放在一边,而你可以用对讲机打电话。

眼镜蛇还为一些型号配备了倒带按钮。因此,如果你错过了传输的部分内容,你可以按下这个按钮,听到最多20秒的音频,这意味着你不必要求发送者重复信息。

功率和灵敏度继续提高,价格继续下降。如果你愿意花更多钱呢?你会得到更大的手机,有更多的手动控制,还有——同样重要的是——更大的电池,续航时间更长。

越来越多的对讲机也配备了坚固耐用的部件,这样它们就能经受住户外的恶劣环境。许多是防水的,有些甚至可以浮在水面上。现在很多型号都有语音激活功能(VOX),你甚至不需要按下按钮就可以开始说话。

所有这些进步都说明了对讲机的持续相关性和实用性。对于一种有几十年历史的无线电技术来说,这是一种严重的寿命,尤其是面对如此多的新通信设备。目前,对讲机和基于无线电的同类设备将继续存在。在…和了。

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更多信息

作者注:对讲机的工作原理

我小时候有一对蜘蛛侠对讲机。我们常常和他们在院子里跑来跑去,假装我们正在蒲公英丛中协调一场史诗般的战斗。但通常情况下,这些游戏会突然结束,因为我们在持续存在的静电中听不到彼此的说话。如今,对讲机的灵敏度和功能都要高得多,只要配上一对高质量的对讲机(当然,还要有适当的GMRS许可证),你就可以在几英里外执行战术操作。只是上面不会有酷炫的蜘蛛侠标志。

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