无源微波中继器

微波中继技术在二战后因其高容量和低成本而迅速普及，但其视线传播的特性在山区等复杂地形中遇到了巨大挑战。为解决此问题，詹姆斯和乔治·克雷茨伯格兄弟于1956年创立了 Microflect 公司，发明了无源微波中继器，即一种无需供电的巨型“无线电反射镜”。这种设备通过简单地反射和重定向微波信号，为偏远地区提供了经济高效的通信解决方案。尽管后来被光纤和更先进的有源中继器所取代，但这些巨大的铝制反射板作为一段独特的通信技术史遗迹，至今仍矗立在北美西部的山峦之间。

微波通信的兴起与局限

二战后，微波无线电技术迅速成为长途电话通信的主流，其提供的巨大带宽远超同轴电缆。AT&T 甚至称其跨大陆微波系统为“天路”（skyway）。然而，微波的优势也伴随着一个关键的限制：

• 高频短波: 微波信号频率高、波长短，使其传播方式基本限于直线传播。
• 视线要求: 信号传输距离可达四五十英里，但收发天线之间必须没有障碍物，即需要清晰的视线。
• 建设难题: 在50年代，有源中继站体积庞大，需要大量电力、冷却设备和频繁的人工维护。在偏远山区建设这样的站点成本极高，甚至不切实际。

在美国西部崎岖的地形中，为电话公司，特别是那些资金有限的小型或独立运营商，铺设通信线路一直是个巨大的挑战。传统的有源中继站方案过于昂贵。

“无线电反射镜”的诞生

面对山区通信的难题，蒙大拿电力公司的工程师詹姆斯·克雷茨伯格提出了一个创新的想法：用一面巨大的金属镜子来反射微波信号。

他与拥有飞机改装和制造经验的兄弟乔治合作，利用航空工程知识解决了关键技术问题，如确保反射板在各种天气下保持极高的平整度和刚性。

• 首次成功: 1955年，他们为蒙大拿电力公司制造了第一个无源中继器并取得成功。
• Microflect 公司成立: 1956年，兄弟二人在俄勒冈州塞勒姆成立了 Microflect 公司，开始商业化生产这种被称为无源中继器的“无线电反射镜”。

这些铝制“广告牌”无需电力，几乎不需要维护，并且对环境影响小，迅速成为在山区、恶劣天气和基础设施匮乏地区部署通信网络的理想选择。

无源中继器如何工作？

很多人难以理解一块平坦的金属板如何能像有源设备一样提供“增益”。Microflect 的工程师雷·斯洛尔曾给出一个直观的解释：

“人们普遍误认为抛物面天线（碟形天线）的增益来自于其聚焦特性……事实是，增益来自于其更大的投射孔径（即接收能量的有效面积）。聚焦只是将大孔径收集的能量转换到小孔径（馈源设备）的一种便捷方式。既然是投射孔径提供了增益，那么拥有巨大孔径的无源中继器自然也能提供高增益。”

简单来说，无源中继器就像一个巨大的捕手手套，它拦截了在空间中扩散的、范围更广的微波能量，然后将其重新定向发射出去。尽管其增益低于需要外部供电的有源中继器，但通过在终端站点使用功率更强的发射器或增益更高的天线，完全可以弥补这种差距。

主要应用与配置

Microflect 的无源中继器因其灵活性和成本优势而被广泛应用。

• 绕过障碍: 最常见的用法是在两个站点之间存在山脊或大型建筑物时，用一个反射板将信号“拐弯”绕过去。
• 穿越山口: 当信号需要直线穿越山口时，通常会采用两个反射板背靠背的“潜望镜”式配置，将信号引导至目的地。
• “苍蝇拍”天线: 在平坦地区，为了避免建造昂贵且笨重的高塔来承载天线，公司会将天线直接安装在设备房的屋顶上，垂直向上发射信号，然后在旁边一座轻型塔的顶部安装一个45度角的反射板，将信号水平反射出去。
• 降低环境影响: 由于无需道路和电线，且可以用直升机吊装，无源中继器对环境的破坏极小，尤其适用于国家公园和森林等敏感区域。

鼎盛与衰落

无源中继器在20世纪60至70年代达到顶峰，客户遍布贝尔系统、各大铁路公司和电力公司，甚至远销海外。从夏威夷到阿拉斯加，再到牙买加，这些巨大的金属板连接了无数个偏远社区。

然而，它们的辉煌时代相对短暂。到了80年代，光纤技术开始普及，其安装变得比以往任何时候都更容易。同时，有源中继设备变得小型化，太阳能光伏系统也使其在偏远地区独立供电成为可能。这些技术进步共同导致了无源中继器的市场迅速萎缩。

如今，大多数无源中继器已被废弃，静静地矗立在原地。由于缺乏商业价值且未被普遍认为是历史资源，许多已被拆除。它们代表了通信史上一个巧妙而务实的解决方案，是工程师们在特定技术时代背景下为克服自然障碍而创造的智慧结晶。