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無線中継器は、無線受信機と無線送信機を組み合わせたもので、信号を受信して再送信することで、双方向無線信号がより遠くまで届くようにします。高所に設置された中継器は、通常は互いに見通し線伝搬範囲外にある2つの移動局が通信できるようにします。 [ 1 ]中継器は、業務用、商用、政府機関の移動無線システムだけでなく、アマチュア無線にも使用されています。
中継器システムは2つの異なる無線周波数を使用します。移動局は一方の周波数で送信し、中継局はその送信を受信してもう一方の周波数で送信します。中継器は信号を受信すると同時に送信する必要があり、送受信に同じアンテナを使用する場合もあるため、受信機が送信信号によって過負荷にならないように周波数選択フィルタが必要です。一部の中継器は、入力と出力の分離を確保するため、または利便性のために、2つの異なる周波数帯域を使用します。
通信衛星において、トランスポンダは同様の機能を果たすが、必ずしも中継された信号を復調するとは限らない。
中継器とは、通常、山頂、高層ビル、または無線塔に設置される自動無線中継局のことです。距離や障害物によって直接通信できない2つ以上の基地局、移動局、または携帯局間の通信を可能にします。
中継器は、ある無線周波数（「入力」周波数）で信号を受信し、復調した後、同時にその情報を「出力」周波数で再送信します。中継器を使用するすべての局は、中継器の入力周波数で送信し、出力周波数で受信します。中継器は通常、他の無線機よりも高い場所に設置されるため、通信範囲が大幅に拡大されます。
送信機と受信機は同時に動作するため、中継器自身の送信機が受信機の性能を低下させないように、両者を分離する必要があります。中継器の送信機と受信機が適切に分離されていない場合、中継器自身の送信機が受信機の感度を低下させてしまいます。これは、ロックコンサートでバンドの演奏音が大きすぎて、会話の微弱な信号が聞こえない状況に似ています。
一般的に、受信機を送信機から分離するには、入力周波数と出力周波数の分離を可能な限り最大化することが有効である。
中継器を介して通信する場合、移動局は中継器の出力周波数とは異なる周波数で送信する必要があります。中継器サイトは（2つの異なる周波数で）同時受信と送信が可能である必要がありますが、移動局は受信と送信を交互に行う1つのモードで動作できるため、中継器サイトで必要となるような大型で高価なフィルタは不要です。移動局には、同じ周波数で送受信を行う「トークアラウンド」モードを選択できるオプションがあり、これは移動局の通信範囲内でのローカル通信に使用されることがあります。
無線中継器における入力周波数と出力周波数の間隔に関する決まったルールはありません。受信機と送信機の間で十分なアイソレーションが得られるような間隔であれば、どのような間隔でも機能します。
一部の国では、一部の無線サービスにおいて、システムライセンスで義務付けられている合意された慣例や分離が存在します。例えば、米国における入力周波数と出力周波数の場合、次のようになります。
これらはほんの一例です。運用システムにおいては、入力周波数と出力周波数の間には、他にも多くの分離や間隔が存在します。
同一帯域リピーターは、入力周波数と出力周波数が同じ周波数帯域で動作します。例えば、米国では双方向無線において、30～50MHz帯 と150～174MHz帯がそれぞれ1つの帯域と2つの帯域に分けられます。入力周波数が33.980MHz 、出力周波数が46.140MHzの リピーターは、同一帯域リピーターです。
同一周波数帯の中継器において、設計上の重要な課題は、中継器自身の送信機が受信機に干渉しないようにすることです。送信機と入力周波数受信機間の結合を低減することをアイソレーションと呼びます。
同一帯域リピーターでは、送信機と受信機の間のアイソレーションは、単一のアンテナとデュプレクサと呼ばれるデバイスを使用することで実現できます。このデバイスは、アンテナに接続された同調フィルタです。この例では、バンドパスデュプレクサと呼ばれるタイプのデバイスを考えてみましょう。これは、周波数帯域（または狭い範囲）を通過させます。[ 4 ]
デュプレクサフィルタには 2 つのレッグがあり、一方は入力周波数を通過させるように調整され、もう一方は出力周波数を通過させるように調整されています。フィルタの両方のレッグはアンテナに接続されています。リピーター受信機は受信レッグに接続され、送信機は送信レッグに接続されます。デュプレクサは、送信機による受信機の感度低下を 2 つの方法で防止します。[ 4 ] 1 番目に、受信レッグは受信機入力で送信機の搬送波を大きく減衰させ (通常 90～100 dB)、搬送波が受信機のフロントエンドを過負荷 (ブロック) するのを防ぎます。2 番目に、送信レッグは受信周波数で送信機の広帯域ノイズを減衰させ、これも通常 90～100 dB 減衰します。送信機と受信機が異なる周波数にあるため、単一のアンテナで同時に動作できます。
ベルトランによれば、「無線中継局はほぼ必ず空洞フィルタを使用する」とのことである。その利点としては、非常に高いQ値と高電力レベルに対応できることが挙げられる。これらのフィルタは空洞共振器である。円筒がインダクタンスを提供し、チューニングノブ付きのコンデンサを囲んでいる。[ 4 ]
機器設置場所が混雑している場合、各中継器に個別のアンテナを設置するのに十分なタワースペースがないことがよくあります。設計済みの共有機器設置場所にある同一帯域の中継器では、中継器を共有アンテナシステムに接続できます。これはトランキングシステムでよく見られるもので、1つのトランキングシステムで最大29台の中継器が同じ場所に設置される場合があります。（iDENサイトなどの一部のアーキテクチャでは、29台を超える中継器が設置される場合もあります。）
共有システムでは、受信アンテナは通常、アンテナタワーの最上部に設置されます。受信アンテナを最上部に設置することで、受信アンテナが低い位置にある場合よりも弱い受信信号も捉えやすくなります。受信信号をアンテナから分岐させることで、1つのアンテナから複数の受信機が十分に動作できるようになります。受信機マルチカプラと呼ばれるデバイスは、アンテナからの信号を複数の受信機接続に分岐させます。マルチカプラはアンテナに到達する信号を増幅し、それを複数の受信機に供給することで、電力分配器（またはスプリッタ）での損失を補おうとします。これらはケーブルテレビのスプリッタと同様の動作をしますが、強い干渉信号が存在する環境でも動作するように、より高い品質基準で製造する必要があります。
送信側では、送信アンテナは受信アンテナの真下に設置されます。送信アンテナと受信アンテナ間の距離によって電気的な関係が定義されます。送信アンテナが受信アンテナの真下、かつ最小距離を超えた位置にある場合、望ましいヌル点が得られます。送信アンテナを受信アンテナの真下、かつ中心線上に設置することで、低グレードのデュプレクサとほぼ同等のアイソレーション（約-60デシベル）を実現できます。コンバイナと呼ばれるフィルタを使用することで、複数の送信機を同じアンテナに接続できます。送信機には通常、フィルタとともに指向性デバイスが設置されており、アンテナが故障した場合に反射電力を遮断します。アンテナは、接続されているすべての送信機のエネルギーの合計を同時に処理できる電力定格を備えている必要があります。
送信機合成システムは損失があります。経験則として、合成器の各レッグでは50%（3デシベル）の電力損失が発生します。2台の送信機が合成器を介して1本のアンテナに接続されている場合、その電力の半分が合成器の出力に到達します（これはすべてが正常に動作していることを前提としています）。4台の送信機が1本のアンテナに接続されている場合、各送信機の電力の4分の1が合成回路の出力に到達します。この損失の一部は、アンテナのゲインを上げることで補うことができます。アンテナへの送信電力が50ワットの場合、遠方の移動無線機での受信信号強度は、100ワットの場合とほぼ同じになります。
多数のチャネルを持つトランキングシステムでは、ネットワークの合成損失を低減するために、サイト設計に複数の送信アンテナが含まれる場合があります。たとえば、6チャネルのトランキングシステムでは、2つの送信アンテナがあり、それぞれの送信アンテナに3つの送信機が接続される場合があります。わずかな変動がすべてのアンテナに影響を与えるため、各アンテナはわずかに異なる指向性パターンを持ちます。各アンテナは、タワーや他の近くのアンテナと異なる相互作用をします。受信信号レベルを測定すると、単一のトランキングシステム上のチャネル間で変動が生じます。1つのトランキングシステム上のチャネル間の信号強度の変動は、次の原因によっても引き起こされる可能性があります。
クロスバンドリピーターは、政府のトランキング無線システムの一部となる場合があります。あるコミュニティがトランキングシステムを使用し、隣接するコミュニティが従来型システムを使用している場合、トークグループまたは機関・艦隊・サブ艦隊を指定して、他のコミュニティと通信することができます。例えば、コミュニティが153.755 MHzを使用している場合、トランキングシステムのトークグループで送信すると、153.755 MHzでリピーターが送信されます 。153.755 MHzで基地局が受信した信号は、 割り当てられたトークグループを介してトランキングシステムで送信されます。
従来の政府機関のシステムでは、異なる周波数帯の無線システムを使用する2つの機関を接続するために、クロスバンドリピーターが使用されることがあります。例えば、コロラド州の消防署は46MHz帯の チャンネルを使用し、警察署は154MHz 帯のチャンネルを使用していたため、両機関間の通信を可能にするためにクロスバンドリピーターが構築されました。
一方のシステムがシンプレックス方式の場合、リピーターには、送信機が双方向で同時にキーイングを行わないようにするロジック回路が必要です。互換性のない基地局を接続するために、送信機キーイングマトリックスを備えた投票コンパレータが使用されることがあります。
古いシステムの記録を調べると、規制で許可されている米国のすべてのラジオサービスでクロスバンド商用システムの例が見つかりました。カリフォルニア州では、クロスバンド中継器を使用する特定のシステムが少なくとも1960年代から存在しています。クロスバンドシステムの歴史的な例には次のものがあります。[ 5 ]
商用システムでは、1980年代初頭に、メーカーは公共安全システムに適した仕様のクロスバンド移動無線機器の製造を中止しました。当時、新しい無線機器が入手できなかったため、一部のシステムは解体されました。散在性E型電離層ダクト効果により、 夏季には46MHz以下の周波数が使用できなくなることがあります。
数十年にわたり、クロスバンドリピーターは固定リンクとして使用されてきました。これらのリンクは、遠隔地の基地局を遠隔制御したり、ダイバーシティ（投票）受信機サイトからダイバーシティ合成システム（投票コンパレータ）に音声を送信したりするために使用できます。一部の旧来のリンクは、米国の150～170MHz 帯で使用されています。米国連邦通信委員会の規則変更により、1970年代以降、150MHz帯のリンクは許可されなくなりました。新しいリンクは、72～76MHz （ミッドバンド）、450～470MHzの中間チャネル、または900MHz帯のリンク でより多く見られます。これらのリンクは、米国の免許制度では固定局と呼ばれ、通常は機器サイトと指令所を接続します。
現代のアマチュア無線機には、無線トランシーバーに内蔵されたクロスバンドリピート機能が搭載されている場合がある。
商用システムでは、クロスバンドリピーターが車載リピーターで使用されることがあります。例えば、150MHz 帯の携帯無線機が、車両搭載型の低出力トランシーバーと通信する場合です。低出力トランシーバーは、携帯無線機からの送信を、より長距離の通信が可能な車両の高出力移動無線機に中継します。このようなシステムでは、携帯無線機は低出力移動無線機の通信範囲内にある限り動作します。移動無線機は通常、携帯無線機とは異なる周波数帯を使用することで、移動無線機の送信機が携帯無線機から車両への通信に干渉する可能性を低減しています。
これらのシステムには、難しい技術的な問題があります。同じ場所に2台の車載無線機を設置する場合、1台の携帯無線機が2台以上の移動無線機を同時に起動させないように、何らかのプロトコルを確立する必要があります。モトローラはPAC*RTで階層システムを採用しており、各中継器は電源投入時にトーン信号を送信するため、現場で最後に電源が入った中継器が使用されます。これは、複数の中継器が同時に起動しないようにするためです。
車載中継器は複雑ですが、広範囲をカバーし、携帯無線機の微弱な信号レベルに対応するシステムを設計するよりも費用を抑えることができます。無線信号のいくつかのモデルでは、携帯無線機の送信機は、送信出力が同程度の移動無線機に比べて、基地局で受信される信号が1～2桁（10～20デシベル、つまり10～100分の1）弱いとされています。
無線中継器は通常、その本来の目的に対して最大限の効果を発揮できる場所に設置されます。
主に英国で普及しているコミュニティ無線システムは、通常、地域住民や企業が利用するコミュニティ無線中継器（アマチュア無線中継器に類似）で構成され、市民イベント、店舗監視、パブ監視、近隣防犯、地域活動などに活用されています。大都市では、商業利用とコミュニティ利用を分けた別々のシステムが一般的に使用されています。一方、小規模な町では、単一のシステムが地域全体で利用されるのが一般的です。