移动通信课程设计说明书

移动通信

设计说明书

双工器设计

起止日期： 2013年 12 月 1 日 至 2013年 12 月 7 日

学班学成

生姓名 级 号 绩

张 闵 通信工程102 10408200235

指导教师(签字)

计算机与通信学院 2013年 12 月 7 日

课题名称 组 长 课 题 的 主 要 内 容 及任务 具体任务 时间安排与完成情况 张闵 双工器设计 同组人员 人数 6 罗双祎、阙尧、何煌、李加喜、汪刚 一、设计内容 1．设计双工器； 2．测试并分析双工器的的频率特性。 二、设计任务 1.理解双工器的原理，设计一双工器基本框图； 2.用实验仪测试发射机、接收机和天线之间的各种特性。 三、设计工作量 设计一完整的双工器的并以实验仪自带的BS、MS发射机作高频信号源，用示波器测量双工器频率特性，包括发射机→天线传输特性，发射机→接收机衰减特性，天线→接收机传输特性及天线→发射机衰减特性。并画出各个特性对应的特性曲线。 查阅资料了解双工器的工作原理。分配组员任务。 2013.12.01 集体针对设计进行分析、讨论，确定好分工，明确设计进度，以及对设计总体上有个了解。（完成） 2013.12.02各组员针对自己的任务，查找相关资料，完成各自相关部分。（完成） 2013.12.03-04完成原理框图的设计、画出相应的电路图。完成元器件的选型和有关电路的选用，涉及到电路的要求进行说明。（完成） 2013.12.05-06进行可行性分析，对有错或不佳的地方加以改正。（完成） 2013.12.07 最后分析整理，书写课程设计报告。（完成） - 1 -

一、技术原理 移动通信设备的收发信机一般都共用一根天线。单工电台用继电器开关或电子开关切换天线，使之交替连接接收机及发射机。而双工电台收发信机则通过双工器共用一根天线，使收、发通信互不影响，如图1所示。 在频分双工体制下，收、发信频率之间通常要遵守表1规定的频率间隔。由表1可见，双工收发频率必须有足够大的相对频率间隔，才可能制造出具有良好收发频率隔离的双工器。 双工器应具有良好的收发频率隔离特性，即收发信号各行其道，不影响对方电路的正常工作：发射信号经过双工器只到达天线，而不串入接收机；天线收到的信号只到达接收机，而不串入发射机，这两方面性能要求前者更为重要一些。若发射机信号串入接收机，会产生两个不利影响：一是发射频率的强信号使接收机前级产生阻塞，甚至将其烧毁；二是发射信号的边带噪声落入接收机通带内，使接收机输出信噪比恶化。这两方面的影响都会使接收机在双工工作时接收灵敏度下降。 双工器电路有图2所示的带阻型及带通型两类，都是通过滤波将收、发信号区分开来，其工作原理一目了然。 双工器的带通、带阻滤波器，对45MHz频段由集总参数L、C元件谐振电路或声表面波滤波器来实现，150MHz以上频段通常使用分布参数的同轴线谐振腔或螺旋谐振腔。同轴线谐振腔是一端短路的λ/4同轴线，其开路端处于并联谐振状态。若将λ/4同轴线的内导体做成螺旋状，外导体做成空腔，则缩小了同轴线谐振腔的体积，性能又基本不变，这称为螺旋谐振腔，由它构成的滤波器称为螺旋滤波器，是VHF/UHF双工器广泛采用的电路。 二 设计设备 1．移动通信实验系统1台：实验仪BS、MS两套收发信机各有一个双工器，双工器有接至接收机(Rx)、发射机(Tx)、天线(ANT)及地(GND)的四个端口，如图 - 2 -

1所示。BS收发信机双工器(FL2)的这四个端口分别引至四个观测点TP101、TP102、TP103、TP109，分别对应于ANT、Tx、Rx及GND，以方便用示波器观测该双工器特性。 2．100M（或60M）双踪示波器1 台：观测信号波形测量信号的峰峰值Vp-p 三 设计步骤 1、测量双工器发射信号传输特性 1．按单台实验仪配置实验系统。 2．打开实验系统电源。利用“前”或“后”键、“确认”键进入实验十四操作界面，如图3所示。 3．利用“前”或“后”键选择“发射传输特性”测试。按一下“PTT”键BS发信机发射。 4．按“+”或“-”键置收发信机工作于某一频道。 5．用示波器测量双工器Tx端发射信号幅度VTx（电压峰-峰值）。 6．用示波器测量双工器ANT端发射信号幅度VANT（电压峰-峰值）。 7．用示波器测量双工器Rx端发射信号幅度VRx（电压峰-峰值）。 8．重复步骤4-7，测量20个频道双工器三个端口发射信号幅度，并记录在表2中。测量完毕再按一下“PTT”键关闭BS发信机。 9．计算被测双工器发射机→天线传输特性20log(VANT／VTx)及发射机→接收机衰减特性201og(VRx/VTx)。 2、测量双工器接收信号传输特性 1．同上一步骤中的1、2。将实验仪的BS、MS收发信机天线ANTB、ANTM用耦合插接线短接。 - 3 -

2．利用“前”或“后”键选择“接收传输特性”测试。按一下“PTT”键MS发信机发射。 3．按上一步骤4-8类似步骤，用示波器测出TRx-BS双工器的ANT、Rx及Tx端口接收射频信号辐度（电压峰-峰值），记录在表3中。测量完毕再按一下“PTT”键关闭MS发信机。并计算出天线→接收机传输特性20log(VRx／VANT)及天线→发射机衰减特性20log(VTx／VANT)。 四 设计过程数据测试和结果分析 设计数据及结果分析表格见附件。 五 心得体会 本课程设计的主要目的是双工器的设计。通过设计双工器，我们不仅在理论知识学习方面有所受益，还在生活实践方面有所提高。总而言之，双工器的设计的课程设计使我们受益匪浅。 课程设计的过程中，整个过程都是比较困难的，原因就是因为先前移动通信学习得不够深入，没有能够从真正意义上理解移动通信的精髓。因此在课程设计的过程中我一边实验，一边对移动通信进行学习。在课程设计结束的时候，我们不仅对移动通信这门课程产生可很大兴趣，而且对移动通信的一些理论知识有了更深一层次理解。 这次课程设计，我真的学到了很多的知识。学习理论与实践操作都是很重要的，我们要在学习中理解理论的含义，然后在实践中将理论实现，从而更深层次的理解基础理论。同时要加深自学的能力，在最短的时间内学会自己必须懂得的知识，这样我们将来在社会生活中才有较强的竞争力。

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RxANTDPXGNDTx

图1 双工器与接收机、发射机及天线连接示意图

工作频段（MHz） 45 150 450 900 双工频率间隔3 5.7 10 45 （MHz） 表1 双工收发频率间隔

RxfR带阻带阻fT滤波器滤波器TxfTfR(a) 带阻型双工器RxfR带通带通fT滤波器滤波器TxfRfT(b) 带通型双工器图2 两种类型双工器

14.双工器频道:CH01发射传输特性接收传输特性 图3 实验操作界面

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CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 VTx VANT VRx FTx 20log(VANT/VTx) 20log(VRx/VTx) （mVp-(mVp-p(mVp-p(MHz) (dB) (dB) ) ) p） 46.000 116 68 76 -4.63898 -3.67289 46.025 112 72 80 -3.83771 -2.92256 46.050 116 72 76 -4.14251 -3.67289 46.075 104 60 76 -4.77764 -2.72439 46.100 116 64 68 -5.16556 -4.63898 46.125 112 72 76 -3.83771 -3.36809 46.150 120 72 80 -4.43697 -3.52183 46.175 124 72 96 -4.72178 -2.22301 46.200 104 80 72 -2.27887 -3.19402 46.225 120 76 76 -3.96735 -3.96735 46.250 108 68 72 -4.0183 -3.52183 46.275 136 76 76 -5.05451 -5.05451 46.300 124 92 80 -2.59268 -3.80663 46.325 116 68 84 -4.63898 -2.80357 46.350 112 92 80 -1.7086 -2.92256 46.375 128 100 96 -2.1442 -2.49877 46.400 156 88 76 -4.97284 -6.24622 46.425 104 84 80 -1.85508 -2.27887 46.450 124 84 92 -3.38285 -2.59268 46.475 112 80 80 -2.92256 -2.92256 表2 BS收发信机双工器发射机→天线及发射机→接收机传输特性

图4 发射机→天线传输特性曲线

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图5 发射机→接收机衰减特性曲线

CH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

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fRx (MHz) 49.000 49.025 49.050 49.075 49.100 49.125 49.150 49.175 49.200 49.225 49.250 49.275 49.300 49.325 49.350 49.375 49.400 49.425 49.450 49.475 VANT VRx VTx 20log(VRx/20log(VTx/VANT) （mV(mVp-p(mVp-pVANT) (dB) ) ) (dB) p-p） 190 16 12 -21.4927 -23.9914 194 16 12 -21.6736 -24.1724 194 18 12 -20.6506 -24.1724 196 18 12 -20.7397 -24.2615 196 18 12 -20.7397 -24.2615 198 20 12 -19.9127 -24.3497 198 20 12 -19.9127 -24.3497 200 22 12 -19.1721 -24.437 202 22 12 -19.2586 -24.5234 202 24 10 -18.5028 -26.107 202 24 10 -18.5028 -26.107 202 26 12 -17.8076 -26.5234 204 26 10 -17.8931 -26.1926 202 26 10 -17.8076 -26.107 200 28 10 -17.0774 -26.0206 200 28 10 -17.0774 -26.0206 200 28 10 -17.0774 -26.0206 204 28 10 -17.2494 -26.1926 202 30 10 -16.5646 -26.107 204 32 10 -16.0896 -26.1926 表3 BS收发信机双工器天线→接收机及天线→发射机传输特性

图6 天线→接收机传输特性曲线

图7 天线→发射机衰减特性曲线

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