双工器介绍.doc

厦门市保通通信系统有限公司 浅谈无线中转台中的双工器浅谈无线中转台中的双工器介绍一下双工器的原理窗体顶端 双工器的结构 双工器，又称天线共用器，是一个比较特殊的双向三端滤波器。双工器既要将微弱的接受信号藕合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响一般的双工器由螺旋振腔体构成，由于其工作频率高，分布参数影响较大常做成一个密封套体，各信号馈线均用屏蔽效果较好的同轴电缆 腔体形材也要求一定的光洁度，为利于散热，外观常为黑色，三个信号端一般采用标准高频接插件Q9或L16型高频插座无线通讯对双工器的要求 双工器用于移动通信和在野外作为无人值守的中转台工作，其本身就决定了它的使用环境和工作条件。 首先，我们希望双工器的体积小巧、重量轻。目前由于双工器的体积和其它一些技术问题，用于手持无线电话机的双工器还未见报道。但对于车载无线电话机，汽车等所能提供的空间是有限的，且还有无线电话机的布线和散热问题要考虑，因而在满足其它技术指标的前提下，双工器的小型化非常有必要。 其次，双工器必须便于安装，尤其是对某些双工器与无线电话机分别安装时更是如此。且应当结构牢固、可*、紧凑，应能承受一定的冲击和振动，特别是用于一些地理环境比较差的地方的无线电话机。我们知道，目前的双工器大多是分布参数决定其工作频率等指标要求的，如双工器的结构不可*，则有可能导致无线电话机的整机指标恶化，甚至烧坏接收机，这一点尤为重要。再者，作为中转台有时使用环境比较恶劣，这就要求双工器也能在相应的工作温度范围以内能保证通讯质量。一般来讲，双工器应有明确的工作温度范围，并有温度变化的稳定性指标，以满足整机的使用要求。 1.工作频率及带宽 双工器的工作频率范围应当不窄于无线电话机本身的工作频率范围。通常我们所说的带宽，是指无线电话机配上双工器后接收机的输入带宽和发射机的输出带宽。对于双工器来讲，即是两个等效带阻滤波器的阻带带宽，而不是取决于通带带宽。从其频率响应曲线上看，即是两个阻带在一定衰减量时的频率范围，正如大家所知，现今的VHF、UHF无线电话机的本身，接收机的高频输入带宽一般都可在5MHz以上，发射机的高频输出带宽在10MHz以上。也就是说，无线电话机本身的高频输入、输出带宽都是比较宽的，因此要求双工器的带宽也应有一定的宽度，以克服用户在申报频率时因为带宽问题而造成的麻烦。然而，根据我国及国际上各国无线电频率管理部门的规定，用作双频双工组网的双工无线电话机，150MHz的收发频差为5.7MHz、450MHz时为10MHz 因而理想的双工器也只能是以上相应频段的无线电话机所规定的收发频差的一半，即150MHz为2.85MHz，450MHz时为5MHz。 2.隔离度 双工器的隔离度是指两个等效带阻滤波器的阻带衰减量，除一些特定的场合外，一般双工器的接收通道和发射通道中的阻带的衰减量，也即双工器的接收端和发射端至天线端的隔离度相当的。这一点使得双工器的生产厂家在生产管理上较为方便。因为我们所说的接收端和发射端，无非是工作频率高和低的区别，如双工器的工作频率不合适，甚至是在10MHz的另一端，则只需调整和改接一下即可，而不会影响使用效果。 通常，发射端的衰减量的考虑，是使得在强接收信号的情形下，接收频率信号对发射机不产生互调干扰，一般隔离度在60db以上时即可满足要求。 接收端的衰减度的考虑，是要足以阻止发射机到天线输出的射频功率到接收机的输入端来干扰接收机的正常工作，因而双工器的接收通道是一对应于整机发射频率的带阻滤波器。我们知道，中转台的发射功率都在25W以上，而接收灵敏度都在0.35UV左右。以此作为一个例子，也就是说，在双工器的发射通道和接收通道中，两者的电平相差约145db对于功率大一点，接收灵敏度较高一点的中转台则相差更大。为了不至于因发射功率而影响接收机的正常工作，要对发射功率在接收机的输入端进行一定量的衰减。一般来讲，除几个特殊的频点外，接收机的寄生抗扰性都在80db以上，当然，各种型号的中转台可能不一样，因而在考虑选用双工器之前应对无线电话机的寄生抗扰性这一指标，尤其是对于发射频率的频点上的寄生抗扰性进行测试并详细了解，以作为双工器指标确定的依据。从上面的例子则要求双工器的接收通道中对应于发射频率的频点上至少应具有145-80=65db的衰减量，才能基本满足要求，对于射频功率大，灵敏度高的中转台则要求更大一些，一般要在80db以上。 3.插入损耗 双工器的插入损耗是指对应于通道中，通带频点对有用信号的损耗。可用公式：10LgPiPO或20lgUiUo来表示。其中Pi、Ui表示进入双工器的信号功率或电平；Po、Uo表示从双工器出来的信号功率或电平。不言而喻，对于双工器来讲，插入损耗越小越好，特别是对发射通道而言，插入损耗小，有利于整机的输出功率的提高，效率提高，减少整机射频功放的发热量。国内双工器指标为1.2db以下，某些进口的产品中双工器的实际插入损耗在0.5db左右。如对于一台要求输出射频功率25W的中转台来说，假如所选用的双工器的插入损耗为0.5db，则要求整机射频功放输出28.1W的功率就可以了；但假如所选用的双工器的插入损耗为2db，则要求整机射频功放输出39.6W的功率。两者相差十多瓦。因而，插入损耗，特别是输入通道的插入损耗，也是一项非常重要的指标。 4.频率稳定度 双工器的频率稳定度应包括两个含义：一是本身结构的稳定性，使其分布参数具有一定的稳定度；二是其温度稳定性。 如前所述，双工器是一个分布参数的腔体滤波器，其频率响应曲线决定于腔体的分布参数。我们要求移动通信中使用的双工器应在-2555的温度范围内具有相当的频率稳定度，不至于影响无线电话机的通讯效果，也就是说双工器的频率响应曲线应在相应的温度范围内保持其要求的频谱位置和曲线形状，通常的双工器在工作温度范围内应具有优于+55ppm的稳定度，才能满足无线电话机的使用要求。 5.其它指标 双工器除以上讨论的指标外，还有特性阻抗，最大输入功率，驻波比等。最大输入功率是一个双工器所能承受的最大的输入功率，是双工器的一个使用安全性指标。无线电话机的天线输入阻抗和发射机的输出阻抗均为50，因而要求双工器的阻抗也应为50，为保证整机的安全性和通信效果，通常双工器的驻波比在1.4以下。 值得指出的是双工器的阻抗也随其分布参数而改变，因此，阻抗匹配是调试的目的之一。阻抗不匹配所造成的不良影响甚至要大于某些其它因素所造成的不良影响。 总之，双工器的指标有多项都值得考虑，但这些指标从双工器本身来讲，并不是非法字的，而是相互联系的。选用时应当综合全面考虑。 双工器的调试 双工器在整机联调前应确认双工器的工作频率与无线电话机的工作频率是否一致，如相差较大时，应重新调整再联调，以避免烧坏输入高放回路。 双工器的初调一般在双工器的生产厂家进行，调整完了后，注明工作频率再出厂。但双工器在使用前，如确有必要可以按实际工作频率进行重调，调试方法连接仪器，并应接上50终端假负载，反复调整并将假负载和频谱分析仪对换过来，并锁紧各调整螺钉。 整机调试阶段，收发电路板调整好以后，还要对双工器进行仔细微调，以使发射功率最大，且发射接收灵敏度劣化最小。联调时一定要注意少量的、慢慢的调整，以防止烧坏接收机。因为双工器的工作频率较高，又是一个分布参数决定其特性的组件，调整时非常敏感；并防止调整完后，在锁紧的过程中，原调整的最佳点跑了。有些双工器采用自锁螺钉，不必另外再用螺母锁紧，使调试大为方便，又节省了工时成本。窗体底端一、双工器的结构双工器，又称天线共用器，是一个比较特殊的双向三端滤波器。其外观图及等效电路框图如下：外观图等效电路图 双工器既要将微弱的接受信号藕合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响。 一般的双工器由螺旋振腔体构成，由于其工作频率高，分布参数影响较大常做成一个密封套体，各信号馈线均用屏蔽效果较好的同轴电缆腔体形材也要求一定的光洁度，为利于散热，外观常为黑色，三个信号端一般采用标准高频接插件或型高频插座。二、无线通讯对双工器的要求 双工器用于移动通信和在野外作为无人值守的中转台工作，其本身就决定了它的使用环境和工作条件。 首先，我们希望双工器的体积小巧、重量轻。目前由于双工器的体积和其它一些技术问题，用于手持无线电话机的双工器还未见报道。但对于车载无线电话机，汽车等所能提供的空间是有限的，且还有无线电话机的布线和散热问题要考虑，因而在满足其它技术指标的前提下，双工器的小型化非常有必要。 其次，双工器必须便于安装，尤其是对某些双工器与无线电话机分别安装时更是如此。且应当结构牢固、可靠、紧凑，应能承受一定的冲击和振动，特别是用于一些地理环境比较差的地方的无线电话机。我们知道，目前的双工器大多是分布参数决定其工作频率等指标要求的，如双工器的结构不可靠，则有可能导致无线电话机的整机指标恶化，甚至烧坏接收机，这一点尤为重要。 再者，作为中转台有时使用环境比较恶劣，这就要求双工器也能在相应的工作温度范围以内能保证通讯质量。一般来讲，双工器应有明确的工作温度范围，并有温度变化的稳定性指标，以满足整机的使用要求。三、双工器的指标 、 工作频率及带宽 双工器的工作频率范围应当不窄于无线电话机本身的工作频率范围。 通常我们所说的带宽，是指无线电话机配上双工器后接收机的输入带宽和发射机的输出带宽。对于双工器来讲，即是两个等效带阻滤波器的阻带带宽，而不是取决于通带带宽。从其频率响应曲线上看，即是两个阻带在一定衰减量时的频率范围，正如大家所知，现今的、无线电话机的本身，接收机的高频输入带宽一般都可在以上，发射机的高频输出带宽在以上。也就是说，无线电话机本身的高频输入、输出带宽都是比较宽的，因此要求双工器的带宽也应有一定的宽度，以克服用户在申报频率时因为带宽问题而造成的麻烦。然而，根据我国及国际上各国无线电频率管理部门的规定，用作双频双工组网的双工无线电话机，的收发频差为、时为因而理想的双工器也只能是以上相应频段的无线电话机所规定的收发频差的一半，即为时为。 、隔离度双工器的隔离度是指两个等效带阻滤波器的阻带衰减量，除一些特定的场合外，一般双工器的接收通道和发射通道中的阻带的衰减量，也即双工器的接收端和发射端至天线端的隔离度相当的。这一点使得双工器的生产厂家在生产管理上较为方便。因为我们所说的接收端和发射端，无非是工作频率高和低的区别，如双工器的工作频率不合适，甚至是在的另一端，则只需调整和改接一下即可，而不会影响使用效果。通常，发射端的衰减量的考虑，是使得在强接收信号的情形下，接收频率信号对发射机不产生互调干扰，一般隔离度在以上时即可满足要求。接收端的衰减度的考虑，是要足以阻止发射机到天线输出的射频功率到接收机的输入端来干扰接收机的正常工作，因而双工器的接收通道是一对应于整机发射频率的带阻滤波器。 我们知道，中转台的发射功率都在以上，而接收灵敏度都在左右。以此作为一个例子，也就是说，在双工器的发射通道和接收通道中，两者的电平相差约对于功率大一点，接收灵敏度较高一点的中转台则相差更大。为了不至于因发射功率而影响接收机的正常工作，要对发射功率在接收机的输入端进行一定量的衰减。 一般来讲，除几个特殊的频点外，接收机的寄生抗扰性都在以上，当然，各种型号的中转台可能不一样，因而在考虑选用双工器之前应对无线电话机的寄生抗扰性这一指标，尤其是对于发射频率的频点上的寄生抗扰性进行测试并详细了解，以作为双工器指标确定的依据。 从上面的例子则要求双工器的接收通道中对应于发射频率的频点上至少应具有的衰减量，才能基本满足要求，对于射频功率大，灵敏度高的中转台则要求更大一些，一般要在以上。 、插入损耗 双工器的插入损耗是指对应于通道中，通带频点对有用信号的损耗。可用公式：或来表示。其中、表示进入双工器的信号功率或电平；、表示从双工器出来的信号功率或电平。不言而喻，对于双工器来讲，插入损耗越小越好，特别是对发射通道而言，插入损耗小，有利于整机的输出功率的提高，效率提高，减少整机射频功放的发热量。国内双工器指标为以下，某些进口的产品中双工器的实际插入损耗在左右。如对于一台要求输出射频功率的中转台来说，假如所选用的双工器的插入损耗为，则要求整机射频功放输出的功率就可以了；但假如所选用的双工器的插入损耗为，则要求整机射频功放输出的功率。两者相差十多瓦。因而，插入损耗，特别是输入通道的插入损耗，也是一项非常重要的指标。 、频率稳定度 双工器的频率稳定度应包括两个含义：一是本身结构的稳定性，使其分布参数具有一定的稳定度；二是其温度稳定性。 如前所述，双工器是一个分布参数的腔体滤波器，其频率响应曲线决定于腔体的分布参数。我们要求移动通信中使用的双工器应在的温度范围内具有相当的频率稳定度，不至于影响无线电话机的通讯效果，也就是说双工器的频率响应曲线应在相应的温度范围内保持其要求的频谱位置和曲线形状，通常的双工器在工作温度范围内应具有优于的稳定度，才能满足无线电话机的使用要求。 、其它指标 双工器除以上讨论的指标外，还有特性阻抗，最大输入功率，驻波比等。最大输入功率是一个双工器所能承受的最大的输入功率，是双工器的一个使用安全性指标。无线电话机的天线输入阻抗和发射机的输出阻抗均为，因而要求双工器的