移动通信课程设计说明书.doc

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 日学生姓名张 闵班级通信工程102学号10408200235成绩指导教师(签字)计算机与通信学院2013年 12 月 7 日课题名称双工器设计人数6组 长张闵同组人员罗双祎、阙尧、何煌、李加喜、汪刚课题的主要内容及任务一、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。具体任务查阅资料了解双工器的工作原理。分配组员任务。时间安排与完成情况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）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/4同轴线，其开路端处于并联谐振状态。若将/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。2100M（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(VANTVTx)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。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(VRxVANT)及天线发射机衰减特性20log(VTxVANT)。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。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）45150450900双工频率间隔（MHz）35.71045 表1 双工收发频率间隔图2 两种类型双工器图3 实验操作界面CHFTx(MHz)VTx（mVp-p）VANT(mVp-p)VRx(mVp-p)20log(VANT/VTx)(dB)20log(VRx/VTx)(dB)146.0001166876-4.63898-3.67289246.0251127280-3.83771-2.92256346.0501167276-4.14251-3.67289446.0751046076-4.77764-2.72439546.1001166468-5.16556-4.63898646.1251127276-3.83771-3.36809746.1501207280-4.43697-3.52183846.1751247296-4.72178-2.22301946.2001048072-2.27887-3.194021046.2251207676-3.96735-3.967351146.2501086872-4.0183-3.521831246.2751367676-5.05451-5.054511346.3001249280-2.59268-3.806631446.3251166884-4.63898-2.803571546.3501129280-1.7086-2.922561646.37512810096-2.1442-2.498771746.4001568876-4.97284-6.246221846.4251048480-1.85508-2.278871946.4501248492-3.38285-2.592682046.4751128080-2.92256-2.92256 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图5 发射机接收机衰减特性曲线CHfRx(MHz)VANT（mVp-p）VRx(mVp-p)VTx(mVp-p)20log(VRx/VANT)(dB)20log(VTx/VANT)(dB)149.0001901612-21.4927-23.9914249.0251941612-21.6736-24.1724349.0501941812-20.6506-24.1724449.0751961812-20.7397-24.2615549.1001961812-20.7397-24.2615649.1251982012-19.9127-24.3497749.1501982012-19.9127-24.3497849.1752002212-19.1721-24.437949.2002022212-19.2586-24.52341049.2252022410-18.5028-26.1071149.2502022410-18.5028-26.1071249.2752022612-17.8076-26.52341349.3002042610-17.8931-26.19261449.3252022610-17.8076-26.1071549.3502002810-17.0774-26.02061649.37520028