双工器的课程设计

湖南工业大学

课程设计

资料袋

计算机与通信学院（系、部）2013 ~ 2014 学年第 2 学期课程名称移动通信指导教师陈卫兵职称教授

学生姓名张帝专业班级通信1104班学号11408200401

题目双工器

成绩起止日期2014 年05 月11 日～2014 年05 月19 日

目录清单

湖南工业大学

课程设计任务书

2013 —2014 学年第2 学期

计算机与通信学院通信工程专业通信114 班级课程名称：移动通信

设计题目：双工器

完成期限：自2014 年 5 月11 日至2014 年 5 月19 日共 1 周

指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日

移动通信

设计说明书

双工器

起止日期： 2014年 05 月 11 日至 2014年 05 月 19 日

学生姓名张帝

班级通信工程1104

学号11408200401

成绩

指导教师(签字)

计算机与通信学院

2014年 05 月 19 日

指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日

双工器

一、设计原理

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。

图1 双工器与接收机、发射机及天线连接示意图

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。

表1 双工收发频率间隔

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。

双工器电路由图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。

f R f T (a) 带阻型双工器

f R f T (b) 带通型双工器

图2 两种类型双工器

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V p-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。

图3 实验操作界面

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。

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

1、实验数据

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

由表2可以看出BS收发信机双工器发射机发射功率比天线及接收机接收的功率要大，这说明信号在传输的过程中发生了损耗。

图4 发射机→天线传输特性曲线

图4可以看出发射机与天线传输特性，天线的功率增益与发射机的功率增益成非相关性。

图5 发射机→接收机衰减特性曲线

由图5可以看出发射机与接收机之间功率的衰减特性，可以看出它们之间的衰减特性成非相关性。

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