雙工器工作原理與調(diào)試的方法

　　摘要：本文介紹了移動(dòng)通信中雙工移動(dòng)臺(tái)及轉(zhuǎn)訊臺(tái)的天線共用裝置雙工器的工作原理，并提出一種用常規(guī)測(cè)量?jī)x器對(duì)雙工器進(jìn)行調(diào)試的方法。
　　關(guān)鍵詞：雙工無(wú)線電通信 天線收發(fā)轉(zhuǎn)換器 濾波器 調(diào)試方法
　　
　　隨著工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)的發(fā)展，移動(dòng)通信發(fā)展非常迅速，移動(dòng)電話及各類專業(yè)通信網(wǎng)象雨后春筍一樣出現(xiàn)。目前常見(jiàn)的專業(yè)收發(fā)信雙工臺(tái)有KYODO公司的KG系列轉(zhuǎn)訊臺(tái)及車載臺(tái)、KENWOOD公司的TKR系列轉(zhuǎn)訊臺(tái)及車載臺(tái)和ICOM與MOTOROLA的產(chǎn)品等。這些公司的產(chǎn)品質(zhì)量一般都非常可靠，因此在組網(wǎng)中若通信距離達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，除了檢測(cè)收信機(jī)靈敏度與發(fā)信機(jī)發(fā)射功率外，天饋線系統(tǒng)及雙工器是一重要因素，必須認(rèn)真檢測(cè)。
　　一、雙工器工作原理
　　雙工移動(dòng)通信機(jī)工作時(shí)必須使用雙工器，以使收發(fā)互不影響（轉(zhuǎn)訊臺(tái)有時(shí)也采用雙天線隔離）。對(duì)于雙工通信，收發(fā)頻率之間有一保護(hù)頻帶。我國(guó)規(guī)定160MHz頻段收發(fā)間隔為5.7MHz，460MHz頻段收發(fā)間隔為10MHz，900MHz頻段收發(fā)間隔為45MHz。
　　發(fā)信機(jī)產(chǎn)生的射頻功率對(duì)接收機(jī)的影響有兩個(gè)方面。一是發(fā)信頻率上的強(qiáng)信號(hào)使接收機(jī)前級(jí)產(chǎn)生阻塞。要消除這種影響，必須將進(jìn)入接收機(jī)前級(jí)的本機(jī)發(fā)射信號(hào)抑制到阻塞電平以下。二是發(fā)信頻譜在收信通帶內(nèi)的噪聲會(huì)直接進(jìn)入接收機(jī)，因而影響信噪比，所以必須在發(fā)信輸出端抑制這部分噪聲，使它低于接收機(jī)本身在天線輸入端的等效噪聲功率。前一種影響的消除，要依靠在接收機(jī)輸入端接入收信濾波器，以阻止發(fā)信功率進(jìn)入接收機(jī)。后一種則要依靠在發(fā)信機(jī)輸出端接入發(fā)信濾波器，以抑制發(fā)信頻譜造成在收信頻帶上的噪聲功率。為了使兩濾波器互不影響，各自還要通過(guò)λ/4傳輸線阻抗變換后接到天線端，如圖1所示。收信濾波器輸入端對(duì)發(fā)信頻率相當(dāng)于短路，經(jīng)λ/4阻抗變換后變成開(kāi)路，就不會(huì)影響發(fā)信端。同理，λ/4阻抗變換也使發(fā)信濾波器不影響收信。
　　對(duì)濾波器的要求與發(fā)信功率、發(fā)信頻譜的遠(yuǎn)端噪聲功率密度、收信機(jī)本身的噪聲系數(shù)及收信阻塞指標(biāo)等因素有關(guān)。
　　收信濾波器對(duì)發(fā)信頻率所需的衰減可用下式估算：
　　Ar(dB)＞Pt(dBm)-Sb(dB)-Ps(dBm)+衰減余量(dB)(1)
　　其中，Pt為發(fā)信載波功率，Sb為收信阻塞干擾電平，Ps為達(dá)到收信靈敏度所需的輸入信號(hào)功率。衰減余量取決于收信靈敏度受發(fā)信影響的程度。當(dāng)衰減余量為0dB時(shí)，收信靈敏將惡化3dB。一般要求發(fā)信工作時(shí)接收機(jī)靈敏度的變化不大于1dB，這時(shí)衰減余量可取3～6dB。
　　發(fā)信濾波器對(duì)收信頻率所需的衰減可用下式估算：
　　At(dB)＞Pt(dBm)+10logB+Sn(dB)-Pnf(dBm)+衰減余量(dB)(2)
　　其中，Pt為發(fā)信載波功率，B為接收通帶寬度，Sn為發(fā)射信號(hào)在收信通帶內(nèi)的平均噪聲功率譜密度，Pnf為按接收機(jī)的靈敏度或噪聲系數(shù)折算到天線端的等效噪聲功率，衰減余量同(1)式。
　　例如，接收機(jī)靈敏度為0.5μV，阻塞指標(biāo)為90dB，發(fā)信功率10W，則由（1）式計(jì)算出收信濾波器對(duì)發(fā)信頻率的衰減應(yīng)為：
　　Ar(dB)＞40dBm-90dB+113dBm+3dB=66dB
　　如在收信通帶內(nèi)發(fā)信的平均噪聲功率譜密度為140dB/Hz，收信通帶為16kHz，噪聲系數(shù)為3dB，則由（2）式可求得：
　　At(dB)＞40dBm+42dB-140dB+123.6dBm+3dB=68.6dB
　　上述濾波器是收發(fā)信機(jī)雙工器工作時(shí)使用的，因此稱之為雙工濾波器或雙工器。在UHF、VHF頻段，集總參數(shù)的LC濾波器Q值較低，難以滿足上述阻帶衰減。通常使用同軸諧振腔或螺旋諧振腔作LC諧振回路，構(gòu)成窄帶濾波器。
　　同軸諧振腔是一段一端短路的四分之一波長(zhǎng)同軸線，其等效電路為一并聯(lián)諧振回路。這種諧振回路由于其電磁場(chǎng)全部封閉在腔內(nèi)，所以幾乎沒(méi)有輻射損耗，因此品質(zhì)因數(shù)Q可以達(dá)到幾千。這種特性是LC集總參數(shù)諧振器難以達(dá)到的。由同軸諧振腔構(gòu)成的雙工器常用于基地臺(tái)或轉(zhuǎn)訊臺(tái)的天線系統(tǒng)中。
　　在波長(zhǎng)較長(zhǎng)的VHF頻段及UHF頻段的低端，同軸諧振腔的體積較大，因此不適用于移動(dòng)收發(fā)通信設(shè)備。將同軸腔內(nèi)的導(dǎo)體制成螺旋狀可使雙工器的體積減小，因?yàn)殡姶挪ㄑ芈菪齼?nèi)導(dǎo)體傳輸時(shí)，沿螺旋線軸向的相速被降低。這種慢波結(jié)構(gòu)使電波沿軸向傳輸過(guò)程中的波長(zhǎng)大為縮短。由一端短路的λ/4螺旋線構(gòu)成的螺旋諧振腔，其內(nèi)部電磁場(chǎng)分布與同軸諧振腔相似，只是Q值略低些。這是因?yàn)殡姴ㄑ芈菪€傳播時(shí)，各匝導(dǎo)線要受到相鄰導(dǎo)線磁場(chǎng)的作用，使導(dǎo)線內(nèi)電流集中到線圈外側(cè)。導(dǎo)線截面上電流密度的不均勻相當(dāng)于截面減小、等效電阻增加，因此導(dǎo)致Q值下降。
　　二、雙工器隔離度測(cè)試與調(diào)整方法
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　同軸諧振腔或螺旋諧振腔雙工器可以等效為圖2所示電路：設(shè)發(fā)信頻率Ft＞收信頻率Fr，調(diào)節(jié)C1使并聯(lián)回路I諧振于Fr，故回路I對(duì)Fr呈感性，并與C串聯(lián)諧振于Fr（從Z到地）。同理并聯(lián)回路Ⅱ諧振于Fr，故回路B對(duì)Ft