基于GSM/CDMA/3G的信號(hào)屏蔽器設(shè)計(jì)與調(diào)試

摘 要：某些特殊場(chǎng)合如考場(chǎng)、保密場(chǎng)所等都需要屏蔽手機(jī)的信號(hào)，手機(jī)屏蔽器便應(yīng)運(yùn)而生。屏蔽器主要由鋸齒波發(fā)生器、壓控振蕩器、功率放大電路、天線等四部分組成。這次所設(shè)計(jì)的屏蔽器是一個(gè)可同時(shí)屏蔽幾個(gè)波段的信號(hào)，也可以調(diào)節(jié)屏蔽器屏蔽一個(gè)或兩個(gè)波段的信號(hào)。

關(guān)鍵詞：手機(jī)屏蔽器；鋸齒波；壓控振蕩；射頻放大

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)在時(shí)下人們的生活、生產(chǎn)領(lǐng)域扮演著極為重要的角色。手機(jī)信號(hào)屏蔽器，就是為保護(hù)考場(chǎng)、保密場(chǎng)所等禁止使用手機(jī)場(chǎng)所的安全和機(jī)密，從而對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行屏蔽的一種便攜式裝置。其作用是屏蔽掉指定范圍內(nèi)的手機(jī)信號(hào)，使其不能撥打電話、發(fā)送短信。

一、手機(jī)通信原理

手機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)都是通過信道的上行頻率與基站聯(lián)系，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)到移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心（MSC）實(shí)現(xiàn)與其他通信設(shè)備的通話。手機(jī)通信的無線頻率按頻段可劃分為：GSM段925—960MHz、CDMA段869—894MHz、WCDMA2110—2170MHz。每個(gè)頻段又劃分出許多具有一定帶寬的信道，每個(gè)區(qū)域使用若干個(gè)信道，其中有一個(gè)信道叫廣播控制信道（BCH）。

在待機(jī)狀態(tài)下，手機(jī)接收電路用來接收所在區(qū)域中的BCH，一旦手機(jī)進(jìn)行通話，首先是通過BCH向MSC請(qǐng)示，由MSC處理呼叫，MSC根據(jù)信道的狀況分配手機(jī)從BCH上跳轉(zhuǎn)到業(yè)務(wù)信道上實(shí)現(xiàn)通話。

二、信號(hào)屏蔽器的基本原理

如果在區(qū)域內(nèi)人為地發(fā)射頻率與該BCH下行頻率相同的信號(hào)，且信號(hào)功率大于BCH，則處在該區(qū)域內(nèi)的手機(jī)就無法接收BCH信號(hào)，從而使該區(qū)域的手機(jī)無法通話，手機(jī)信號(hào)屏蔽器就是根據(jù)這一原理制造的。

根據(jù)屏蔽原理設(shè)計(jì)的手機(jī)屏蔽器結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般由電源、鋸齒波發(fā)生電路、射頻模塊單元、功率放大器單元、發(fā)射天線單元等部分組成。其工作原理一般由鋸齒波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)，進(jìn)入壓控振蕩器（VCO）調(diào)整到手機(jī)信號(hào)特定頻段上，再經(jīng)過功率放大器放大和穩(wěn)壓管控制，放大后的掃頻信號(hào)以無線電波的形式向空中發(fā)射，覆蓋BCH下行頻率信號(hào)。

[GSM900天線][GSM1800天線][CDMA800天線][3G天線][GSM900

射頻功放][GSM1800

射頻功放][CDMA800

射頻功放][3G

射頻功放][CDMA800CVO][3G VCO][GSM1800 VCO][GSM900 VCO][10KHZ鋸齒波

發(fā)生電路][30KHZ鋸齒波

發(fā)生電路]

圖1 屏蔽原理框圖

以GSM信號(hào)屏蔽電路為例，首先由NE555定時(shí)器及外圍電路產(chǎn)生的10KHz波段鋸齒波，通過GSMVCO產(chǎn)生高頻射頻信號(hào)使頻率達(dá)到900MHz左右，通過嚴(yán)格的傳輸線設(shè)置，達(dá)到射頻功放輸出相匹配的50Ω后，經(jīng)過射頻功放器件，達(dá)到功率40dB，再經(jīng)過天線發(fā)射出去，達(dá)到屏蔽的目的。

三、器件選擇

1.鋸齒波產(chǎn)生部分

特定頻率的鋸齒波產(chǎn)生分為兩個(gè)模塊：一個(gè)是產(chǎn)生10KHz鋸齒波波形；另一個(gè)是產(chǎn)生30KHz鋸齒波波形。

數(shù)字電路能有效減小模擬器件特性與外部環(huán)境溫度對(duì)產(chǎn)生鋸齒波波形的影響。本設(shè)計(jì)采用由NE555定時(shí)器及外圍器件組成的電路，產(chǎn)生的鋸齒波頻率在0～200kHz范圍內(nèi)，通過參數(shù)調(diào)節(jié)可以得到較為線性、穩(wěn)定的10KHz鋸齒波。NE555作為高穩(wěn)度控制器用做精確定時(shí)脈沖，調(diào)頻后得到的掃頻波段范圍內(nèi)的波動(dòng)也不超過3dB，使得生成波形比較精確，無高次諧波分量。

2.壓控振蕩器部分

壓控振蕩器部分是本設(shè)計(jì)的核心，根據(jù)頻率調(diào)諧范圍、輸出功率選用，且只屏蔽基站的下行信道而非上行信道。壓控振蕩器指的是振蕩器的輸出頻率是輸入電壓信號(hào)的函數(shù)，本設(shè)計(jì)采用日本村田公司的MQE、MQW系列壓控振蕩器，以GSM900信號(hào)為例，選用MQE920-2079-T7芯片，該芯片能滿足較高的相位噪聲要求，具有較快的調(diào)諧速度，頻溫特性和頻漂性能好，功率平坦度好，電磁兼容性好。

3.射頻功放模塊設(shè)計(jì)

射頻功放模塊的主要作用是將壓控振蕩器輸出的900MHz的信號(hào)進(jìn)行功率放大，本設(shè)計(jì)采用的是RF3108芯片，RF3108芯片都是高效率的功率放大器，覆蓋頻率范圍廣，能從700MHz到2.7GHz，具有高線性、高增益和高功率附加效率等特性，并集成功率檢測(cè)器，廣泛應(yīng)用在GSM或GPRS網(wǎng)絡(luò)。它們內(nèi)部都自動(dòng)匹配50Ω輸入端子和輸出端子。

四、手機(jī)屏蔽器的調(diào)試

在電路焊接完成后，必須經(jīng)過調(diào)試才能確保其正常工作。比如移動(dòng)GSM900信號(hào)，它的工作頻段是925M～960M，信號(hào)帶寬為30M。要屏蔽電信信號(hào)，就要產(chǎn)生一個(gè)中心頻率為945M，帶寬為35M的干擾信號(hào)，且經(jīng)過功率放大后，增益能超過40dB。

在實(shí)際調(diào)試過程中，我們需要使用頻譜儀來調(diào)試信號(hào)的頻率、帶寬、大小。整機(jī)聯(lián)調(diào)如下圖所示：具體的調(diào)試流程圖2。

[檢查電路是否短路][否][檢查電路是否短路][整機(jī)工作電壓是否為5V][觀察VCO頻譜][調(diào)節(jié)10K，使頻道的中心頻點(diǎn)為880M][調(diào)節(jié)50K，使頻道的帶寬為30M][觀察AMP是否有輸出][調(diào)試完畢][否，檢查555外圍電路] [是][有]

圖2 調(diào)試流程圖

根據(jù)我們的測(cè)試結(jié)果和指標(biāo)對(duì)比，手機(jī)信號(hào)屏蔽器基本滿足指標(biāo)要求，完全可以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的需求，該產(chǎn)品已經(jīng)在2014年深圳市職業(yè)技能鑒定中成功試用，效果良好。但是，如果在某些應(yīng)用場(chǎng)合里面需要只是干擾數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而不需要干擾語音業(yè)務(wù)，那么就要求我們的手機(jī)信號(hào)屏蔽器能對(duì)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分開干擾，這也是我們后期繼續(xù)努力的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴美泰.GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[M].北京人民郵電出版社，2002

[2]戴秉國.手機(jī)信號(hào)屏蔽器原理剖析與使用[J].家電維修技術(shù)，2009（08）.

[3]張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京高等教育出版社，2004.

·編輯 薛直艷