手机信号屏蔽器的研究与设计-毕业设计

手机信号屏蔽器的研究与设计-毕业设计 苏州大学本科生毕业设计(论文) 手机信号屏蔽器的研究与设计 苏州大学 应用技术学院 10电子 1016405022 韩麒 目 录 第1章 绪论 .................................................. 4 第1.1节 研究的意义........................................... 4 第1.2节 研究的目的........................................... 5 第1.3节 研究的方法........................................... 5 第1.4节 研究的主要内容 ....................................... 6 第2章 手机信号屏蔽原理 ....................................... 7 第2.1节 手机通讯原理介绍 ..................................... 7 第2.2节 手机信号屏蔽器的功能特点 ............................. 8 第2.3节 手机信号屏蔽原理 ..................................... 9 第3章 信号侦测的设计 ........................................ 10 第3.1节 手机信号屏蔽侦测的设计........................... 10 第3.2节 手机信号侦测设计 .................................... 13 第4章 手机信号屏蔽器的设计 .................................. 15 第4.1节 屏蔽器结构设计 ...................................... 15 第4.2节 锯齿波发生器的设计 .................................. 15 第4.3节 射频放大器的设计 .................................... 16 第4.4节 压控震荡器的设计 .................................... 18 第5章 设计仿真分析.......................................... 20 结论........................................................ 21 参考文献 .................................................... 22 致谢........................................................ 23 - 1 - 苏州大学本科生毕业设计(论文) 手机信号屏蔽器的研究与设计 苏州大学 应用技术学院 10电子 1016405022 韩麒 【摘要】:自从手机走入人们生活以来，带给人们的是通信的便利、及时以及高效。特别是当今信息时代，在人们的生产、生活等各个领域，手机已经成为不可或缺的通信手段。但是，在手机带给人们如此多的便利的同时，有些问题也是不容忽视的。手机网络最大的特点是覆盖面广、通信信号强，但是，对于一些特定的场合，其覆盖反而会引起不必要的麻烦，甚至造成严重的影响。如学校，在教学授课期间，学生、教师如果使用手机，会严重影响教学秩序以及教学质量，而在考试期间，手机又成为了便利的作弊手段;在某些会场，手机铃声、接打电话都会影响会议的有效进行;甚至在一些保密场合，手机甚至成为了新的泄密渠道，严重影响了保密信息的安全。面对如此多的问题，如何在特定的场合对手机信号加以限制，而对于场合外的手机使用又不产生影响，避免手机网络的危害成为了一项新的课题。正是在这样的前提下，手机信号屏蔽器被研发出来。本文将就手机信号屏蔽器的设计方面进行研究。 本设计中通过锯齿波对压控振荡器(VCO)输出主频在下行信道的射频信号进行控制，并通过射频功放对射频信号进行放大，经由天线向外发射，从而实现对手机信号的干扰。设计中采用对数天线，VCO选用muRata公司生产的MQWS系列双通道压控振荡器，其频率范围是700MHz-2000MHz，在对GSMg00、CnMAs00、nCS-800、PHS1900的手机进行屏蔽时，仅需要2片VCO就可以满足工作需要了。 【关键词】:手机;信号;屏蔽;研究 1 苏州大学本科生毕业设计(论文) [Abstract] : Since mobile phones go into people's lives since it is convenient to bring people to communicate in a timely manner as well as efficient . Especially in today's information society, in all areas of people's production and life , mobile phones have become an indispensable means of communication . However , the phone is so much to bring people convenience, but some issues can not be ignored . The most feature is the mobile phone network coverage, communication signal is strong, however, for certain occasions , but its coverage will cause unnecessary trouble, even severely affected . Such as schools, taught during the teaching , students, teachers, if you use the phone , it will seriously affect the quality of teaching and teaching order , and during the examination , the phone has become a convenient means of cheating ; in some venue, ringtones , receive calls will effectively influence the meeting ; even in some secret places , mobile phones and even become a new leak channels, seriously affecting the security and confidentiality of information. The face of so many problems , how to restrict cell phone signal at a particular occasion , and for the occasion without outside influence mobile phone use , to aVoid endangering the mobile phone network has become a new topic. It is in this context , cell phone signal jammers been developed . This paper will conduct research designed mobile phone signal jammers . The design of the Voltage-controlled oscillator (VCO) output frequency of the RF signal by sawtooth downlink channel is controlled by the RF power amplifier amplifies the RF signal , emitted outside Via the antenna , enabling the cell phone signal interference. On the number of antennas used in the design , VCO selection muRata company produced MQWS series dual -channel Voltage-controlled oscillator whose frequency range is 700MHz-2000MHz, at the time of GSMg00, CnMAs00, nCS-800, PHS1900 standard mobile phone shielding , only need two VCO to make it working . [Key words]:Phone; signal; shielding; research 2 苏州大学本科生毕业设计(论文) 前言 自从手机走入人们生活以来，带给人们的是通信的便利、及时以及高效。特别是当今信息时代，在人们的生产、生活等各个领域，手机已经成为不可或缺的通信手段。但是，在手机带给人们如此多的便利的同时，有些问题也是不容忽视的。手机网络最大的特点是覆盖面广、通信信号强，但是，对于一些特定的场合，其覆盖反而会引起不必要的麻烦，甚至造成严重的影响。如学校，在教学授课期间，学生、教师如果使用手机，会严重影响教学秩序以及教学质量，而在考试期间，手机又成为了便利的作弊手段;在某些会场，手机铃声、接打电话都会影响会议的有效进行;甚至在一些保密场合，手机甚至成为了新的泄密渠道，严重影响了保密信息的安全。面对如此多的问题，如何在特定的场合对手机信号加以限制，而对于场合外的手机使用又不产生影响，避免手机网络的危害成为了一项新的课题。正是在这样的前提下，手机信号屏蔽器被研发出来。本文将就手机信号屏蔽器的设计方面进行研究，以更加有效的手机信号屏蔽器的使用。 3 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第1章 绪论 第1.1节 研究的意义 随着手机产业的不断发展，手机已经成为人们生产生活中不可或缺的工具。但是，手机给人们带来便利的同时，也深深受到其各方面的影响。在课堂、图书馆、会议室、医院等需要绝对安静的场所，手机铃声的骚扰往往使得人们不胜其烦;甚至在某些考场内，手机的隐蔽性和便利的通信手段往往会被作为作弊的手段。而在例如加油站、油库等场合手机电池启动，铃音响起所产生的微弱信号足以引发火花，导致火灾或爆炸，严重影响这些场合的安全。因此，在这些场合内，需要有一种能够截断手机与通信基站联络的手段，使手机与基站脱离从而限制其功能的发挥。因此，产生了手机信号屏蔽器，特别是某种车载型手机信号屏蔽器，在众多场合发挥了巨大的作用。 一、在国家各类大型考试中有效防止作弊 在国家每年一度的高考、研究生考试、英语四六级考试、国家司法考试及各类大专院校的考试过程中，在考场中都会设置车载型手机信号屏蔽器，防止不法分子利用手机通信等高科技手段作弊，这是车载型手机信号屏蔽器的一个重要应用。在考试过程中，车载型手机信号屏蔽器能有效的阻断各种类型的手机进行信号的传输，由于手机信号在考场范围之内被隔断，考场内的所有手机都无法接听、查看来自考场以外的电话、短信息;也无法拨打电话和发送短信息，从而保证考试的公平公正。 二、方便学校管理学生的手机使用，维护课堂秩序 随着移动通信的迅速发展，手机已经从以前的千金难买发展到了现在的几乎人手一个，几乎大多数学生早在初中高中时期就拥有了自己的手机。正是这种状况的出现，使得学校方面十分头疼，正是分秒必争的中学阶段，学生都应以学业为重，所以学校在管理学生对手机的使用问题上，非常棘手。中学学生使用手机在上课时间收发短信、上网玩游戏、浏览黄色暴力网站，不但严重扰乱了课堂秩序、耽误了学生的学业，更严重危害了学生的身心健康～在教室外设置车载型型手机信号屏蔽器，通过阻断手机接收信号，使手机无法收发短信、上网，从而保证学生能够在课堂上集中精力，充分利用课堂时间进行学习。 三、保护隐私，维护众多严肃场所的秩序 4 苏州大学本科生毕业设计(论文) 在党政机关、企业各类大中小型会议、监狱等严肃场所以及音乐厅、影剧院等需要安静的休闲娱乐场所，也是车载型手机信号屏蔽器不可或缺的地方。通过对手机信号的有效屏蔽，保证会议的井然有序，使置身于公共休闲娱乐场所的人们的休闲时光不被打扰，安静享受。这些都是车载型手机信号屏蔽器的恰当应用。 图1-1车载型手机信号屏蔽器 第1.2节 研究的目的 目前，人们普遍采用的手机信号屏蔽器的设计思路都是通过大功率干扰信号频段的方式来实现信号的屏蔽。在工作的时候，信号屏蔽器需要不间歇的发射大功率干扰信号，否则会造成干扰间断，无法确保屏蔽质量。这样的工作方式，在实现了信号屏蔽的同时，其大功率的电磁辐射会给场所内的人员带来极大的伤害，成为了人们生活中的另一种负担。如何能够在确保手机信号屏蔽的基础上，最大限度的降低屏蔽场所内电磁辐射对人体的影响，是手机信号屏蔽专业亟待解决的问题。本文的主导思想是设计一套智能、环保的信号屏蔽系统。 第1.3节 研究的方法 本文研究的主要工作是以手机屏蔽仪对GSM的干扰为例对干扰源管理系统进行设计与实现。通过自主研发可控式干扰器及干扰源管理系统，将所有干扰器纳入管理，使干扰源的工作状态、影响范围、影响时间段可掌握，为网络质量提升扫除一大隐患，将干扰器对网络的影响降低到最小。需实现功能如下: 5 苏州大学本科生毕业设计(论文) (1)干扰源信息智能收集 通过对干扰器自动上传干扰源开始工作时间、工作状态、工作位置、工作高度、干扰源停止工作时间等信息自动完成干扰源基础数据收集。 (2)干扰源影响范围分析 系统根据收集到的实时干扰源基础数据，结合基站数据库等数据对每个干扰器上行干扰影响范围进行分析，对该干扰器影响基站进行分析。 第1.4节 研究的主要内容 本文第一章为绪论章节，主要对于本文的研究意义、研究目的以及研究方法进行介绍。 本文第二章主要介绍了手机信号屏蔽的工作原理，从理论上提出了手机信号屏蔽器设计以及实现的可能。 本文第三章主要写的是手机信号的侦测方案及屏蔽信号的方案设计 本文第四章是论文的重点，在文章中对于信号屏蔽器从三块分别进行了设计，分别是锯齿波发生电路、射频放大电路和压控震荡器电路。 6 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第2章 手机信号屏蔽原理 本文是以研究手机信号屏蔽设备为目地的。因此，首先需要了解手机信号的工作原理，手机信号是一个开放的电子通信系统，只要有相对应的信号接受设备，就能在任何时间地点下截获通讯者的信息。 第2.1节 手机通讯原理介绍 手机的通信过程，其实就是使用手机把语音信号传输到移动通信网络中，再由移动通信网络将语音信号变成电磁频谱，然后通过通信卫星辐射传送到受话人的电信网络中，再是受话人的通信设备接收到无线电磁波，然后再转换成语音信号接通通信网络。这一系列的传输过程完成了手机信号的传递。因此，手机通信是一个开放的电子通信系统，只要有相应的接收设备，就能够截获任何时间、地点、人员的通话信息。 要了解手机信号的通信原理，就先要了解电磁波的传递方式。当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射，这样的反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面等光滑界面处。 当接收机和发射机之间的传播路径被阻挡时，电磁波就会发生绕射。由于绕射，电磁波就可以越过障碍物到达接收天线。所以即使收发天线间不存在视线路径，接收天线仍然可以接收到电磁信号。这也是利用了电磁波信号强，传递性强的特点。 当电磁波穿行的介质中存在小于波长的物体并且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时，就会发生散射。散射波会产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体中。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会使电磁波引发散射。 除此之外，一台位于外面的发射机在建筑物内被接收到的信号场强，对于无线系统来说是非常重要的。无线信号透射能力是频率及建筑物高度的函数。另外根据测试显示，随着频率或建筑物高度的增加信号透射能力增加，即建筑物内接收信号场强即增加。 7 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第2.2节 手机信号屏蔽器的功能特点 手机工作的时候，是在一定的频率范围内，手机和基站通过无线电波信号联接，以一定的波特率和调制方式完成数据以及声音的传输。针对手机的通讯原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从前向信道的低端频率向高端扫描。该扫描速度可以在手机接收报文信号中形成乱码干扰，使手机不能检测出从基站发出的正常数据，导致手机不能与基站建立联接。这时手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象。 屏蔽器的基本功能: 屏蔽功能 起动完成后，使作用范围内的手机被屏蔽。 屏蔽器的基本性能参数: 频率发射范围:860-960MHZ 1.800-1.990GHZ 发射的功率:1W?200mA 作用的频段:CDMA800、GSM900、DCS1800、PCS1900、小灵通。 控制的范围:半径20米的圆周范围。 屏蔽器的使用方法: 1(选择需要屏蔽手机信号的区域，将屏蔽器置于此区域的桌面上或墙壁上。 2(设备连接完毕后，按下电源开关后屏蔽器即可工作。此时屏蔽器作用范围内的所有手机均处于搜索网络状态，失去基站信号，无法呼入或者呼出。 现今常用的便携式信号屏蔽器: 如图2-1所示的便携式手机信号屏蔽器是采用进口IC、自主研发，特别针对一些需要安全和保密的小场所，根据国内外移动通信的实际情况而精心研发的高科技产品，有效作用范围在半径0.5-15米，在这个范围内能有效的阻拦GSM/CDMA/DCS/PHS/PCS/3G等手机的信号，使区域内的手机无法呼入和呼出，并且不会干扰环境内的其它电子设备的正常工作。当手机远离屏蔽器的作用范围时，即可恢复正常工作。机器轻便精致，重量仅为150克;操作十分简单，功耗很低，工作使用时间可达2-3个小时，并且充电十分方便。是真正的绿色环保型便携式的手机信号屏蔽器。 8 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图2-1 便携式手机信号屏蔽器 图2-2手机信号屏蔽器工作原理图 第2.3节 手机信号屏蔽原理 手机信号屏蔽器的工作过程是这样的:由锯齿波信号发生器产生的扫描信号经过倒相器倒相后，进入压控振荡器调制，在CDMA、GSM、PHS下行频率相同的三个频段上面，调制的扫频信号经过功率放大器放大之后，通过稳压管控制功率放大器的功率大小，使其发射功率小于1W，放大后的扫频信号以无线电波的形式向空中发射，因为扫频信号在手机接收报文信号中会形成乱码干扰，从而导致手机不能检测出从基站发出的正常微波信号数据，使得在一定范围内使手机不能与基站进行联接，这时手机会出现搜索网络、无信号、无服务系统等现象，以此来达到禁用手机的目的。而当手机离开屏蔽器的作用范围时，又可以完全恢复正常使用。手机屏蔽器所发出的电信号无疑也是一种电磁信号，但是这种屏蔽器永远不会有任何设备与其进行数据交流，也就永远无法形成突变信号，总而言之，这种信号永远处在相对静止的状态下，不会对其它电气设备形成干扰，对人体也是无害的。 9 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第3章 信号侦测的设计 本文在设计手机信号屏蔽器时，首先考虑的的是手机建立通信的过程，进行最佳的侦测方案的检查。在对场所内用户进行屏蔽的时候，不能影响附近手机基站的正常工作，避免由于基站受到影响，导致其所覆盖区域内所有用户均受到影响。这些是国家法律的基本要求。我国现在移动通信网络被三大运营商垄断，使用手机的制式仅有GSM和CDMA两种，本次设计中以以上两种手机作为研究对象。 第3.1节 手机信号屏蔽侦测方案的设计 在进行主叫的时候，手机首先向基站发送一个短的随机接入信道(RACH)突发脉冲。在手机被呼入时，由基站在BCH呼叫通道上使用SIM中的IMIS号码来呼叫用户，手机响应后向基站发送RACH脉冲。通过整个建立过程的分析，我们可以发现，不管手机是主叫还是被叫，RACH脉冲信号是手机用户和基站建立联系的关键。因此在进行侦测方案设计时，可以考虑将RACH脉冲作为一项关键的信号来源来考虑。 RACH 脉冲 通信过程功率 功 率 背景噪声功率 t 时间 图3-1 手机主叫过程射频功率水平状态图 当手机向基站发送RACH脉冲信号时，GSM手机最大的发送功率为30bBm以上，而CDMA手机在23dBm以上，RACH脉冲可以持续10ms以上。经过多次试验，我们发现，当有一个用户进行RACH脉冲发送时，就会产生一个明显的功率峰值。因此，在进行信号侦测的设计时，限定一个门限值，当功率超过门限值时，可确认有用户发出了呼叫请求。此时，门限值应远大于包括广播信号、 10 苏州大学本科生毕业设计(论文) 电视信号以及工频干扰等背景噪声的功率值。 基于以上试验分析，侦测参数的选择成为了设计中的关键。只有确认了侦测标准后，整个设计思路才能够相对清晰。 屏蔽器的工作过程中，对于背景噪声的检测是首要任务，使用场所的不同，其背景噪声也不一致，进行检测的时候，采用的时对数检波器。检波器芯片主要选择AD8313，该芯片的工作频段为0.1GHz—2.5GHz，能够对所有手机的工作频段进行覆盖;该芯片能够实现差分输入处的调制RF信号与直流输出处的等效dB标度值的精确转换，最高动态范围70dB(?3 dB)，AD8313采用了8引脚的小型SO封装，在应用的过程中电源可以为2.7—2.5V直流电。 T/R开关控制 干采样控制 启动 扰AT89C5模干扰控收发对数检波A/D转换1 块 制 开关 器AD8313 ADC0809 CPU 输出大功率干扰信号 图 3-2 环保型手机信号屏蔽器的硬件结构图 检波器在进行工作时，首先将背景射频功率进行电平值转换，然后进行A/D采样，利用单片机对采样信号进行处理，从而获取背景噪声功率值。 检波器上电后，首先要进行系统复位，同时干扰模块也启动，持续20s的干扰，对所有通信服务进行屏蔽，以防止背景噪声中有已处于工作状态下的手机用户频率混入，影响背景噪声测量的精确性。而后对AD8313输出的电平值进行采集，采集频率为每10ms一次，连续测量50次，取其平均值作为背景噪声的功率值。这样的方法一方面可以加快启动系统的速度，另一方面也可以通过多次测量滤除噪声功率的随机抖动影响测量的稳定性。 AT89C51性能介绍 AT89C51是一种带4K字节的FLASH存储器，低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于是将多功能的8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效的微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入 11 苏州大学本科生毕业设计(论文) 式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-3所示。 AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 接口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内有振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式为保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 图3-3 AT89C51引脚排列图 ADC0809性能介绍 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。 ADC0809主要特性: 1)8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2)具有转换起停控制端。 3)转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs(时钟为500kHz时) 4)单个+5V电源供电 5)模拟输入电压范围0,+5V，不需零点和满刻度校准。 6)工作温度范围为-40,+85摄氏度 12 苏州大学本科生毕业设计(论文) 7)低功耗，约15mW。 图3-4为ADC0809引脚排列图 图3-4 ADC0809引脚排列图 工作过程 首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器中。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，然后EOC输出信号变低，指示显示转换正在进行。直到A/D转换完成后，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器中，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量则会输出到数据总线上。 第3.2节 手机信号侦测设计 图3-5为手机信号侦测系统的算法流程。在获取到背景噪声功率值后，屏蔽器正式开始侦测工作。在进行侦测的过程中，单片机对于空间射频功率电平值进行周期性的采集，如果发现采集到的电平值超过前期设置的门限电平值时，表明有手机向基站发送了RACH脉冲，此时需要干扰模块立即启动对其进行干扰，截断其与基站之间的联络。 13 苏州大学本科生毕业设计(论文) 侦测开始 采集 启动干扰模块 射频功率状态 等待 与背景噪声比较 否 20秒工作时 间 否 是否连续10关闭干扰模块 次超过门限 是 采集 设置干扰标志位 背景噪声功率值 图3-5a 自检程序算法流程图 图3-5b 侦测算法流程图 14 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第4章 手机信号屏蔽器的设计 第4.1节 屏蔽器结构设计 对于手机信号的干扰工作就是在下行信道上以一定的速度从低端频率向高端频率扫描，同时伴随大功率射频信号的发送。扫描速度要求能够干扰手机接收的报文信号，在其中形成乱码干扰，使手机对于基站发出的正常数据无法接收，从而阶段手机与基站的联接。此时的手机会处于搜索网络、无信号以及无服务等状态。具体的如下: 通过锯齿波对压控振荡器(VCO)输出主频在下行信道的射频信号进行控制; 通过射频功放对射频信号进行放大，并经由天线向外发射。对于GSM手机，其干扰锯齿波频率大约为10KHz，而对于CDMA手机，其干扰锯齿波频率约为30KHz。设计中采用对数天线，VCO选用muRata公司生产的MQWS系列双通道压控振荡器，其频率范围是700MHz-2000MHz，在对GSMg00、CnMAs00、nCS-800、PHS1900标准的手机进行屏蔽时，仅需要2片VCO就可以满足工作需要了。为了实现屏蔽器环保的效果，在保证屏蔽效果的基础上，辐射持续时间应尽可能的降低，在设计中增加了持续时间限制，即干扰启动后20s后，干扰模块关闭，屏蔽器重新进入侦测状态，对下一次的通信联络进行监测，在再次监测到通信联络之前，干扰模块不再启动。该设计方案不仅降低了干扰区内电磁辐射对于人体的伤害，同时降低了屏蔽器的功耗，真正实现了环保屏蔽的目的。 来自CPU控制口 VCO 射频功放 锯齿波形发生器 图4-1 干扰模块机构图 第4.2节 锯齿波发生器的设计 15 苏州大学本科生毕业设计(论文) 图4-2中，IC1采用正反馈连接，是一个滞回比较器;A2是作为运算放大器连接成负反馈。当IC1输出高电平时，二极管导通，电容C1中的电流方向是正方向(向右)，由于运算放大器A2的负输入端电势始终不变，如此输出电压线性下降，RC回路常数为f=(R//R)C?RC(?R》R)，当IC2的输出电p01212012 压UO变化至使A1正向输入端小于负输入端提供的电压基准时，比较器IC1输出低电平，二极管断开;电容C中的电流方向是反方向(向左)，输出电压线性上升，RC回路常数常数为f=RC，当U变化至使IC1正向输入端高于负输入端N0O 提供的电压基准时，A1输出端跳回高电平。因为R》R，所以f》f。如此周012Np而复始，产生周期性的锯齿波。该电路所产生的锯齿波波形图如图4-3所示。 17.6 K Ohm C1 0.01μF VD1 C2 8200pF R1 + IC2 180 K Ohm - Ui Ue IC1 VD2 + - R3 20 k Ohm Rp (R)/10 k Ohm R5 18K Ohm VT R4 20 k Ohm VD3 图4-2压控锯齿波发生器电路 图4-3 锯齿波波形图 第4.3节 射频放大器的设计 16 苏州大学本科生毕业设计(论文) 射频功率放大器的电路图如图4-4，输入信号为20,21dBm，50Ω输入;工作电压为15V和48V，其中15V为第一、二级功放提供工作电压，48V为最后一级功放提供工作电压;6V稳压输出可以使用15V或48V进行稳压变换，电路整体设计采用AB类功率放大，设计的驻波比为1.9。经过中间级放大后的信号，首先通过 Tl(4:1)阻抗变换后进人功率放大器。在信号的上半周期Q1导通，信号的下半周期Q2导通;然后轮流通过T2(16:1)阻抗变换进入第二级放大，同 样信号的上半周期Q3导通，下半周期Q4导通，完成整个信号全周期的能量放大;进入最后一级放大时使用T3(4:1)阻抗变换，以继续增加工作电流驱动大 功率MOSFETMRFl57。为保证50Ω输出，输出端的阻抗变换为T4(1:9)。 电路中使用负反馈电路的目的是在整个带宽频率响应内产生一个相对平稳的功率增益，保持增益的线性度，同时引进负反馈电路，有利于改善输入回损和低频端信号功率放大的稳定性。功率放大器所产生的波形图如图4-5。 +5 V Femitel C_LN6 +C_LN7 C_LN2 C_LN5 L_LN1 47μF R_LN3 R_LN1 470pF 470pF 470pF 100 Ω 100 Ω 220mH C_RF21 R_LN5 4 1 RFout LNA 100 Ω C_LN1 8pF 3 R_RF5 2 RFin 0 470pF C_LN3 R_LN2 C_LN4 R_LN4 68kΩ 470pF 470pF 68kΩ 图4-4 射频放大器电路图 17 苏州大学本科生毕业设计(论文) 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 2 3 5 1 4 6 图4-5 射频放大器仿真波形图 第4.4节 压控震荡器的设计 图4-6为压控振荡器的电路图，从图中，我们可以看到锯齿波发生器的振荡频率受到积分器的电容充放电时间的影响。而放点电流大小决定了充放电时间，ic=?Uz/R，因此改变Uz大小可以调节振荡频率。假如积分器的输入端不与迟滞比较器的输出端相连，开关的另两个触点分别与?5Ui之间的转接是受控于迟滞比较器的输出电压，当其输出电压为-Uz，则开关S接向+Ui。此时积分器输出的三角波，迟滞比较器输出方波的频率均受输入电压Ui 的控制。压控振荡器的仿真波形图如图4-7所示 18 苏州大学本科生毕业设计(论文) U0+15V VD1 +15V 1MΩ 0.1μF 10KΩ VD2 +15V 0.01μF R5 100KΩ 100KΩ 0.1μF + - R6 CA3160 100KΩ A1 A1 R3 1MΩ - + CA3130 C1 0.01μF 500pVD3 RP2F R1 RP 100KΩ 10.01μF 182KΩ 10KΩ VD5 VD4 R4 3KΩ 图4-6 压控振荡器电路 图4-7压控振荡器仿真波形图 19 苏州大学本科生毕业设计(论文) 第5章 设计仿真分析 本文通过对手机信号屏蔽器的电路的分析，来确定手机屏蔽器的结构，并且对电路中各种元器件参数进行比较分析，可以得到以下结论: 1、手机信号屏蔽器的结构可以分为锯齿波发生器电路、压控振荡器电路(VCO)、射频功放电路和天线这四个部分。 2、手机信号屏蔽器是通过锯齿波发生器所产生的锯齿波来控制压控振荡器运作, 使之产生工作频段的扫频信号，每一个扫频周期，等于是在工作频段中的每一个频点都添加一个宽脉冲(锯齿波正程所致)和一个窄脉冲(锯齿波逆程所致)。 3、通过调节压控振荡器中的R、C就可以改变信号屏蔽器所发出的信号频率，从而控制信号屏蔽器所屏蔽的频段范围。 4、通过锯齿波对压控振荡器(VCO)输出主频在下行信道的射频信号进行控制，并通过射频功放对射频信号进行放大。 根据锯齿波发生电路仿真波形图4-3显示，锯齿波产生周期正常，稳定。从压控振荡器波形仿真图4-7可见，迟滞比较器输出的方波信号平稳，通过改变压控振荡器电路中电压的高低来实现对射频信号频率的控制，再由射频放大器电路的波形仿真图4-5可见，射频功放电路中通过三级放大对频输入电信号进行了放大处理，达到目标增益值;通过ADC0809数模转换器对模拟信号转换输入AT89C51单片机进行数据处理，控制调节发生频率的大小是否达到屏蔽效果，再由天线将信号向外发射，从而可以实现对手机信号的干扰。 20 苏州大学本科生毕业设计(论文) 结论 本文通过对手机通讯原理的研究，设计出相应的手机信号屏蔽方案，对使用手机制式为GSM和CDMA频段的手机进行信号屏蔽设计。该电路具有结构简单，可靠性高，对人体不会造成污染等特点。主要通过一下几个电路模块来实现对手机信号的屏蔽。 锯齿波发生电路主要产生周期性的锯齿波;压控震荡电路控制迟滞比较器输出方波频率的大小;射频功放电路通过数级放大完成整个信号全周期的能量放大;电路中采用负反馈电路的目的是在整个带宽频率响应内产生一个相对平稳的功率增益，保持增益的线性度，同时有利于改善输入回损和低频端信号功率放大的稳定性。 21 苏州大学本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1]. 安文星. 手机信号屏蔽器电磁辐射影响评估系统的研制[D].郑州大学，2009. 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(美)罗德(Rohde，U.L)，(美)尼科(Newkirk，D.P).无线应用射频微波电路设计，电 子工业出版社，2004.08 22 苏州大学本科生毕业设计(论文) 致谢 经过将近两个月的时间，终于将这篇论文完成，在写作的过程中遇到了许多的困难和阻碍，但都在老师和同学的帮助下克服了。在这里，我要强烈的感谢我的论文指导老师-魏明，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助我进行论文的修改和指导。在这里，我要向帮助和知道我的各位老师和同学表示最衷心的感谢～ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多资料，还在论文的写作和排版过程中提供热情的帮助。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正～ 23