双工器工作原理与调试的方法

　　摘要：本文介绍了移动通信中双工移动台及转讯台的天线共用装置双工器的工作原理，并提出一种用常规测量仪器对双工器进行调试的方法。
　　关键词：双工无线电通信 天线收发转换器 滤波器 调试方法
　　
　　随着工业社会向信息社会的发展，移动通信发展非常迅速，移动电话及各类专业通信网象雨后春笋一样出现。目前常见的专业收发信双工台有KYODO公司的KG系列转讯台及车载台、KENWOOD公司的TKR系列转讯台及车载台和ICOM与MOTOROLA的产品等。这些公司的产品质量一般都非常可靠，因此在组网中若通信距离达不到设计要求时，除了检测收信机灵敏度与发信机发射功率外，天馈线系统及双工器是一重要因素，必须认真检测。
　　一、双工器工作原理
　　双工移动通信机工作时必须使用双工器，以使收发互不影响（转讯台有时也采用双天线隔离）。对于双工通信，收发频率之间有一保护频带。我国规定160MHz频段收发间隔为5.7MHz，460MHz频段收发间隔为10MHz，900MHz频段收发间隔为45MHz。
　　发信机产生的射频功率对接收机的影响有两个方面。一是发信频率上的强信号使接收机前级产生阻塞。要消除这种影响，必须将进入接收机前级的本机发射信号抑制到阻塞电平以下。二是发信频谱在收信通带内的噪声会直接进入接收机，因而影响信噪比，所以必须在发信输出端抑制这部分噪声，使它低于接收机本身在天线输入端的等效噪声功率。前一种影响的消除，要依靠在接收机输入端接入收信滤波器，以阻止发信功率进入接收机。后一种则要依靠在发信机输出端接入发信滤波器，以抑制发信频谱造成在收信频带上的噪声功率。为了使两滤波器互不影响，各自还要通过λ/4传输线阻抗变换后接到天线端，如图1所示。收信滤波器输入端对发信频率相当于短路，经λ/4阻抗变换后变成开路，就不会影响发信端。同理，λ/4阻抗变换也使发信滤波器不影响收信。
　　对滤波器的要求与发信功率、发信频谱的远端噪声功率密度、收信机本身的噪声系数及收信阻塞指标等因素有关。
　　收信滤波器对发信频率所需的衰减可用下式估算：
　　Ar(dB)＞Pt(dBm)-Sb(dB)-Ps(dBm)+衰减余量(dB)(1)
　　其中，Pt为发信载波功率，Sb为收信阻塞干扰电平，Ps为达到收信灵敏度所需的输入信号功率。衰减余量取决于收信灵敏度受发信影响的程度。当衰减余量为0dB时，收信灵敏将恶化3dB。一般要求发信工作时接收机灵敏度的变化不大于1dB，这时衰减余量可取3～6dB。
　　发信滤波器对收信频率所需的衰减可用下式估算：
　　At(dB)＞Pt(dBm)+10logB+Sn(dB)-Pnf(dBm)+衰减余量(dB)(2)
　　其中，Pt为发信载波功率，B为接收通带宽度，Sn为发射信号在收信通带内的平均噪声功率谱密度，Pnf为按接收机的灵敏度或噪声系数折算到天线端的等效噪声功率，衰减余量同(1)式。
　　例如，接收机灵敏度为0.5μV，阻塞指标为90dB，发信功率10W，则由（1）式计算出收信滤波器对发信频率的衰减应为：
　　Ar(dB)＞40dBm-90dB+113dBm+3dB=66dB
　　如在收信通带内发信的平均噪声功率谱密度为140dB/Hz，收信通带为16kHz，噪声系数为3dB，则由（2）式可求得：
　　At(dB)＞40dBm+42dB-140dB+123.6dBm+3dB=68.6dB
　　上述滤波器是收发信机双工器工作时使用的，因此称之为双工滤波器或双工器。在UHF、VHF频段，集总参数的LC滤波器Q值较低，难以满足上述阻带衰减。通常使用同轴谐振腔或螺旋谐振腔作LC谐振回路，构成窄带滤波器。
　　同轴谐振腔是一段一端短路的四分之一波长同轴线，其等效电路为一并联谐振回路。这种谐振回路由于其电磁场全部封闭在腔内，所以几乎没有辐射损耗，因此品质因数Q可以达到几千。这种特性是LC集总参数谐振器难以达到的。由同轴谐振腔构成的双工器常用于基地台或转讯台的天线系统中。
　　在波长较长的VHF频段及UHF频段的低端，同轴谐振腔的体积较大，因此不适用于移动收发通信设备。将同轴腔内的导体制成螺旋状可使双工器的体积减小，因为电磁波沿螺旋内导体传输时，沿螺旋线轴向的相速被降低。这种慢波结构使电波沿轴向传输过程中的波长大为缩短。由一端短路的λ/4螺旋线构成的螺旋谐振腔，其内部电磁场分布与同轴谐振腔相似，只是Q值略低些。这是因为电波沿螺旋线传播时，各匝导线要受到相邻导线磁场的作用，使导线内电流集中到线圈外侧。导线截面上电流密度的不均匀相当于截面减小、等效电阻增加，因此导致Q值下降。
　　二、双工器隔离度测试与调整方法
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　同轴谐振腔或螺旋谐振腔双工器可以等效为图2所示电路：设发信频率Ft＞收信频率Fr，调节C1使并联回路I谐振于Fr，故回路I对Fr呈感性，并与C串联谐振于Fr（从Z到地）。同理并联回路Ⅱ谐振于Fr，故回路B对Ft