课程设计（论文）手机屏蔽器的设计.doc

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1、手机屏蔽器的设计摘 要11 绪论21.1 引言21.2 屏蔽器的应用21.3屏蔽器的意义31.4本文研究的主要内容42 手机通信52.1 手机通信原理52.2电波传播的特点52.2.1传播环境复杂52.2.2环境被电磁噪声污染63 手机信号屏蔽原理73.1 屏蔽器的基本原理73.2 手机信号屏蔽器的结构73.2.1 锯齿波发生器73.2.2 压控振荡器83.2.3 射频功放电路103.3 手机信号屏蔽器的原理图123.3.1 锯齿波发生器电路图123.3.2 压控振荡器电路图123.3.3 射频功放电路14结 论15参考文献16摘 要在这无线电通信的新时代里，我们迎来了通信的新发展，使用手机的

2、用户数量日益增多，手机的通信质量也越来越完善，但从相反的角度考虑这也给日常生活带来了诸多不便。比如考场、会议室、加油站等地方都需要屏蔽手机的信号，手机屏蔽器的出现改变现有的状况。移动通讯是在一定的频率范围内，手机和基站通过无线电波连接起来，以一定的波特率和调制方式完成数据和声音的传输。手机屏蔽器是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，手机不能检测出从基站发出的正常数据，使手机不能与基站建立联接。本文所设计的屏蔽器是一个可同时屏蔽几个波段的信号，也可以调节屏蔽器屏蔽一个或两个波段的信号。 关键词 手机屏蔽器/压控/射频/电磁波。1 绪论1.1

3、 引言人们在享受通信带来方便的同时, 也在受到其带来的不利影响。在大学的课堂、图书馆、会议室等需要安静的地方, 经常受到手机来电响铃的骚扰。更有甚者, 在需要公平的考场内, 人们利用手机的隐蔽性和通信的方便性进行作弊。因此,希望有一种电子设备能破坏手机和基站的联络， 使得手机脱离于基站而不能发挥其功能, 该电子设备就是手机信号屏蔽器。1.2 屏蔽器的应用广泛应用于：各类考场、会议室、加油站、油库、教堂、医院、法庭、军事重地、图书馆、影剧院等场所。1.考场：可以防止和杜绝考生利用现代通讯工具作弊。2.会议室：保证会场秩序，保密会议内容，防止会议机密外泄。3.加油站、油库：可避免微波信号干扰引起的

4、火灾、爆炸。4.教堂：可以清除手机信号噪音，以保持宗教场所的庄严、。5.医院：能防止使用手机时造成对人体的危害和对医疗设备仪器的工作干扰。6.法庭：可保持法庭的庄严与神圣。7.军事重地：防止军事机密的外泄。8.图书馆：可以保持阅读、学习的安静环境。1.3屏蔽器的意义移动电话在全球范围的普及应用，极大地推动了世界各国在政治、经济、军事、科技和文化等方面的整体发展，作为信息化社会标志的手机已逐渐成为人们日常生活和工作中不可或缺的工具之一。在此类通信产品日益普及并给我们带无比便捷的同时，我们也应看到，伴随着手机的无限制地使用，手机制造的噪声污染也变得愈来愈严重。例如，在会议室、法庭、剧场、图书馆、医

5、院、学术报告厅、教室等公共场所，在某些特殊行业的特殊场所，如石油化工等单位，由于违规使用手机而引发灾害的情况在近年的新闻与报纸上也频频出现。而且，由于手机而可能导致国家重要信息的泄露已经为世界各国所认识，不少国家已有相关的方法及法律明确限定了某些重要部门与重要人物使用手机等无线通信设备，以维护国家的利益。此外，不少犯罪分子采用手机或其它移动通信设备等高科技从事犯罪活动是近年来逐渐出现的一个新问题，如利用手机，寻呼机等大众通信设备遥控炸弹的起爆，实施犯罪活动，已成为越来越多犯罪分子的使用手段，由于此类破坏活动比较隐蔽，防范起来非常困难，并给相关公安办案人员带来极大的危险性。移动电话屏蔽器（又称手

6、机屏蔽器/仪，手机信号切断器，会场净化仪等）的出现有效地解决了上述问题：它产生特定的电磁信号，同时覆盖GSM两频段、CDMA一个频段的三个主要频段(部分地区与特殊需求用户可加入小灵通和B机)，限制了手机在某些特定范围内的使用（如1040米的范围内，以免对其它非屏蔽区产生影响），安装移动电话屏蔽器，既可以净化环境，预防泄密与犯罪事件发生，同时对于维护祖国安全、保护人民生命财产都具有重要意义。1.4本文研究的主要内容手机通信的频率是特高频（UHF）3003000兆赫，它可以分为869894MHz的CDMA800、825960MHz的GSM900、18051880MHz的DCS1800及190019

7、90MHz的PCS1900。本文所研究的内容就是有选着性的把这些波段里的信号给屏蔽掉，不让手机接收到这些波段里的信号。而屏蔽手机信号的方法主要有两种：一种方法就是将手机放入封闭金属盒里，从而达到屏蔽手机信号的效果，这种方法简单但是不适合再日常生活种使用，另一种方法就是发射一个跟手机信号频率一样的电磁波，从而实现屏蔽手机信号。本文所设计就是发射一个与手机信号频率相同的屏蔽器。2 手机通信2.1 手机通信原理手机的通信过程，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，通过通信卫星辐射传送到受话人的电信网络中，受话人的通信设备接收到无线电磁波，再转换成语音信号

8、接通通信网络。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。2.2电波传播的特点 一个移动通信系统质量的好坏，在很大程度上取决于无线传输质量的好坏。而移动通信靠的是无线电波的传播，因此，我们必须了解和掌握移动通信环境中无线电波传播的基本特点。典型的移动通信环境中，电波传播的主要特点可归纳如下：2.2.1传播环境复杂 当电磁波遇到比波长大得多的物体时，就会发生反射，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尖利的边缘阻挡时，电磁波就会发生绕射。由于绕射，电磁波可越过障碍物到达接收天线。即使收发天线

9、间不存在视线路径，接收天线仍然可以接收到电磁信号。 当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。散射波产生于粗糙表面、小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中，树叶、街道标志和灯柱等都会引发散射。 另外，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。测试报告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增加。 2.2.2环境被电磁噪声污染 传播环境本身是一个被电磁噪声污染的环境，而且这种污染日益严重。电磁噪声污染包括由汽车点火系统、工业电磁污染以及蓬勃

10、发展的广播、无线通信的干扰等因素造成。 以上这些电波传播特点都会在实际中增加移动通信无线网络规划的难度。3 手机信号屏蔽原理3.1 屏蔽器的基本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，导致手机不能检测出从基站发出的正常微波信号数据，在一定范围内使手机不能与基站建立联接，手机表现为搜索网络、无信号、无服务系统等现象，从而无法使用，达到禁用手机的目的，其作用频率为：869894MHz；825960MHz；18051880MHz及19001990MHz等，作用频段为CDMA800、GSM900、DCS1800、PCS1

11、900。当手机离开屏蔽器的作用范围，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没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，换言之，这种信号永远处在相对静止的状态下，对其它电气设备不会形成干扰，对人体也无害。3.2 手机信号屏蔽器的结构 本文的屏蔽器的结构可分为4部分：锯齿波发生器、压控振荡器（voc）、射频功放和天线。3.2.1 锯齿波发生器能周期地产生锯齿形信号的电路，又称扫描电路或时基发生器。锯齿电压或电流的波形如图3-1，T为扫描周期，T1为扫描时间，T2为回扫时间。锯齿电压波主要用作示波管电路中的扫描电压，锯齿电流波主要用作显像

12、管电路中的偏转电流。图3-1 锯齿电压或电流的波形锯齿波发生器可分为自激式和他激式两种。前一种的稳定性较差，现代的时基发生器多采用后一种。3.2.2 压控振荡器指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)。其特性用输出角频率0与输入控制电压uc之间的关系曲线（图3-2）来表示。图中，uc为零时的角频率0，0称为自由振荡角频率；曲线在0，0处的斜率K0称为控制灵敏度。使振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和

13、锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。图3-2 压控振荡器的控制特性压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄，RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间LC压控振荡器 在任何一种LC振荡器中，将压控可变电抗元件插入振荡回路就可形成LC压控振荡器。早期的压控可变电抗元件是电抗管，后来大都使用变容二极管。RC压控振荡器 在单片集成电路中常用RC压控多谐振荡器。晶体

14、压控振荡器 在用石英晶体稳频的振荡器中，把变容二极管和石英晶体相串接，就可形成晶体压控振荡器。为了扩大调频范围，石英晶体可用AT切割和取用其基频率的石英晶体，在电路上还可采用展宽调频范围的变换网络。3.2.3 射频功放电路它是一种电子放大器用于转换低功耗射频信号到一个更大的信号，重大电力，通常用于驱动天线的发射机。它通常有优化的公效率，高输出功率压缩，良好的回损的输入和输出，良好的收益，以及最佳的散热。作为一个高功率的设备，并获得它使大量的输出信号功率大，而需要非常少量的RF功率，通常可用任何商业信号发生器。射频功率放大器可分为：A类放大器、AB类放大器、B类放大器、C类放大器、D类放大器、E

15、类放大器等。A类放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器。A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。另一类可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电

16、流泄放。这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。B类放大器，在正半周（或者负半周）内器件导通时间为50的一种工作类别，处于放大状态的为B类。B类放大器的工作原理的解释可以是输出级中两个输出功率管，其输出电压的控制存在一个相当显著的转换，来源于两个功率管在相音的开通和关闭。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99是属于这一类。B类放大器的主要特点是：无论是晶体管还是电子管作B类放大器,其基本理论是相同的，即工作点设置使放大器静态电流为零，两推挽管在输入信号的半周期内轮流导通，各放大器输入信号的半个周期。但是，无论晶体管还是电子管都难以实现

17、上述理想的放大状态。为了对信号半周期进行不失真的放大，晶体管必须加入适当的偏置电流，以使工作点越过其基-射结的正向压降。此类放大存在交越失真(输入信号小于VBE时，晶体管无法导通，因些造成正，负半周之间有一段时间NPN与PNP都不工作,此种情况称为交越失真)，交替失真较大。效率较高，晶体管功耗较小，功率理论最大值可达78.5。可以抵消偶次谐波失真。AB类放大器，实际上是A类和B类的结合，每个器件的导通时间在50-100之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类。AB类放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类；当

18、电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。这样在AB类状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类或B类。C类放大器，是指器件导通时间小于50的工作类别。这类放大器，一般用于射频放大。D类放大器，这类放大器，其特点是断续地转换器件的开通，其频率超过音频，可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为脉宽调制(PWM)，其效率在理论上来说是很高的。但是，实际困难还是非常大的，因为200kHz的高功率方波是不是好的出发点尚不清楚；从失真的角度来看，为保证采样频率的有效性，必须将一个陡峭截止频率的低通滤波器插入放大器与扬声器之间，以消除绝大部分的射频成分

19、，这至少需要4个电感(考虑立体声)， 成本自然不会低。此外，表现在频响方面，它只能对某一特定负载阻抗保证平坦的频率响应。E类放大器，这类放大器，是一个极端聪明的半导体技术应用，它在几乎所有工作时间内，通过的电压或电流是较小的，亦即功率耗散很低。遗憾的是，它仅用于射频技术，而不用于音频。3.3 手机信号屏蔽器的原理图3.3.1 锯齿波发生器电路图本论文的锯齿波发生器的原理图如下图3-3：图3-3 锯齿波发生起电路图此电路是根据RC振荡产生锯齿波，虽然精确不高，但能满足本设计。3.3.2 压控振荡器电路图此压控振荡器是由锯齿波发生电路产生的电压控制，图3-4所示电路中A1是积分电路，A2是同相输入

20、滞回比较器，它起开关作用。当它的输出电压u01=+UZ时，二极管D截止，输入电压（Ui0），经电阻R1向电容C充电，输出电压uo逐渐下降，当u0下降到零再继续下降使滞回比较器A2同相输入端电位略低于零，uO1由+UZ跳变为UZ，二极管D由截止变导通，电容C放电，由于放电回路的等效电阻比R1小得多，因此放电很快，uO迅速上升，使A2的u+很快上升到大于零，uO1很快从UZ跳回到+UZ，二极管又截止，输入电压经R1再向电容充电。如此周而复始，产生振荡。振荡频率与输入电压的函数关系：可见振荡频率与输入电压成正比。图3-4 压控振荡器实验电路3.3.3 射频功放电路它的作用就是将振荡器产生的信号放大功

21、率再通过天线把信号发射出去。结 论课程设计是一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的手机屏蔽器设计过程发现实际生活中我们运用知识的能力跟我们课堂上尝到的完全不一样，也许你自认为自己已经学到了很多知识，但在实际的应用中你就会发现纸上得来终觉浅，我们真正能得到锻炼的也就是在这些动手的项目中，我们知道怎样去利用知识，怎样去查找工具，同时我也学到了局部取舍的问题，再动手能力提升的同时，在耐力和能力上也得到了不同程度的提升，这些我想也是我们进行课程设计的出发点。在这个不同于学习的过程的中，我们利用protel，Word，还有各种电路图，电路器件，电路条件等都有一定程度的熟悉和复习。在这次

22、课程设计我感觉自己真的学到了很多，我想次宝贵的经验在以后的毕业设计中定会起到至关重要的作用。本文通过设计手机屏蔽器的电路，确定手机屏蔽器的结构，幷对电路和元器件参数进行优化，主要得到以下结论。1、手机屏蔽器的结构可分为锯齿波发生器、压控振荡器（VCO）、射频功放和天线四个部分。2、手机屏蔽器是通过锯齿波发生器产生的锯齿波来控制压控振荡器, 使之生成工作频段的扫频信号，每一个扫频周期，等于在工作频段中的每一个频点添加一个宽脉冲（锯齿波正程所致）和一个窄脉冲（锯齿波逆程所致）。3、调节压控振荡器中的R、C就可以改变屏蔽器所发出的信号频率。参考文献1戴美泰等.GSM移动通信网络优化.北京人民邮屯出版

23、社,20022张威.GSM网络优化.北京人民邮电出版社,20033张毅刚.单片机原理与应用.北京高等教育出版社,20044黄智伟.射领电路设计.北京电子工业出版社,20065徐锦康.机械优化设计.北京机械工业出版社,19966廖建新,王晶,张磊.移动通信新业务.北京人民邮电出版社,20077高佛社,祁宗全,邢秦中.英汉通信技术词汇.北京人民邮电出版社,20038高建平,张芝贤.电磁理论基础微波技术天线基础.西北工业大学出版社, 20029陈重，崔正勤.电磁场理论基础.北京理工大学出版社,2008.07.0110邹澎.电磁场与电磁波.清华大学出版社,2008.611周英.电路分析原理.机械工业出版社,2006.6.112周廷美,蓝悦明.机械零件与系统优化设计建模与应用.北京:化学工业出版社,200513李小文,李贵勇,陈贤亮等.第三代移动通信系统、信令及实现.北京:人民邮电出版社,200314龙振宇.机械设计.北京:机械工业出社,200215（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附件2课程设计说明书题目： 姓 名： 院 （系）： 专业班级： 学 号： 指导教师： 成 绩： 时间： 年 月 日至 年 月 日