課程設(shè)計論文手機(jī)屏蔽器

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯課程設(shè)計說明書題目：姓名：院（系）：專業(yè)班級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：成績：時間：年月日至年月日手機(jī)屏蔽器的設(shè)計摘要 11緒論 21.1引言 21.2屏蔽器的應(yīng)用 21.3屏蔽器的意義 31.4本文研究的主要內(nèi)容 42手機(jī)通信 52.1手機(jī)通信原理 52.2電波傳播的特點 52.2.1傳播環(huán)境復(fù)雜 52.2.2環(huán)境被電磁噪聲污染 63手機(jī)信號屏蔽原理 73.1屏蔽器的基本原理 73.2手機(jī)信號屏蔽器的結(jié)構(gòu) 73.2.1鋸齒波發(fā)生器 73.2.2壓控振蕩器 83.2.3射頻功放電路 103.3手機(jī)信號屏蔽器的原理圖 123.3.1鋸齒波發(fā)生器電路圖 123.3.2壓控振蕩器電路圖 123.3.3射頻功放電路 14結(jié)論 15參考文獻(xiàn) 16摘要在這無線電通信的新時代里，我們迎來了通信的新發(fā)展，使用手機(jī)的用戶數(shù)量日益增多，手機(jī)的通信質(zhì)量也越來越完善，但從相反的角度考慮這也給日常生活帶來了諸多不便。比如考場、會議室、加油站等地方都需要屏蔽手機(jī)的信號，手機(jī)屏蔽器的出現(xiàn)改變現(xiàn)有的狀況。移動通訊是在一定的頻率范圍內(nèi)，手機(jī)和基站通過無線電波連接起來，以一定的波特率和調(diào)制方式完成數(shù)據(jù)和聲音的傳輸。手機(jī)屏蔽器是以一定的速度從前向信道的低端頻率向高端掃描。該掃描速度可以在手機(jī)接收報文信號中形成亂碼干擾，手機(jī)不能檢測出從基站發(fā)出的正常數(shù)據(jù)，使手機(jī)不能與基站建立聯(lián)接。本文所設(shè)計的屏蔽器是一個可同時屏蔽幾個波段的信號，也可以調(diào)節(jié)屏蔽器屏蔽一個或兩個波段的信號。關(guān)鍵詞手機(jī)屏蔽器/壓控/射頻/電磁波。1緒論1.1引言人們在享受通信帶來方便的同時,也在受到其帶來的不利影響。在大學(xué)的課堂、圖書館、會議室等需要安靜的地方,經(jīng)常受到手機(jī)來電響鈴的騷擾。更有甚者,在需要公平的考場內(nèi),人們利用手機(jī)的隱蔽性和通信的方便性進(jìn)行作弊。因此,希望有一種電子設(shè)備能破壞手機(jī)和基站的聯(lián)絡(luò)，使得手機(jī)脫離于基站而不能發(fā)揮其功能,該電子設(shè)備就是手機(jī)信號屏蔽器。1.2屏蔽器的應(yīng)用廣泛應(yīng)用于：各類考場、會議室、加油站、油庫、教堂、醫(yī)院、法庭、軍事重地、圖書館、影劇院等場所。1.考場：可以防止和杜絕考生利用現(xiàn)代通訊工具作弊。2.會議室：保證會場秩序，保密會議內(nèi)容，防止會議機(jī)密外泄。3.加油站、油庫：可避免微波信號干擾引起的火災(zāi)、爆炸。4.教堂：可以清除手機(jī)信號噪音，以保持宗教場所的莊嚴(yán)、。5.醫(yī)院：能防止使用手機(jī)時造成對人體的危害和對醫(yī)療設(shè)備儀器的工作干擾。6.法庭：可保持法庭的莊嚴(yán)與神圣。7.軍事重地：防止軍事機(jī)密的外泄。8.圖書館：可以保持閱讀、學(xué)習(xí)的安靜環(huán)境。1.3屏蔽器的意義移動電話在全球范圍的普及應(yīng)用，極大地推動了世界各國在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科技和文化等方面的整體發(fā)展，作為信息化社會標(biāo)志的手機(jī)已逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢苫蛉钡墓ぞ咧?。在此類通信產(chǎn)品日益普及并給我們帶無比便捷的同時，我們也應(yīng)看到，伴隨著手機(jī)的無限制地使用，手機(jī)制造的噪聲污染也變得愈來愈嚴(yán)重。例如，在會議室、法庭、劇場、圖書館、醫(yī)院、學(xué)術(shù)報告廳、教室等公共場所，在某些特殊行業(yè)的特殊場所，如石油化工等單位，由于違規(guī)使用手機(jī)而引發(fā)災(zāi)害的情況在近年的新聞與報紙上也頻頻出現(xiàn)。而且，由于手機(jī)而可能導(dǎo)致國家重要信息的泄露已經(jīng)為世界各國所認(rèn)識，不少國家已有相關(guān)的方法及法律明確限定了某些重要部門與重要人物使用手機(jī)等無線通信設(shè)備，以維護(hù)國家的利益。此外，不少犯罪分子采用手機(jī)或其它移動通信設(shè)備等高科技從事犯罪活動是近年來逐漸出現(xiàn)的一個新問題，如利用手機(jī)，尋呼機(jī)等大眾通信設(shè)備遙控炸彈的起爆，實施犯罪活動，已成為越來越多犯罪分子的使用手段，由于此類破壞活動比較隱蔽，防范起來非常困難，并給相關(guān)公安辦案人員帶來極大的危險性。移動電話屏蔽器（又稱手機(jī)屏蔽器/儀，手機(jī)信號切斷器，會場凈化儀等）的出現(xiàn)有效地解決了上述問題：它產(chǎn)生特定的電磁信號，同時覆蓋GSM兩頻段、CDMA一個頻段的三個主要頻段(部分地區(qū)與特殊需求用戶可加入小靈通和B機(jī))，限制了手機(jī)在某些特定范圍內(nèi)的使用（如10—40米的范圍內(nèi)，以免對其它非屏蔽區(qū)產(chǎn)生影響），安裝移動電話屏蔽器，既可以凈化環(huán)境，預(yù)防泄密與犯罪事件發(fā)生，同時對于維護(hù)祖國安全、保護(hù)人民生命財產(chǎn)都具有重要意義。1.4本文研究的主要內(nèi)容手機(jī)通信的頻率是特高頻（UHF）300～3000兆赫，它可以分為869~894MHz的CDMA800、825~960MHz的GSM900、1805~1880MHz的DCS1800及1900~1990MHz的PCS1900。本文所研究的內(nèi)容就是有選著性的把這些波段里的信號給屏蔽掉，不讓手機(jī)接收到這些波段里的信號。而屏蔽手機(jī)信號的方法主要有兩種：一種方法就是將手機(jī)放入封閉金屬盒里，從而達(dá)到屏蔽手機(jī)信號的效果，這種方法簡單但是不適合再日常生活種使用，另一種方法就是發(fā)射一個跟手機(jī)信號頻率一樣的電磁波，從而實現(xiàn)屏蔽手機(jī)信號。本文所設(shè)計就是發(fā)射一個與手機(jī)信號頻率相同的屏蔽器。2手機(jī)通信2.1手機(jī)通信原理手機(jī)的通信過程，就是使用手機(jī)把語音信號傳輸?shù)揭苿油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中，再由移動通信網(wǎng)絡(luò)將語音信號變成電磁頻譜，通過通信衛(wèi)星輻射傳送到受話人的電信網(wǎng)絡(luò)中，受話人的通信設(shè)備接收到無線電磁波，再轉(zhuǎn)換成語音信號接通通信網(wǎng)絡(luò)。因此，手機(jī)通信是一個開放的電子通信系統(tǒng)，只要有相應(yīng)的接收設(shè)備，就能夠截獲任何時間、地點、人員的通話信息。2.2電波傳播的特點一個移動通信系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于無線傳輸質(zhì)量的好壞。而移動通信靠的是無線電波的傳播，因此，我們必須了解和掌握移動通信環(huán)境中無線電波傳播的基本特點。典型的移動通信環(huán)境中，電波傳播的主要特點可歸納如下：2.2.1傳播環(huán)境復(fù)雜當(dāng)電磁波遇到比波長大得多的物體時，就會發(fā)生反射，反射發(fā)生于地球表面、建筑物和墻壁表面等光滑界面處。當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的傳播路徑被尖利的邊緣阻擋時，電磁波就會發(fā)生繞射。由于繞射，電磁波可越過障礙物到達(dá)接收天線。即使收發(fā)天線間不存在視線路徑，接收天線仍然可以接收到電磁信號。當(dāng)波穿行的介質(zhì)中存在小于波長的物體并且單位體積內(nèi)阻擋體的個數(shù)非常巨大時，就會發(fā)生散射。散射波產(chǎn)生于粗糙表面、小物體或其他不規(guī)則物體。在實際的通信系統(tǒng)中，樹葉、街道標(biāo)志和燈柱等都會引發(fā)散射。另外，一臺位于外面的發(fā)射機(jī)在建筑物內(nèi)被接收到的信號場強，對于無線系統(tǒng)來說是非常重要的。無線信號透射能力是頻率及建筑物高度的函數(shù)。測試報告顯示隨著頻率或建筑物高度的增加信號透射能力增加，即建筑物內(nèi)接收信號場強增加。2.2.2環(huán)境被電磁噪聲污染傳播環(huán)境本身是一個被電磁噪聲污染的環(huán)境，而且這種污染日益嚴(yán)重。電磁噪聲污染包括由汽車點火系統(tǒng)、工業(yè)電磁污染以及蓬勃發(fā)展的廣播、無線通信的干擾等因素造成。以上這些電波傳播特點都會在實際中增加移動通信無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的難度。3手機(jī)信號屏蔽原理3.1屏蔽器的基本原理手機(jī)信號屏蔽器在工作過程中以一定的速度從前向信道的低端頻率向高端掃描，該掃描速度可以在手機(jī)接收報文信號中形成亂碼干擾，導(dǎo)致手機(jī)不能檢測出從基站發(fā)出的正常微波信號數(shù)據(jù)，在一定范圍內(nèi)使手機(jī)不能與基站建立聯(lián)接，手機(jī)表現(xiàn)為搜索網(wǎng)絡(luò)、無信號、無服務(wù)系統(tǒng)等現(xiàn)象，從而無法使用，達(dá)到禁用手機(jī)的目的，其作用頻率為：869~894MHz；825~960MHz；1805~1880MHz及1900~1990MHz等，作用頻段為CDMA800、GSM900、DCS1800、PCS1900。當(dāng)手機(jī)離開屏蔽器的作用范圍，又可以完全恢復(fù)正常使用。手機(jī)屏蔽器所發(fā)出的電信號無疑也是一種電磁信號，但是這種屏蔽器永遠(yuǎn)沒有任何設(shè)備與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，也就永遠(yuǎn)無法形成突變信號，換言之，這種信號永遠(yuǎn)處在相對靜止的狀態(tài)下，對其它電氣設(shè)備不會形成干擾，對人體也無害。3.2手機(jī)信號屏蔽器的結(jié)構(gòu)本文的屏蔽器的結(jié)構(gòu)可分為4部分：鋸齒波發(fā)生器、壓控振蕩器（voc）、射頻功放和天線。3.2.1鋸齒波發(fā)生器能周期地產(chǎn)生鋸齒形信號的電路，又稱掃描電路或時基發(fā)生器。鋸齒電壓或電流的波形如圖3-1，T為掃描周期，T1為掃描時間，T2為回掃時間。鋸齒電壓波主要用作示波管電路中的掃描電壓，鋸齒電流波主要用作顯像管電路中的偏轉(zhuǎn)電流。圖3-1鋸齒電壓或電流的波形鋸齒波發(fā)生器可分為自激式和他激式兩種。前一種的穩(wěn)定性較差，現(xiàn)代的時基發(fā)生器多采用后一種。3.2.2壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對應(yīng)關(guān)系的振蕩電路(VCO)。其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線（圖3-2）來表示。圖中，uc為零時的角頻率ω0，0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0，0處的斜率K0稱為控制靈敏度。使振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個壓控振蕩器。在通信或測量儀器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測量的信號（調(diào)制信號）。人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號。在自動頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個受控部件。圖3-2壓控振蕩器的控制特性壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄，RC壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度低而調(diào)頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間LC壓控振蕩器在任何一種LC振蕩器中，將壓控可變電抗元件插入振蕩回路就可形成LC壓控振蕩器。早期的壓控可變電抗元件是電抗管，后來大都使用變?nèi)荻O管。RC壓控振蕩器在單片集成電路中常用RC壓控多諧振蕩器。晶體壓控振蕩器在用石英晶體穩(wěn)頻的振蕩器中，把變?nèi)荻O管和石英晶體相串接，就可形成晶體壓控振蕩器。為了擴(kuò)大調(diào)頻范圍，石英晶體可用AT切割和取用其基頻率的石英晶體，在電路上還可采用展寬調(diào)頻范圍的變換網(wǎng)絡(luò)。3.2.3射頻功放電路它是一種電子放大器用于轉(zhuǎn)換低功耗射頻信號到一個更大的信號，重大電力，通常用于驅(qū)動天線的發(fā)射機(jī)。它通常有優(yōu)化的公效率，高輸出功率壓縮，良好的回?fù)p的輸入和輸出，良好的收益，以及最佳的散熱。作為一個高功率的設(shè)備，并獲得它使大量的輸出信號功率大，而需要非常少量的RF功率，通?？捎萌魏紊虡I(yè)信號發(fā)生器。射頻功率放大器可分為：A類放大器、AB類放大器、B類放大器、C類放大器、D類放大器、E類放大器等。A類放大器，是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。

這種放大器，由于避免了器件開關(guān)所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動態(tài)范圍控制得當(dāng)，僅從失真的角度來看，可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器。

A類放大器在結(jié)構(gòu)上，還有兩類不同的工作方式。其中一類是將兩個射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負(fù)載下有足夠的電流流過，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點是它不會突然地耗盡輸出電流，如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定值，放大器會短期出現(xiàn)截止現(xiàn)象，在失真上可能略有增加，但不致出現(xiàn)直感上的嚴(yán)重缺陷。另一類可稱作為控制電流源型(VCIS)，它本質(zhì)上是一個單獨的射極跟隨器，并帶有一個有源發(fā)射極負(fù)載，以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級時，需要在開始設(shè)計之前就把所要驅(qū)動的阻抗是多低搞清楚。B類放大器，在正半周（或者負(fù)半周）內(nèi)器件導(dǎo)通時間為50％的一種工作類別，處于放大狀態(tài)的為B類。B類放大器的工作原理的解釋可以是輸出級中兩個輸出功率管，其輸出電壓的控制存在一個相當(dāng)顯著的轉(zhuǎn)換，來源于兩個功率管在相音的開通和關(guān)閉。這類放大器可以說是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99％是屬于這一類。B類放大器的主要特點是：無論是晶體管還是電子管作B類放大器,其基本理論是相同的，即工作點設(shè)置使放大器靜態(tài)電流為零，兩推挽管在輸入信號的半周期內(nèi)輪流導(dǎo)通，各放大器輸入信號的半個周期。但是，無論晶體管還是電子管都難以實現(xiàn)上述理想的放大狀態(tài)。為了對信號半周期進(jìn)行不失真的放大，晶體管必須加入適當(dāng)?shù)钠秒娏鳎允构ぷ鼽c越過其基-射結(jié)的正向壓降。此類放大存在交越失真(輸入信號小于VBE時，晶體管無法導(dǎo)通，因些造成正，負(fù)半周之間有一段時間NPN與PNP都不工作,此種情況稱為交越失真)，交替失真較大。效率較高，晶體管功耗較小，功率理論最大值可達(dá)78.5％?？梢缘窒即沃C波失真。AB類放大器，實際上是A類和B類的結(jié)合，每個器件的導(dǎo)通時間在50-100％之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按B類設(shè)計，然后增加偏置電流，使放大器進(jìn)入AB類。AB類放大器在輸出低于某一電平時，兩個輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于A類；當(dāng)電平增高時，兩個器件將完全截止，而另一個器件將供給更多的電流。這樣在AB類狀態(tài)開始時，失真將會突然上升，其線性劣于A類或B類。C類放大器，是指器件導(dǎo)通時間小于50％的工作類別。這類放大器，一般用于射頻放大。D類放大器，這類放大器，其特點是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通，其頻率超過音頻，可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時電平，這種情況被稱為脈寬調(diào)制(PWM)，其效率在理論上來說是很高的。但是，實際困難還是非常大的，因為200kHz的高功率方波是不是好的出發(fā)點尚不清楚；從失真的角度來看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚聲器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個電感(考慮立體聲)，成本自然不會低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對某一特定負(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)。E類放大器，這類放大器，是一個極端聰明的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用，它在幾乎所有工作時間內(nèi)，通過的電壓或電流是較小的，亦即功率耗散很低。遺憾的是，它僅用于射頻技術(shù)，而不用于音頻。3.3手機(jī)信號屏蔽器的原理圖3.3.1鋸齒波發(fā)生器電路圖本論文的鋸齒波發(fā)生器的原理圖如下圖3-3：圖3-3鋸齒波發(fā)生起電路圖此電路是根據(jù)RC振蕩產(chǎn)生鋸齒波，雖然精確不高，但能滿足本設(shè)計。3.3.2壓控振蕩器電路圖此壓控振蕩器是由鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓控制，圖3-4所示電路中A1是積分電路，A2是同相輸入滯回比較器，它起開關(guān)作用。當(dāng)它的輸出電壓u01=+UZ時，二極管D截止，輸入電壓（Ui＞0），經(jīng)電阻R1向電容C充電，輸出電壓uo逐漸下降，當(dāng)u0下降到零再繼續(xù)下降使滯回比較器A2同相輸入端電位略低于零，uO1由+UZ跳變?yōu)椋璘Z，二極管D由截止變導(dǎo)通，電容C放電，由于放電回路的等效電阻比R1小得多，因此放電很快，uO迅速上升，使A2的u+很快上升到大于零，uO1很快從－UZ跳回到+UZ，二極管又截止，輸入電壓經(jīng)R1再向電容充電。如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩。振蕩頻率與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系：可見振蕩頻率與輸入電壓成正比。圖3-4壓控振蕩器實驗電路3.3.3射頻功放電路它的作用就是將振蕩器產(chǎn)生的信號放大功率再通過天線把信號發(fā)射出去。結(jié)論課程設(shè)計是一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的手機(jī)屏蔽器設(shè)計過程發(fā)現(xiàn)實際生活中我們運用知識的能力跟我們課堂上嘗到的完全不一樣，也許你自認(rèn)為自己已經(jīng)學(xué)到了很多知識，但在實際的應(yīng)用中你就會發(fā)現(xiàn)紙上得來終覺淺，我們真正能得到鍛煉的也就是在這些動手的項目中，我們知道怎樣去利用知識，怎樣去查找工具，同時我也學(xué)到了局部取舍的問題，再動手能力提升的同時，在耐力和能力上也得到了不同程度的提升，這些我想也是我們進(jìn)行課程設(shè)計的出發(fā)點。在這個不同于學(xué)習(xí)的過程的中，我們利用protel，Word，還有各種電路圖，電路器件，電路條件等都有一定程度的熟悉和復(fù)習(xí)。在這次課程設(shè)計我感覺自己真的學(xué)到了很多，我想次寶貴的經(jīng)驗在以后的畢業(yè)設(shè)計中定會起到至關(guān)重要的作用。本文通過設(shè)計手機(jī)屏蔽器的電路，確定手機(jī)屏蔽器的結(jié)構(gòu)，幷對電路和元器件參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，主要得到以下結(jié)論。1、手機(jī)屏蔽器的結(jié)構(gòu)可分為鋸齒波發(fā)生器、壓控振蕩器（