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惠州市岚方实业有限公司

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一、定义

晶体滤波器crystal filter,用晶体谐振器组成的滤波器。与LC谐振回路构成的滤波器相比,晶体滤波器在频率选择性、频率稳定性、过渡带陡度和插入损耗等方面都优越得多,已广泛用于通信、导航、测量等电子设备。


二、分类

分立式晶体滤波器,即由分立式晶体谐振器和分立式电子元件构成的滤波器。

集成式晶体滤波器,即采用集成电路工艺制作的晶体滤波器,其中又分成单片的、串联单片的和多片的三种类型。


三、原理

晶体滤波器原理

当作用于晶体谐振器的电信号频率等于晶体的固有频率时,电能通过晶体的逆压电效应在晶体中引起机械谐振产生机械能;在输出端,正压电效应又将这种机械能转换为电信号。晶体谐振器及其等效电路和阻抗特性如图1。其中,L1、C1和R1分别代表晶体谐振器的动态电感、动态电容和动态电阻;C0为晶体支架和电极间的静态电容。R1通常很小,可忽略不计。这样,图1a的等效电路可视为纯电抗二端网络。谐振器的串联、并联谐振频率f1、f2以及比值f2/f1分别为

晶体滤波器

晶体滤波器

比值 f2/f1随比值C1/C0而异。这个特性可以用来调节晶体滤波器的通频带。例如,谐振器外接一个串联电容器,等效于C1减小、f1升高;而外接一个并联电容器,则等效于C0增大、f2降低。两者均可缩小f1与f2之间的间隔,即缩窄通频带。如果串接或并接电感器,则将增大频率间隔,展宽通频带。

因晶片不能做得很薄,石英晶体谐振器的基波频率只能达到30~35兆赫。工作频率较高的谐振器大多工作于泛音(高于基频近奇次倍的振动),但泛音次数越高,串、并联谐振频率的间隔越小。

70年代发展起来的离子刻蚀技术能使晶体谐振器的基波频率接近 500兆赫。但由于外接元件,特别是线圈问题,其泛音频率也只能做到 600兆赫,相对带宽约为0.01%~1%。


四、术语解释  
1、 插入损耗:信号源直接传送给负载阻抗的功率(P0)和插入滤波器后传送给负载阻抗的功率(P1)之比的对数值。通常用分贝(dB)为单位进行度量,表示为IL=10 lg (P0/ P1)。  
2、 通带波动:通带内衰耗的最大峰值与最小谷值之差。  
3、 通带宽度;指相对衰耗小于和等于某一规定值时的频率宽度(如1dB、2dB、3dB、6dB等)。  
4、 阻带衰耗:指整个阻带内的最小衰耗值。  
5、 阻带宽度:相对衰耗等于和大于某规定值时的频带宽度(如40dB、50dB、60dB、80dB等)。  
6、 匹配阻抗:滤波器技术条件中要求的端接匹配阻抗值。  



五、应用指南

晶体滤波器根据其结构不同分为集成式单片滤波器和分离式滤波器。    
集成式滤波器结构简单、体积小、价格低,但其带宽和频率受到限制,分离式滤波器则可以弥补集成式滤波器的不足,使可实现的频率和带宽得以拓展。    
数字通讯技术的发展,对晶体滤波器的群延时特性及互调失真指标提出要求,而分离式滤波器能够较容易解决。  
1、 阻抗匹配:性能优良的滤波器在与其端接的电路阻抗不匹配时,滤波特性会变差,引起通带波动增大,插损增加。当外电路阻抗低于滤波器特性阻抗时,中心频率将下移,反之上移。

信号源+电平表"功能由网络分析仪完成 
Ri、R0:仪器内阻:一般为50Ω 
R1--滤波器输入端外接阻抗,阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。 
R2--滤波器输出端外接阻抗,阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。 
在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求,应按上图连接。  
2、 合理的测量电平;如同晶体对激励电平的要求一样,滤波器中其核心元件仍是晶体,因此激励电平在没有规定时,一般选0dB作为输入电平。  
3、 良好的屏蔽:对滤波器的输入端和输出端进行良好屏蔽,以使信号源的能量不能直接耦合到负载端。对甚高频以上滤波器,则应使滤波器与仪器间的连接尽量符合同轴线原理。滤波器在线路上时应尽可能采用大面积接地,并将输入、输出端隔离,保证滤波器的阻带衰耗。









  

六、行业应用

最初的晶体滤波器应用在电话通讯方面;如今,它广泛的应用于通讯接收机的中频选择和单边带系统中。总而言之,晶体滤波器已经在导航、火控系统、仪器、通讯等领域的各种电子设备中得到广泛的应用。



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