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一、定義

晶體濾波器crystal filter♤用晶體諧振器組成的濾波器與LC諧振回路構成的濾波器相比♤晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩定性、過渡帶陡度和插入損耗等方麵都優越得多♤已廣泛用於通信、導航、測量等電子設備


二、分類

分立式晶體濾波器♤即由分立式晶體諧振器和分立式電子元件構成的濾波器

集成式晶體濾波器♤即采用集成電路工藝製作的晶體濾波器♤其中又分成單片的、串聯單片的和多片的三種類型


三、原理

晶體濾波器原理

當作用於晶體諧振器的電信號頻率等於晶體的固有頻率時♤電能通過晶體的逆壓電效應在晶體中引起機械諧振產生機械能;在輸出端,正壓電效應又將這種機械能轉換為電信號晶體諧振器及其等效電路和阻抗特性如圖1其中♤L1、C1和R1分別代表晶體諧振器的動態電感、動態電容和動態電阻C0為晶體支架和電極間的靜態電容R1通常很小♤可忽略不計這樣♤圖1a的等效電路可視為純電抗二端網絡諧振器的串聯、並聯諧振頻率f1、f2以及比值f2/f1分別為

晶體濾波器

晶體濾波器

比值 f2/f1隨比值C1/C0而異這個特性可以用來調節晶體濾波器的通頻帶例如♤諧振器外接一個串聯電容器,等效於C1減小、f1升高而外接一個並聯電容器,則等效於C0增大、f2降低兩者均可縮小f1與f2之間的間隔,即縮窄通頻帶如果串接或並接電感器,則將增大頻率間隔♤展寬通頻帶

因晶片不能做得很薄♤石英晶體諧振器的基波頻率隻能達到30~35兆赫工作頻率較高的諧振器大多工作於泛音(高於基頻近奇次倍的振動)♤但泛音次數越高♤串、並聯諧振頻率的間隔越小

70年代發展起來的離子刻蝕技術能使晶體諧振器的基波頻率接近 500兆赫但由於外接元件♤特別是線圈問題♤其泛音頻率也隻能做到 600兆赫♤相對帶寬約為0.01%~1%


四、術語解釋  
1、 插入損耗信號源直接傳送給負載阻抗的功率(P0)和插入濾波器後傳送給負載阻抗的功率(P1)之比的對數值通常用分貝(dB)為單位進行度量♤表示為IL=10 lg (P0/ P1)  
2、 通帶波動通帶內衰耗的最大峰值與最小穀值之差  
3、 通帶寬度指相對衰耗小於和等於某一規定值時的頻率寬度(如1dB、2dB、3dB、6dB等)  
4、 阻帶衰耗指整個阻帶內的最小衰耗值  
5、 阻帶寬度相對衰耗等於和大於某規定值時的頻帶寬度(如40dB、50dB、60dB、80dB等)  
6、 匹配阻抗濾波器技術條件中要求的端接匹配阻抗值  



五、應用指南

晶體濾波器根據其結構不同分為集成式單片濾波器和分離式濾波器    
集成式濾波器結構簡單、體積小、價格低♤但其帶寬和頻率受到限製♤分離式濾波器則可以彌補集成式濾波器的不足♤使可實現的頻率和帶寬得以拓展    
數字通訊技術的發展♤對晶體濾波器的群延時特性及互調失真指標提出要求♤而分離式濾波器能夠較容易解決  
1、 阻抗匹配性能優良的濾波器在與其端接的電路阻抗不匹配時♤濾波特性會變差♤引起通帶波動增大♤插損增加當外電路阻抗低於濾波器特性阻抗時♤中心頻率將下移♤反之上移

信號源+電平表"功能由網絡分析儀完成 
Ri、R0儀器內阻一般為50Ω 
R1--濾波器輸入端外接阻抗♤阻抗值為匹配阻抗減去50Ω 
R2--濾波器輸出端外接阻抗♤阻抗值為匹配阻抗減去50Ω 
在濾波器條件的匹配阻抗中有時有並接電容要求♤應按上圖連接  
2、 合理的測量電平如同晶體對激勵電平的要求一樣♤濾波器中其核心元件仍是晶體♤因此激勵電平在沒有規定時♤一般選0dB作為輸入電平  
3、 良好的屏蔽對濾波器的輸入端和輸出端進行良好屏蔽♤以使信號源的能量不能直接耦合到負載端對甚高頻以上濾波器♤則應使濾波器與儀器間的連接盡量符合同軸線原理濾波器在線路上時應盡可能采用大麵積接地♤並將輸入、輸出端隔離♤保證濾波器的阻帶衰耗









  

六、行業應用

最初的晶體濾波器應用在電話通訊方麵如今♤它廣泛的應用於通訊接收機的中頻選擇和單邊帶係統中總而言之♤晶體濾波器已經在導航、火控係統、儀器、通訊等領域的各種電子設備中得到廣泛的應用



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