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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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