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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(gòu)成的濾波器相比，晶體濾波器在頻率選擇性、頻率穩(wěn)定性、過渡帶陡度和插入損耗等方面都優(yōu)越得多，已廣泛用于通信、導航、測量等電子設(shè)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(gòu)成的濾波器。

集成式晶體濾波器，即采用集成電路工藝制作的晶體濾波器，其中又分成單片的、串聯(lián)單片的和多片的三種類型。

三、原理

當作用于晶體諧振器的電信號頻率等于晶體的固有頻率時，電能通過晶體的逆壓電效應(yīng)在晶體中引起機械諧振產(chǎn)生機械能;在輸出端,正壓電效應(yīng)又將這種機械能轉(zhuǎn)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(tài)電感、動態(tài)電容和動態(tài)電阻；C0為晶體支架和電極間的靜態(tài)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(wǎng)絡(luò)。諧振器的串聯(lián)、并聯(lián)諧振頻率f1、f2以及比值f2/f1分別為

比值 f2/f1隨比值C1/C0而異。這個特性可以用來調(diào)節(jié)晶體濾波器的通頻帶。例如，諧振器外接一個串聯(lián)電容器,等效于C1減小、f1升高；而外接一個并聯(lián)電容器,則等效于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。如果串接或并接電感器,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只能達到30～35兆赫。工作頻率較高的諧振器大多工作于泛音（高于基頻近奇次倍的振動），但泛音次數(shù)越高，串、并聯(lián)諧振頻率的間隔越小。

70年代發(fā)展起來的離子刻蝕技術(shù)能使晶體諧振器的基波頻率接近 500兆赫。但由于外接元件，特別是線圈問題，其泛音頻率也只能做到 600兆赫，相對帶寬約為0.01％～1％。

四、術(shù)語解釋  
1、 插入損耗：信號源直接傳送給負載阻抗的功率（P0）和插入濾波器后傳送給負載阻抗的功率（P1）之比的對數(shù)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(nèi)衰耗的最大峰值與最小谷值之差。  
3、 通帶寬度；指相對衰耗小于和等于某一規(guī)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(nèi)的最小衰耗值。  
5、 阻帶寬度：相對衰耗等于和大于某規(guī)定值時的頻帶寬度（如40dB、50dB、60dB、80dB等）。  
6、 匹配阻抗：濾波器技術(shù)條件中要求的端接匹配阻抗值。  

五、應(yīng)用指南

晶體濾波器根據(jù)其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低，但其帶寬和頻率受到限制，分離式濾波器則可以彌補集成式濾波器的不足，使可實現(xiàn)的頻率和帶寬得以拓展。 　　 
數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展，對晶體濾波器的群延時特性及互調(diào)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(yōu)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。當外電路阻抗低于濾波器特性阻抗時，中心頻率將下移，反之上移。

信號源+電平表"功能由網(wǎng)絡(luò)分析儀完成 
Ri、R0：儀器內(nèi)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并接電容要求，應(yīng)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(guī)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(yīng)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(yīng)盡可能采用大面積接地，并將輸入、輸出端隔離，保證濾波器的阻帶衰耗。

  

六、行業(yè)應(yīng)用

最初的晶體濾波器應(yīng)用在電話通訊方面；如今，它廣泛的應(yīng)用于通訊接收機的中頻選擇和單邊帶系統(tǒng)中?？偠灾?，晶體濾波器已經(jīng)在導航、火控系統(tǒng)、儀器、通訊等領(lǐng)域的各種電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。