低頻小體積晶體濾波器的研制

【摘要】本文論述了一種低頻小體積的晶體濾波器，通過優化設計內部結構、濾波晶體的各項參數等關鍵技術，最終滿足用戶使用要求。同時替代進口產品，實現了國產化。

【關鍵詞】低頻；小體積；晶體濾波器

近年來，隨著整機性能的提升，對元器件提出了更高的要求。晶體濾波器是一種頻率控制器件，在接收機中起著信號選擇作用。它具有體積小、工作溫度范圍寬、損耗小、矩形系數好、選擇性好等優點，廣泛應用于航天、航空、通訊、導航等電子設備中。

為了滿足用戶的要求及元器件國產化的需求，我們研制了一種低頻小體積晶體濾波器。

1.技術指標

2.設計方案

2.1 工作原理

單片晶體濾波器可以理解為一個雙耦合諧振回路系統如圖1所示，應用晶體的逆正壓電效應原理，在AT切型石英晶片上用真空鍍膜的方法，鍍上兩對有確定位置和一定形狀的電極，當一定頻率的電信號加到輸入諧振器上時，由于逆壓電效應，在輸出諧振器的內部將產生相應頻率的厚度振動模，應用能陷效應，振動模將依次地被傳送到壓電基片的輸出諧振器上，在輸出諧振器上通過正壓電效應，將機械振動波變換成電信號輸出。實現電信號的濾波。

圖1 雙耦合諧振回路

2.2 電路形式

考爾-契比雪夫濾波器在頻域使用時，衰減極點在無窮遠處而且矩形系數最好，該產品阻帶衰減要求大于75dB，所以正好選用這種歸一化濾波器形式。從契比雪夫濾波器特性圖上直接查出n=8可滿足要求，因此選用八極點單片晶體級聯電路形式，由于端部負載和特性阻抗不相等，故需阻抗匹配。電路原理圖如圖2所示。

圖2 電路原理圖

3.關鍵技術

3.1 關鍵技術

關鍵技術就是為改善單頻性、減小寄生而采用的寄生錯位法。本產品相對帶寬為0.3%，對于單片晶體濾波器來說選用X軸向耦合才能實現，但弊病就是單頻性不好、寄生大，寄生振動的存在會嚴重影響濾波器的特性。

通過設計不同的晶片邊比，使四只單片濾波諧振件的寄生位置不同，在串聯組合時，選取寄生位置和幅度不同的四只諧振件進行搭配，由于寄生位置彼此錯開，進而大大減弱了寄生幅度，達到改善單頻性、減小寄生的目的。

3.2 內部結構設計獨特

本產品屬于低頻段，內部晶片形狀設計為在低頻段具有較高活力的矩形，可以實現小的損耗；由于體積很小，內部結構設計顯得尤為關鍵。采用一次封裝，諧振件裸放在內部，安裝時將諧振件分上下兩層錯開扁平鉤焊到印制板上，同時在諧振件引線處多加一根單股銅導線，即有軟支撐又有硬支撐，保證了產品的可靠性；變量器的屏蔽盒直接焊接在基座上，同時又與印制板焊接，實現大面積接地，提高了產品的可靠性。內部結構如圖3所示。

圖3 產品內部結構照片

4.關鍵工藝

關鍵工藝就是晶片研磨加工工藝，改尺后晶片邊緣的光潔度、垂直度和精磨后的晶片平行度是改善寄生的關鍵。采取的措施是從粗到細進行研磨，為了有效去掉前道研磨工序對晶片留下的破壞層。為了保證平行度、平面度、光潔度，我們取消了粘板研磨，采用6S、4S研磨機研磨，雙面校角，最終砂號為W3.5，確保晶片達到設計要求。

在上片點膠工序由手工點膠改為機器點膠，提高了產品的電性能指標。在操作過程中導電膠在針管內不裸露在外面，成分不易揮發，保證了導電膠的有效性。通過調整機器氣壓參數使出膠量得到很好的控制，點到振子上的膠量一致性好，而且膠點光滑無拉尖現象，同時膠點大小一致性給安裝帶來了便利。

5.實測結果

6.小結

通過本產品的研制，掌握了低頻段在體積小的條件下實現較寬帶寬比的主體技術、在有效抑制寄生方面有所突破。為低頻晶體濾波器的設計奠定了基礎。

參考文獻

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[2]馮致禮，王之興.晶體濾波器[M].宇航出版社，1987.

[3]張沛霖，鐘維烈.壓電材料與器件物理[M].山東科技出版社，1996.

作者簡介：于麗瑩（1973—），女，遼寧遼陽人，現供職于遼陽鴻宇晶體有限公司，研究方向：石英晶體濾波器設計和開發。