10.7MHz帶阻型石英晶體濾波器研制

焦會幈

（陜西華星電子集團(tuán)有限公司，陜西咸陽，712000）

10.7MHz帶阻型石英晶體濾波器研制

焦會幈

（陜西華星電子集團(tuán)有限公司，陜西咸陽，712000）

采用如今晶體濾波器設(shè)計中最為常用的格型電路，成功設(shè)計和研制出了用于通訊機中進(jìn)行狹窄頻帶抑制的一種中高頻帶阻型晶體濾波器新產(chǎn)品。主要技術(shù)指標(biāo)是：插損IL≤3dB、3dB帶阻寬度BW3dB≤±3KHz、帶阻衰減（限波）≥50dB、體積小、加工難度大等。研制的結(jié)果較好的滿足了設(shè)計要求。

濾波晶體；差接變量器；帶阻濾波器

0 引言

帶阻濾波器的作用與帶通濾波器正好相反，除了對特定的頻率抑制外，同時還需提供頻域?qū)拸V的通頻帶。根據(jù)不同的使用要求，帶阻濾波器的電路結(jié)構(gòu)有低通式、高通式、及帶通式等多種網(wǎng)絡(luò)形式。所謂帶阻壓電石英晶體濾波器，就是在一個全通橋T型（或等效的格型）網(wǎng)絡(luò)的串臂支路并接上一個壓電石英晶體振子，該振子諧振在所需帶阻的頻率上，這樣在遠(yuǎn)離晶體頻率的頻帶上，這個網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于一個全通網(wǎng)絡(luò)，而在晶體諧振頻率的附近形成很窄的、有一個衰減極點的阻頻帶，幾個這樣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)鏈接起來，就成為能滿足濾波需要的多塊壓電石英晶體帶阻濾波器。和帶通型晶體濾波器一樣，由于石英晶體具有高Q值和高穩(wěn)定性的特點，因此晶體帶阻濾波器常用于邊帶型通訊、頻譜分析儀及多路載波機中，對單一頻率或狹窄頻帶進(jìn)行頻率抑制。

本文所介紹的10.7MHz帶阻型晶體濾波器，就是用于邊帶型通訊機中進(jìn)行狹窄頻帶抑制的一種中高頻帶阻濾波器。

1 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)

中心頻率：10.7MHz

插損：插損IL≤3dB

3dB帶阻寬度BW3dB≤±3KHz

帶阻衰減（限波）≥50dB

匹配阻抗：50Ω

工作溫度范圍：-55℃～+85℃

外形尺寸 ：30×20×12（L×W×H）mm2

2 設(shè)計原理及電路結(jié)構(gòu)

圖1 10.7MHz帶阻型晶體濾波器的實際電路結(jié)構(gòu)圖

由石英晶體具有高穩(wěn)定性，所以常用制作帶阻濾波器。帶阻濾波器電路，基本上是在LC網(wǎng)絡(luò)中插入壓電晶體諧振器，擾亂LC網(wǎng)絡(luò)的通頻特性，而形成帶阻濾波器。帶阻濾波器是在兩個有限截止頻率之間為阻帶，而在兩個截止頻率外側(cè)為通帶的濾波器。該帶阻濾波器的相對帶寬值較小，屬帶寬很窄的帶阻濾波器，適宜用窄帶晶體帶阻濾波器來制作。

窄帶晶帶阻體濾波器的設(shè)計，也象窄帶帶通晶體濾波器一樣，應(yīng)找出一種含有高Q值晶體諧振器等效電路的帶阻LC濾波電路，然后用晶體諧振器代替。

對晶體濾波器來說，晶體濾波器來說，阻帶衰減是產(chǎn)品必須達(dá)到的重要技術(shù)指標(biāo)。由于單節(jié)電路所能實現(xiàn)的頻帶抑制比較狹窄，所以要想實現(xiàn)較高的衰減則需將幾節(jié)這樣的電路相串聯(lián)。考慮到該產(chǎn)品的阻帶衰減要求為≥50dB，故至少需要將多節(jié)這樣的電路相串聯(lián)。但該產(chǎn)品外形尺寸相對較小，插損指標(biāo)高，在確保實現(xiàn)阻帶衰減指標(biāo)的基礎(chǔ)上，兼顧其他指標(biāo)要求，我們采用了二節(jié)2晶體的格型電路相串聯(lián)。10.7MHz帶阻型晶體濾波器的實際電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 晶體頻率規(guī)格設(shè)計

由于晶體在帶阻型濾波器中所起的作用及工作狀態(tài)與在帶通型中的相同，故晶體頻率規(guī)格的設(shè)計與帶通型的相同。晶體頻率點的具體計算按下列近似公式：

按照圖1所示的一節(jié)電路共采用2只AT35o20′切基頻晶體，晶體的被回頻率分別為：

濾波器帶寬的實現(xiàn)，對晶體調(diào)整頻率的要求不是十分嚴(yán)格，晶體被回頻率的誤差完全可通過濾波器的調(diào)試予以彌補。故所給出的上述晶體的頻率點是一個大概的參考值，在±500Hz～±1KHz范圍內(nèi)可進(jìn)行調(diào)整。

4 差接變量器設(shè)計

實現(xiàn)端接阻抗匹配的差接變量器的次級調(diào)諧電感Lt按下式計算：式中的RL為二節(jié)結(jié)構(gòu)濾波器電路的實際特征阻抗，可按下式計算：

式中的L1為由式（10）所定義的濾波晶體的等效動態(tài)電感，q1w為濾波器的設(shè)計參數(shù)（可查表得到）。所計算出的變量器初、次級繞組的匝數(shù)與實驗值之間也有一定的調(diào)整余地，最終通過試驗確定了匝數(shù)值。

變量器采用NXO-100磁環(huán)，尺寸Φ7×4×2。

L4:L3=2×20匝：1×22匝。

L5:L6=2×20匝：1×20匝。

5 研制結(jié)果

將以上元件、晶體及調(diào)諧電容等按圖1電路裝配后，產(chǎn)品在HP8711ET網(wǎng)絡(luò)分析儀上調(diào)試，其中的主要指標(biāo)如下所示。

插損IL≤3dB

3dB帶阻寬度BW3dB≤±3KHz

帶阻衰減（限波）≥50dB

等均達(dá)到設(shè)計規(guī)范值，其他各項參數(shù)也符合規(guī)定。批量產(chǎn)品的各項技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。10.7MHz帶阻型濾波器產(chǎn)品的實測傳輸曲線如圖2所示。

圖2 10.7MHz帶阻型濾波器產(chǎn)品的實測傳輸曲線

6 結(jié)論

濾波器研制中所解決的關(guān)鍵技術(shù)有二，首先是阻帶寬度的實現(xiàn)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，濾波器的工作頻率越高，越不易實現(xiàn)窄的阻帶寬度。比如10MHz的帶阻型晶體濾波器產(chǎn)品就不如1MHz產(chǎn)品阻帶寬度做的更窄；其次是傳輸曲線的陡度即矩形系數(shù)的實現(xiàn)，這從圖2所示的實測傳輸曲線也可清楚的看出。原因在于阻帶衰減的深度與電路的級數(shù)及電路的屏蔽有關(guān)，而級數(shù)與器件的插損有關(guān)。每個指標(biāo)單獨實現(xiàn)比較容易，但綜合起來這三者之間難以兼顧。

該濾波器阻帶衰減的深度比較容易實現(xiàn)，從圖2所示的曲線可見，大部分產(chǎn)品的帶阻衰減（限波）都達(dá)到50dB,超過了用戶提出的設(shè)計要求。

[1]張永川,彭勝春,徐陽.鉭酸鋰晶體濾波器的離子束刻蝕技術(shù)研究[J].壓電與聲光,2014,36(03):474-475.

[2]周蘭飛.高頻窄帶小群時延晶體濾波器的研制[D].電子科技大學(xué),2013.

[3]白振強,龐建濤,席安安.一種小型化頻率綜合器的設(shè)計[J].火控雷達(dá)技術(shù),2009,38(04):95-98.

[4]謝揚志. LST-4型寬帶晶體濾波器的研制[D].電子科技大學(xué),2009.

Development of 10.7MHz band blocking quartz crystal filter

Jiao Huiping
(Shaanxi Huaxing Electronic Group Co., Ltd.,Xianyang Shaanxi,712000)

Using the most commonly used lattice circuit in today’s crystal filter design, a new type of high frequency band stop crystal filter for narrow band suppression in communication machines has been successfully designed and developed The main technical indicators: insertion loss is less than or equal to 3dB and 3dB IL band width less than BW3dB 3KHz, stopband attenuation (Xian Bo) is more than 50dB, small size, large processing difficulty etc The results of the design meet the design requirements better

filter crystal; differential receiver; band stop filter