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叉指結(jié)構(gòu)在復(fù)合型寬帶單片式晶體濾波器中的應(yīng)用

作者: 時間:2014-01-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

剖析了一種。從單片晶體濾波器和又指換能器的原理出發(fā)對該濾波器進行了理論分析,然后使用仿真軟件模擬了的影響。最后通過實驗證明了插指結(jié)構(gòu)對晶體濾波器具有調(diào)整矩形系數(shù),增加帶外抑制和頻率微調(diào)的作用。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/226974.htm

濾波器是頻率選擇系統(tǒng)中的關(guān)鍵元器件,在通信、導(dǎo)航、廣播電視、宇航工程的電子設(shè)備中,占有重要的地位。隨著1963年能陷理論的出現(xiàn),在1966年日本東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)學(xué)院和美國貝爾實驗室分別研制出(MCF)。單片晶體濾波器通過在壓電材料的基片上應(yīng)用真空鍍膜的方式,鍍上若干有確定位置和確定尺寸形狀的電極,按照濾波的需求有目的的通過設(shè)計來確定每個諧振器的幾何尺寸,鍍回頻率以及諧振器之間的距離,來控制機械振動波在基片上的傳播,從而達到將電信號濾波的目的。

1 單片式寬帶晶體濾波器簡介

石英晶體濾波器具有插入損耗小,穩(wěn)定度高,品質(zhì)因數(shù)高等特點,但是石英晶體也有機電耦合系數(shù)小,串并聯(lián)諧振頻率間隔小的固有局限性,通常用于實現(xiàn)相對帶寬在0.35%以下的濾波器,對于相對帶寬超過1%的濾波器就必須在晶體濾波器中加入展寬線圈,通過串聯(lián)或者并聯(lián)電感來調(diào)節(jié)晶體諧振器的串聯(lián)或并聯(lián)諧振頻率,從而達到展寬頻帶的作用;鈮酸鋰、鉭酸鋰等材料制作寬帶晶體濾波器因為其機電耦合系數(shù)大,是石英晶體的5~6倍,制作的晶體濾波器相對帶寬能夠達到0.2%~5%,但鈮酸鋰、鉭酸鋰材料溫度穩(wěn)定性不如石英晶體;近些年來發(fā)展的硅酸鎵鑭等新型晶體濾波器,能夠制作出相對帶寬在0.3%~0.8%之間相對比較寬的性能優(yōu)良的寬帶晶體濾波器。

在某型設(shè)備中,應(yīng)用了大量的晶體濾波器,通過對種類繁多的晶體濾波器研究后發(fā)現(xiàn):與普通4極點晶體濾波器不同的是,在這些晶體濾波器內(nèi)部存在由組成的區(qū)域,這里稱為微調(diào)區(qū),其中以這款中心頻率為12.1 MHz,3 dB帶寬,240 kHz的寬帶晶體濾波器最具有典型代表意義。

叉指結(jié)構(gòu)在復(fù)合型寬帶單片式晶體濾波器中的應(yīng)用

通過圖1可以看出該單片式晶體濾波器是典型的4極點單片晶體濾波器,并且在輸入和輸出端加入了輔助放大電路,這樣設(shè)計的好處是濾波器的頻率特性內(nèi)部已調(diào)試好,使用者無需任何外部補償,便于濾波器在各種產(chǎn)品中應(yīng)用。微調(diào)區(qū)由左右對稱的指間距均勻等指長的組成,如圖2所示。

2 叉指結(jié)構(gòu)對單片晶體濾波器性能改善的理論分析和模擬

叉指換能器的脈沖響應(yīng)模型表明均勻叉指結(jié)構(gòu)的幅頻特性:

叉指結(jié)構(gòu)在復(fù)合型寬帶單片式晶體濾波器中的應(yīng)用

式中:K2是機電耦合系數(shù);Cr是總靜態(tài)電容;N是叉指換能器的周期數(shù);f0是中心頻率。

單片晶體濾波器在設(shè)計時通常采用巴特沃茲或者切比雪夫濾波器形式進行設(shè)計,理想情況下4極點巴特沃茲帶通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性為:

叉指結(jié)構(gòu)在復(fù)合型寬帶單片式晶體濾波器中的應(yīng)用

式中B3是3 dB帶寬。

叉指等長的情況下,當叉指的間隔取特定值時,在特定頻率上衰減很小,波形類似sa函數(shù),針對微調(diào)區(qū)這種結(jié)構(gòu)排列的叉指系統(tǒng)函數(shù)幅頻特性描述如下:

叉指結(jié)構(gòu)在復(fù)合型寬帶單片式晶體濾波器中的應(yīng)用

4極點晶體濾波器,中間加入叉指結(jié)構(gòu)后的系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性為:

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