石英晶体滤波器简述
石英晶体滤波器简述
晶体滤波器是无线通信系统中的关键组件，主要用于过滤和选择特定频率的信号。本文将详细介绍晶体滤波器的基本概念、关键参数及其在各种通信设备中的应用。
图1：晶体滤波器在无线通信系统中的作用示意图
晶体滤波器的基本概念
单片晶体滤波器（Monolithic Crystal Filter），也就是我们所说的石英晶体滤波器，其核心组件是一个石英圆盘，上面沉积有两组电极。这两组电极形成了两个谐振器，它们之间通过声学（机械）耦合实现滤波器的响应特性。
晶体滤波器之所以被广泛应用，主要是因为其具有以下优异特性：
- 尖锐的截止特性
- 低损耗
- 良好的互调性
- 宽温度范围内的高稳定性
晶体滤波器的关键参数
极数（Poles）
极数决定了滤波器的通带特性。两极单片晶体滤波器（MCF）是最基本的构建单元，可以通过级联方式产生4极、6极、8极或更多极的滤波器，并穿插附加耦合电容。
标称频率（Nominal Frequency）
这是中心频率的标称值，用作相关标准的参考频率。
通带带宽（Passband Bandwidth）
单位是kHz，指的是相对衰减（最小插入损耗的衰减）等于指定值"A dB"（通常为3dB）的频率间隔。
阻带带宽（Stopband Bandwidth）
单位是kHz，这是相对衰减等于指定值"B dB"的频率间隔。
插入损耗（Insertion Loss）
插入损耗是指插入和未插入滤波器时的衰减差异（单位为dB）。最小插入损耗是插入损耗的最小值，是衰减特性规格的参考水平。常数损耗是标称频率下的插入损耗。
纹波（Ripple）
指的是通带衰减峰值与最小插入损耗之差的最大值。单位为dB。
保证衰减（Guaranteed Attenuation）
这是衰减带范围内指定范围内保证的相对衰减。
杂散响应（Spurious Response）
指的是二次振动在衰减带范围内指定范围内产生的相对衰减值。
组延迟时间（Group Delay Time）
指的是通带指定范围组延迟最大值与最小值之差。
终端阻抗（Terminating Impedance）
这是滤波器输入端和输出端的阻抗值，由电阻部分和并联容量部分（包括浮动容量）表示。从晶体滤波器一侧看，定义为源阻抗或负载阻抗，通常用电阻和并联电容表示。
使用晶体滤波器的优势
- 成本更低：解决方案成本低于其他类型的滤波器
- 制造时间更短：生产周期短，有利于快速响应市场需求
- 封装尺寸更小：体积小巧，便于集成到各种设备中
晶体滤波器的应用场景
晶体滤波器广泛应用于多个领域，包括但不限于：
- 电信基站
- 无线电（接收器/发射器）
- 卫星调制解调器应用（地面侧）
- 雷达应用
- 通信系统
- 军事和航空航天
- 音频系统等
图2：晶体滤波器在不同应用场景中的应用示意图
晶体滤波器的常见封装尺寸
晶体滤波器有多种封装形式，常见的封装尺寸包括：
SMD 7050封装
图3：SMD 7050封装示意图
49UT/49UTMJ封装
图4：49UT/49UTMJ封装示意图
UM-1/UM-1MJ封装
UM-5/UM-5MJ封装
晶体滤波器凭借其优异的性能和广泛的应用场景，在现代通信系统中发挥着至关重要的作用。随着无线通信技术的不断发展，晶体滤波器的设计和制造工艺也在持续优化，以满足更高性能和更小尺寸的需求。