第二章 射频辅助电路设计二

fq2=455-5 0 fp2= fq1=455
fp1=455+5
RF f
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系列是应用压电陶瓷,良好的厚度振动， 调频用 LT10.7 系列是应用压电陶瓷,良好的厚度振动，单 块集成的电路，有着高选择性、高稳定性、低假响应等特点。 块集成的电路，有着高选择性、高稳定性、低假响应等特点。
声表面波滤波器
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石英晶体的电特性
⒈ 结构
石英晶体俗称水晶，是一种化学成分为SiO2 石英晶体俗称水晶，是一种化学成分为SiO 两端呈角锥的六棱柱结晶体， 两端呈角锥的六棱柱结晶体，具有稳定的物理 化学性能。 化学性能。按一定的方位角将晶体切成薄片称 RF 石英晶片（正方形、长方形、圆形）， ），不同方 石英晶片（正方形、长方形、圆形），不同方 位的切片有不同程度的频率特性， 位的切片有不同程度的频率特性，即石英晶片 尺寸、厚度决定频率。 尺寸、厚度决定频率。
插入损耗 (dB) max 6 6 7
阻带衰耗 (912MHz)(dB)min 30
RF 40
40
输入/ 输出阻抗：330 。
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10.7M系列 规格 系列
中心频率 D:10.64MHz±30kHz B:10.67MHz±30kHz A:10.70MHz±30kHz C:10.73MHz±30kHz E:10.76MHz±30kHz
Lq、Cq、rq 代表晶体本身的特性：Lq相当于晶体的质量（惯性），CqRF 代表晶体本身的特性： 相当于晶体的质量（惯性）， 相当于晶 参量是很特异的， 体的等效弹性模数， 相当于摩擦损耗。 体的等效弹性模数，rq相当于摩擦损耗。晶体的LCR参量是很特异的， Lq很大，一般以几亨（H）至十分之几亨计； 很大，一般以几亨（ 至十分之几亨计； Cq很小，一般以百分之几皮法计； 很小，一般以百分之几皮法计； rq一般以几至几百欧（Ω）计。 一般以几至几百欧（ 因而图2.22的等效电路的Qq值极高，等效阻抗极大（以几百kΩ计）。 因而图2.22的等效电路的 值极高，等效阻抗极大（以几百k 2.22
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式中， 为 串联后的等效电容。 式中，C为C0和Cq串联后的等效电容。 显然， 但由于C 所以C≈Cq，fP ≈fq相差很小。 相差很小。 显然，fP ＞fq 。但由于 0 >>Cq，所以
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等效电抗曲线： 忽略rq 等效电抗曲线：（忽略rq ）
感性区 容性区
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无线电通信Hale Waihona Puke Baidu路测试与设计
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2.2.3 其它无源滤波电路
1、石英晶体滤波器
在无线接收机的中频放大器（频带放大器） 在无线接收机的中频放大器（频带放大器）中，因中频是固定 不变的，为提高中频滤波器的选择性并简化调试工艺， 不变的，为提高中频滤波器的选择性并简化调试工艺，常用集 中参数滤波器，常用的有石英晶体滤波器、 中参数滤波器，常用的有石英晶体滤波器、陶瓷滤波器和声表 面波滤波器等。 面波滤波器等。
容性区
RF 感抗 X e与 不成线性关系陡峭的电抗特性对频率的变化 具有强烈的补偿能力 电子信息学院
ω
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晶体振子参数
振荡频率
453.5KH Z
2.457MH Z
4.00MHZ
8.00MHZ
Lq/µH Cq/pF C0/pF rq/ Q ∆f/KHZ
8.6×106 7.2×105 2.1×105 1.4×104 × × × × 0.015 5.15 1060 23000 0.6 0.005 2.39 37 298869 3 0.007 2.39 22.1 0.027 5.57 8.0
RF 88677 240986
6 19
fq=4.1511(MHZ); fp=4.157(MHZ);
fp-fq=6KHZ频率差非常窄小
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XT型系列陶瓷陷波器 型系列陶瓷陷波器
2、陶瓷滤波器
利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器， 利用某些陶瓷材料的压电效应构成的滤波器，称为陶瓷滤波器 filter）。常用的陶瓷滤波器是用锆钛酸铅［ ）。常用的陶瓷滤波器是用锆钛酸铅 （ceramic filter）。常用的陶瓷滤波器是用锆钛酸铅［Pb(ZrTi)O3］ 压电陶瓷材料（简称PZT 两面涂以银浆，加高温烧制成银电极， PZT） 压电陶瓷材料（简称PZT）两面涂以银浆，加高温烧制成银电极，再经直 流高压极化之后即成。它具有与石英晶体相类似的压电效应， 流高压极化之后即成。它具有与石英晶体相类似的压电效应，因此也可 以用作滤波器。 以用作滤波器。 RF 这种滤波器的优点是：陶瓷容易焙烧，可以制成各种形状， 这种滤波器的优点是：陶瓷容易焙烧，可以制成各种形状，适合滤波器 的小型化；而且耐热性、耐湿性较好，很少受外界条件的影响。 的小型化；而且耐热性、耐湿性较好，很少受外界条件的影响。它的等 为几百以上， LC滤波器高 但远比石英晶体滤波器低。 滤波器高， 效品质因数QL为几百以上，比LC滤波器高，但远比石英晶体滤波器低。 因此作滤波器时，通带没有石英晶体那样窄， 因此作滤波器时，通带没有石英晶体那样窄，选择性也比石英晶体滤波 器差。 器差。
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压电效应
什么是压电效应呢 当晶体受到机械力时， 什么是压电效应呢？当晶体受到机械力时，它的表 压电效应 面上就产生了电荷。如果机械力由压力变为张力， 面上就产生了电荷。如果机械力由压力变为张力， 则晶体表面的电荷极性就反过来。 则晶体表面的电荷极性就反过来。这种效应称为正 压电效应。反之，如果在晶体表面加入一定的电压， 压电效应。反之，如果在晶体表面加入一定的电压， 则晶体就会产生弹性变形。 则晶体就会产生弹性变形。如果外加电压作交流变 晶体就产生机械振动。 化，晶体就产生机械振动。振动的大小基本上正比 RF 于外加电压幅度，这种效应称为反压电效应。 于外加电压幅度，这种效应称为反压电效应。
调频接收机用LT10.7M系列 （与Murata SFE10M7 FM-IF系列相容） 系列 系列相容） 调频接收机用 系列相容
型号 LT10.7MA5 LT10.7MS2 LT10.7MS3
3分贝带宽 (kHz) 280±50 230±50 180±40
20分贝带宽 (kHz) max 650 600 520
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图2.24 单片陶瓷滤波器的等效电路和电路符号
因此陶瓷谐振器的等效电路结构与石英晶体的相同。 因此陶瓷谐振器的等效电路结构与石英晶体的相同。 电子信息学院
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利用两个、五个、九个单片陶瓷片采用串、并联的方法，可连接成四端陶瓷滤波 利用两个、五个、九个单片陶瓷片采用串、并联的方法， 如图2.2.14 2.2.14（ ），图2.2.14（ 为四端陶瓷滤波器的电路符号， 器，如图2.2.14（a），图2.2.14（b）为四端陶瓷滤波器的电路符号，陶瓷片的 数量愈多，滤波器的性能愈好。在使用四端陶瓷滤波器时，输入、 数量愈多，滤波器的性能愈好。在使用四端陶瓷滤波器时，输入、输出阻抗必须 与信号源、负载阻抗匹配。陶瓷滤波器的工作频率为几十KHZ 几百MHZ KHZ～ MHZ， 与信号源、负载阻抗匹配。陶瓷滤波器的工作频率为几十KHZ～几百MHZ，带宽可 以做得很窄。 以做得很窄。
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（ a) (b)
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适当选择串臂和并臂陶瓷滤波器的串、并联谐振频率， 适当选择串臂和并臂陶瓷滤波器的串、并联谐振频率，就得到理想的衰减特 性。 例如，要求滤波器通过（455± 例如，要求滤波器通过（455±5）kHz的频带，那么，串臂陶瓷片的串联谐 kHz的频带，那么， 的频带 P2相重合 并等于455kHz 相重合， 455kHz。 振频率fq1 应和并臂陶瓷片的并联谐振频率fP2相重合，并等于455kHz。而串臂 P1应等于 455+5）kHz， 应等于（ 陶瓷片的并联谐振频率fP1应等于（455+5）kHz，并臂陶瓷片的串联谐振频率fq2 则应等于（ kHz。 kHz的载频信号来说 串臂陶瓷片产生串联谐振， 的载频信号来说， 则应等于（455 −5）kHz。对455 kHz的载频信号来说，串臂陶瓷片产生串联谐振， 阻抗最小；并臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，因而能让信号通过。 阻抗最小；并臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，因而能让信号通过。对 455+5）kHz的信号 串臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，信号不能通过； 的信号， （455+5）kHz的信号，串臂陶瓷片产生并联谐振，阻抗最大，信号不能通过；对 kHz的信号 并臂陶瓷片产生串联谐振，阻抗最小，使信号旁路（ 的信号， （455 −5）kHz的信号，并臂陶瓷片产生串联谐振，阻抗最小，使信号旁路（无 Xe滤波器仅能通过频带为（455±5）kHz的信号。 输出）。因此， ）。因此 kHz的信号 的信号。 输出）。因此，滤波器仅能通过频带为（455±
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另一个为石英谐振器的 并联谐振频率
电路必然有两个谐振频率。 电路必然有两个谐振频率。
一为左支路的串联 谐振频率fq， 谐振频率 ，即石 英片本身的自然谐 振频率
fP = 2π Lq 1 = 2π Lq C
1 CqC0 Cq + C0
fq =
1 2π Lq C q
10.7M系列特性曲线 系列特性曲线
色标 黑 蓝 红 橙 白
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10.7M系列特性曲线 系列特性曲线
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任务2.2.2 任务2.2.2 石英滤波器频率特性的测试
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项目： 项目：陶瓷滤波器频率特性的测试 任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容， 任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试 报告（格式要求见附录A 报告（格式要求见附录A）。 测试设备：扫频仪或网络分析仪1 测试设备：扫频仪或网络分析仪1台。 测试电路：如图2.20所示电路。电路中，JT为10.7MHz陶瓷滤 2.20所示电路 测试电路：如图2.20所示电路。电路中，JT为10.7MHz陶瓷滤 波器。 波器。 测试程序： 测试程序： 按图2.16接好电路。 接好电路。 ① 按图 接好电路 保持步骤① 用扫频仪（或网络分析仪） 率特性， ② 保持步骤①，用扫频仪（或网络分析仪）测量陶瓷滤波器的频 率特性， 并画出该频率特性曲线。 并画出该频率特性曲线。 保持步骤② 从特性曲线中读出该滤波器的中心频率增益A ）、上 ③ 保持步骤②，从特性曲线中读出该滤波器的中心频率增益 u0（dB）、上 ）、 限截止频率f 下限截止频率f 和通频带f 并记录： 限截止频率 H、下限截止频率 L和通频带 bw，并记录： RF Au0（dB）=_______dB，f0 =_______MHz ） ， fH=_______MHz，fL=_______MHz，fbw= fH－fL =_______MHz ， ， 保持步骤③ 从特性曲线中读出该放大器放大倍数下降至A ④ 保持步骤③，从特性曲线中读出该放大器放大倍数下降至 u0的0.1（ （ 记录并计算： −20dB）倍处的带宽 ∆f0.1，记录并计算： ）倍处的带宽2∆ 2∆f0.01=_______MHz， ∆ ，
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单片陶瓷滤波器的等效电路和电路符号如图2.24所示。 单片陶瓷滤波器的等效电路和电路符号如图2.24所示。图 2.24所示 等效于压电陶瓷谐振子的固定电容值；而电感、 中C0等效于压电陶瓷谐振子的固定电容值；而电感、电容和 电阻（ Cq’和rq’） 电阻（Lq’ 、Cq’和rq’）分别相当于机械振动时的等效质 等效弹性模数和等效阻尼。 量、等效弹性模数和等效阻尼。
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石英晶体
石英晶体和其他弹性体一样， 石英晶体和其他弹性体一样，也 具有惯性和弹性， 具有惯性和弹性，因而存在固有 振动频率。 振动频率。当外加电源频率与晶 体的固有振动频率相等时， 体的固有振动频率相等时，晶体 片就产生谐振。这时， 片就产生谐振。这时，机械振动 的幅度最大， 的幅度最大，相应地晶体表面产 生的电荷量亦最大， 生的电荷量亦最大，因而外电路 中的电流也最大石英晶体具有谐 中的电流也最大石英晶体具有谐 振电路的特性， 振电路的特性，它的反压电效应 可用串联谐振回路等效