梯形晶体带通滤波器设计.pdf

梯形晶体带通滤波器设计 BG6RDF 晶体带通滤波器(crystal band-pass filter)是短波收发信机中常见的核心部件，晶体滤波器 的优劣直接影响到短波接收机的性能。梯形晶体带通滤波器(crystal ladder band-pass filter， 以下简称梯形晶体滤波器) ，见图 1，是一种常见的晶体带通滤波器的形式。由于其便于DIY ， 因此在DIY 短波收发信机时，梯形晶体滤波器被广泛采用。本文是我学习 DIY 梯形晶体滤 波器后一些资料的总结和心得。 A.电路图 B.仿真结果 图 1：6 晶体梯形滤波器 一． 晶体带通滤波器的性能 描述晶体带通滤波器的性能主要指标如下： 中心频率：fo，滤波器通带中心频率 带宽：BW ，通常指-3dB 带宽，用于 SSB 的晶体滤波器的带宽通常在 1.8KHz 到 2.8KHz 之间。 矩形系数：通常用(-60dB 带宽) ÷(-6dB 带宽)表示。矩形系数约接近 1 越好，即滤波器 的频幅曲线越接近矩形，这样对带外临近频率的衰减越大。 插入损耗：插损，滤波器通带的插入损耗，通常以 dB 表示。插损当然是越小越好，但 是插损和制作晶体滤波器的 Q 值、晶体滤波器的中心频率、晶体滤波器的带宽有一定关系。 简单地说就是晶体 Q 值越高，制作出的滤波器插损越小；带宽越大，插损越小。 纹波系数：ripple ，指通带内频幅曲线的波动幅度，通常以 dB 表示。当然纹波系数越小 越好，但有些形式的滤波器具有这样的特性，就是在加大纹波系数后，阻带曲线能变得更为 陡峭，最终的设计需要设计者权衡。 阻抗：指滤波器的终端阻抗，在特定的终端阻抗下，滤波器的响应才能够达到特定的性 能。如果终端阻抗不匹配，滤波器的性能将偏离设计值。 滤波器还有一些其他性能指标，如群延迟(group delay)，参考文献 3 中指出，群延迟特 性会影响收发信机的听感。 二． 晶体的测量 要设计晶体滤波器，必须了解自己手头晶体的参数，为此，必须对晶体参数进行测量。 说到晶体参数，不得不说晶体的等效模型，见图 2 。 图2 ：晶体等效模型 图2 中Lm 称为等效串联电感，也有 Cm 称为等效串联电容，梯形晶体滤波器主要利用 晶体的串联谐振，因此这两个参数是晶体测量的重点。Rm 称为等效串联电阻，这个值实际 体现了晶体的 Q 值，Q 值越高，Rm 越小。C0 称为等效并联电容，对于梯形晶体滤波器， C0 是有害的。 在了解了晶体的等效模型后，我们看看晶体的测量方法。晶体的测量方法有很多种，强 烈建议阅读参考文献 1 和参考文献 2 。这里只详细介绍G3UUR 的振荡器法，因为这种方法 简便易行，不需要使用昂贵的网路分析仪，测量仪器仅需要一个频率计。G3UUR 振荡器的 电路如图3 所示， 图3 ：G3UUR 晶体测量振荡器电路图 该电路中，Q1、Q2 采用常见的 2N4401 、2N3904 、S9014 等小功率 NPN 型三极管都可 以满足20MHz 以内晶体的测量要求。具体测量方法是： 1. 将频率计接在 Output 输出端。 2. 闭合电路中的开关，旁路Cs 使晶体 Y1 的一端直接接地，测量振荡器的输出频率， 这时测出的频率记为 f3 。 3. 断开电路中的开关，是晶体 Y1 的一端通过Cs 接地，测量震荡器的输出频率，这时 测出的频率记为 f2 。f2f3 。 4. 如果有 LC 表，用 LC 表测量 Y1 的等效并联电容C0 。如果没有也没关系，C0 通常 是 3pF －5pF 之间。C0 测量精度对最终测量的结果影响不大。 测量完成