CN204578492U - 一种宽带带通型晶体带阻滤波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种宽带带通型晶体带阻滤波器，包括LC高通滤波器，所述LC高通滤波器包括串联于输入端与输出端之间的4个电容，自输入端至输出端分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，且每两个电容之间的连接点与地之间并联有一个谐振回路，所述谐振回路包括串联的电感和电容；在各个谐振频率点到地之间连接晶体谐振器。以高通滤波器为基础，在网络中适当插入晶体谐振器，最终提高带通型晶体带阻滤波器的带宽、阻带深度，降低插入损耗，同时也兼顾了滤波器的其他各项指标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种滤波器，具体涉及一种宽带带通型晶体带阻滤波器。
背景技术
晶体滤波器就是指主要元件用石英材料(SiO2)做成的石英晶体滤波器,起滤波的作用,具有稳定,抗干扰性能良好,温度性能好的特点,广泛应用于各种电子产品中。按滤波器对信号频率的作用来分，可以分为以下四种：1、低通低于某一规定的频率(截止频率)的信号均可通过，高于该频率的信号均被衰减；2、高通高于某一规定的频率(截止频率)的信号均可通过，低于该频率的信号均被衰减；3、带通位于两个规定频率(上、下截止频率)之间的信号均可通过，高于上截止频率和低于下截止频率的信号均被衰减；4、带阻位于两个规定频率(上、下截止频率)之间的信号均被衰减，高于上截止频率和低于下截止频率的信号均可通过。它广泛应用于通讯设备、导航辅助设备以及频率综合器之类的精密仪器之中。凡是需要将有用的频率信号和无用的频率信号分开并将无用信号抑制下去的地方都可以使用滤波器。例如：通信、导航等做中频滤波，仪器、仪表、控制中作信号提纯等等。
滤波器就是连接在信号源和负载之间的一个四端网络，其输入端和信号源相接，其输出端和负载相接。理想的滤波器，对于处于通带内的信号，就如同信号源和负载直接连接一样，没有任何损耗；对于处于通带以外阻带内的信号，就如同信号源和负载断开一样，一点信号也没有。
实际上，这样的理想性能是不可能达到的，无论你选择的元件品质多高，在通带里信号总会有一点损耗产生，尽管它很小；在阻带里也总会有一点点信号从信号源传到负载上。滤波器的主要技术指标有插入损耗、通带带宽、带内波动、阻带抑制输入、输出阻抗等
由于晶体滤波器的主要元件是晶体谐振器，而晶体的品质因数(Q值)特别高，性能稳定，因此晶体滤波器主要具有以下特点：带宽窄、损耗小、矩形系数小等。晶体滤波器带宽可以做到相对带宽的千分之几，1％以上的就是宽带晶体滤波器，这类滤波器往往因为带宽很宽，通带波动就会很大,级数很多，成本也会很高，所以给晶体宽带带阻滤波器设计时带来很大的困难，同时现在器件都是小型化，而晶体宽带带阻滤波器用这种设计方法，体积也会比较大，给用户使用带来不便。
晶体带通型带阻滤波器的基本工作原理实际上是以LC带通网络为基础，在网络中适当插入晶体谐振器，这种带通型带阻晶体滤波器仅仅具有比较窄的传输频带。用上述电路设计的 滤波器带宽很窄(几乎是点频)、损耗偏大(-6dB),并且阻带深度只有-10dB多一点。这几项指标是滤波器的关键，它直接影响到通讯设备的精度、灵敏度以及抗干扰能力。
现代网络理论提供很多很多不同幅度与频率形状的幅频特性曲线，在设计滤波器时首先考虑选择响应曲线。LC滤波器有几种常用的设计方法：1、巴特沃兹响应，最平坦幅度2、切比雪夫响应，3、贝塞尔函数响应，最平坦延迟4、椭圆函数响应，陡度系数最好。根据滤波器的性能指标，进行有效的选择。
发明内容
为了提高带通型晶体带阻滤波器的带宽、阻带深度，降低插入损耗，同时也兼顾了滤波器的其他各项指标，本实用新型提供一种宽带带通型晶体带阻滤波器，以高通滤波器为基础，在网络中适当插入晶体谐振器，信号从高通部分传输，根据需要取出一部分阻带作为抑制。高通滤波器的电路和晶体谐振器的串并联间隔起拓宽频率带宽的作用，晶体谐振器本身的吸收点起阻带抑制的作用,同时理论上高通滤波器的通带损耗可以设计到很小，只要采用Q值较高的元件，就能达到理想的效果，最终实现各项指标达到带通型晶体带组滤波器的设计要求。
本实用新型的技术方案是：一种宽带带通型晶体带阻滤波器，包括LC高通滤波器，所述LC高通滤波器包括串联于输入端与输出端之间的4个电容，自输入端至输出端分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，且每两个电容之间的连接点与地之间并联有一个谐振回路，所述谐振回路包括串联的电感和电容；所述LC高通滤波器的输入端与第一个电容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器；所述第二电容与第三电容之间的连接点与地之间连接有两个并联的晶体谐振器；所述第三电容与第四电容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器；所述第四电容与LC高通滤波器的输出端之间的连接点与地之间连接有三个并联的晶体谐振器。
本实用新型的有益效果是：以高通滤波器为基础，在网络中适当插入晶体谐振器，信号从高通部分传输，根据需要取出一部分阻带作为抑制。高通滤波器的电路和晶体谐振器的串并联间隔起拓宽频率带宽的作用，晶体谐振器本身的吸收点起阻带抑制的作用,同时理论上高通滤波器的通带损耗可以设计到很小，只要采用Q值较高的元件，就能达到理想的效果，最终提高带通型晶体带阻滤波器的带宽、阻带深度，降低插入损耗，同时也兼顾了滤波器的其他各项指标。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型滤波器细调后的效果图。
图3为本实用新型滤波器远端的信号传输情况。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
以62.496MHz晶体带阻滤波器为例介绍它的设计过程和达到的效果。它的具体性能指标要求：1、阻带带宽为62.488MHz---62.504 MHz，2、通带损耗小于3dB,3、带阻深度大于25dB。4、特殊要求93MHz处损耗小于3dB。5、输入、输出阻抗均为50欧姆。6、工作温度-40度---+70度。7、外形尺寸27*12.5*12(mm)。
如图1所示，首先设计一个63MHz的高通滤波器，包括LC高通滤波器，所述LC高通滤波器包括串联于输入端与输出端之间的4个电容，自输入端至输出端分别为第一电容C1、第二电容C3、第三电容C5、第四电容C7，且每两个电容之间的连接点与地之间并联有一个谐振回路，所述谐振回路包括串联的电感和电容。电感采用迪拉尼进口磁芯，由于整个滤波器的结构尺寸只有27*12.5*12(mm)的大小，所以磁芯选择T20-6的尺寸，电容选择DLC10D(达利凯公司)型系列的尺寸，晶体谐振器选用Um-1或Um-5的封装结构。
然后根据如下高通滤波器的设计思路计算出电感、电容值的大小，具体步骤如下：
1、先计算高通陡度系数As＝fc/fs,式中As表示陡度系数，fc表示通带频率，fs表示阻带频率。
2、我们利用椭圆函数类型，运行Filter Solutions软件，点击“阻带频率、通带波纹等参数指标”输入框，输入各项参数。
3、点击“确定阶数”控制版，打开第二面板，在“阻带衰减(dB)”输入要求，点击“最小阶数”，
4、点击电路按键，Filter Solutions提供两个电路，选择对偶网络(无源滤波器)，
5、为了将归一化低通电路变换成高通结构，使用倒数元件值相互替换电感、电容。
6、再用Z＝300和频率变换系数FSF＝6.28fc对高通滤波器进行归一化:L2＝L1*Z/FSF,C2＝C1/FSF/Z得到晶体带阻滤波器中的LC高通滤波器电路结构。这样，一个63MHz的高通滤波器电原理图就产生了，相应的元件值在图中已标明。
通过调整电容、电感的值将高通滤波器的性能指标调试好，通带插入损耗控制在-0.2dB以下，62.496MHz的抑制在-20dB以下，这样一个63MHz的高通滤波器就完成了。
在各个谐振频率点到地之间连接晶体谐振器，具体的，本实施中，所述LC高通滤波器的输入端与第一个电容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器X1；所述第二电容与第三电容之间的连接点与地之间连接有两个并联的晶体谐振器X2和X3；所述第三电容与第四电 容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器X4；所述第四电容与LC高通滤波器的输出端之间的连接点与地之间连接有三个并联的晶体谐振器X5、X6和X7。
下面就在高通滤波器的阻带62.496MHz处取一段+-10KHz的位置作为带阻滤波器的带宽，根据带宽要求确定各晶体谐振器的频率，本实施例中：X1的频率为62.496MHz，X2的频率为62.500 MHz，X3的频率为62.498 MHz，X4的频率为502 MHz，X5的频率为62.502MHz，X6的频率为62.498 MHz，X7的频率为62.496 MHz，高通滤波器并臂上的串联谐振电路中，当谐振频率小于f。(中心频率62.496MHz)时，其特性呈容性，等同于在晶体谐振器的两端并联一个电容，频率带宽展宽。
最后再将滤波器细调，得到如图2所示效果图。高端的杂波是晶体谐振器本身的寄生，不影响信号的传输。
图3是滤波器远端的信号传输情况。
该晶体带阻滤波器以高通滤波器为基础，在网络中适当插入晶体谐振器，信号从高通部分传输，根据需要取出一部分阻带作为抑制。高通滤波器的电路和晶体谐振器的串并联间隔起拓宽频率带宽的作用，晶体谐振器本身的吸收点起阻带抑制的作用,同时理论上高通滤波器的通带损耗可以设计到很小，只要采用Q值较高的元件，就能达到理想的效果，最终提高带通型晶体带阻滤波器的带宽、阻带深度，降低插入损耗，同时也兼顾了滤波器的其他各项指标。
Claims (1)
1.一种宽带带通型晶体带阻滤波器，其特征在于：包括LC高通滤波器，所述LC高通滤波器包括串联于输入端与输出端之间的4个电容，自输入端至输出端分别为第一电容、第二电容、第三电容、第四电容，且每两个电容之间的连接点与地之间并联有一个谐振回路，所述谐振回路包括串联的电感和电容；所述LC高通滤波器的输入端与第一个电容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器；所述第二电容与第三电容之间的连接点与地之间连接有两个并联的晶体谐振器；所述第三电容与第四电容之间的连接点与地之间连接有一个晶体谐振器；所述第四电容与LC高通滤波器的输出端之间的连接点与地之间连接有三个并联的晶体谐振器。
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