Krystalfilter

elektronisk filter
Trebenet krystalfilter med dataene fcenter=45 Mhz og med båndbredde3dB=12 KHz. Kravene for at dette krystalfilter yder som ønsket er, at filteret fødes med og belastes med Z=300 Ohm og en parallelkapacitet på Cp=8pF.
Et krystalfilters frekvensgang (blå kurve) med fcenter=9 Mhz. Af grafen kan det aflæses af fcenter faktisk afviger med 250Hz fra 9 Mhz. (Det er dog mere sandsynligt at måleudstyrets referencefrekvens er unøjagtig)
Diagrammet på et 9 MHz krystal ladder filter med fire matchede krystaller.

Et krystalfilter er et elektronisk filter, som anvender kvartskrystal resonatorer.[1] (Det er kun nogle få kvartskrystal atomkonfigurationer, som er piezoelektriske) Fordi disse kvartskrystaller er piezoelektriske, kan deres mekaniske karakteristikker anvendes i elektroniske kredsløb.

Krystalfiltre har normalt høj selektivitetRediger

Kvartskrystaller fungerer som mekaniske resonatorer med en meget høj godhed (fra 10.000 til 100.000 og højere - langt højere end konventionelle resonatorer bygget af spoler og kondensator). Krystallernes stabilitet og dets høje godhed muliggør filtre at have præcise centerfrekvenser og stejle båndpaskarakteristikker. Krystalfilter dæmpning i båndpasset er typisk 1,5-5 dB.[2][3]

Ved at koble to eller flere kvartskrystalresonatorer sammen kan selektive filtre - med ønsket båndbredde, designes indenfor visse båndbreddegrænser.[4]

AnvendelseRediger

Krystalfiltre anvendes almindeligvis indenfor telekommunikationsapparater såsom radiomodtagere og radiosendere.[4][5]

Et krystalfilter anvendes ofte i superheterodynmodtageres mellemfrekvenstrin i højkvalitets radiomodtagere. Billigere superheterodynmodtagere anvender keramiske filtre bygget af keramiske resonatorer (der også anvender den piezoelektriske effekt) - eller afstemte LC-kredsløb. Et krystal ladder filter er en krystalfiltervariant, der laves af flere krystaller i serie.[6][7]

Krystalfiltre er typisk designet med centerfrekvenser på 9 MHz eller 10,7 MHz til at yde selektivitet i kommunikationsmodtagere - eller ved højere frekvenser.[2][3][8][9] Måden et krystal skæres på afgør krystallets mulige resonansfrekvenser.[10][4]

HistoriskRediger

Designmetoden til at anvende kvartskrystaller som filtreringskomponent, blev anvist af professor Walter Cady i 1922.[11] Det var mest Warren P. Masons[12][13][1] arbejde i de sene 1920'ere og tidlige 1930'ere, som anviste metoder til at indlejre kvartskrystaller i LC-lattice-filter netværk, som bidrog med mange fremskridt indenfor telefonkommunikation. Krystalfilter design fra 1960'erne tillod ægte Chebyshev, Butterworth - og andre typiske filterkarakteristikker. Krystalfilter design fortsatte med at blive forbedret i 1970'erne og 1980'erne med udviklingen af multipol monolitiske filtre, som fortsat anvendes i dag.[4]

Se ogsåRediger

Kilder/referencerRediger

  1. ^ a b SYNTHESIS AND REALIZATION OF CRYSTAL FILTERS. DAVID I. KOSOWSKY. TECHNICAL REPORT 298. JUNE 1, 1955. RESEARCH LABORATORY OF ELECTRONICS. MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY. CAMBRIDGE, MASSACHUSETTS Citat: "...In 1922, Cady (2) proposed the use of a crystal as a frequency selective element by taking advantage of the sharp maximum in current through the crystal at its resonant frequency. The combination of crystals, inductances, and capacitors in lattice networks by Warren P. Mason (4, 5) made possible the many contemporary applications of crystal filters...", backup
  2. ^ a b Data på krystalfiltre fra NIHON DEMPA KOGYO CO., LTD.: 1997, ndk.com: Crystal Filters, backup
  3. ^ a b NDK: 21,4 MHz miniature krystalfiltres data
  4. ^ a b c d ieee-uffc.org: A History of Crystal Filters Citat: "...In the early 1960’s the more general filter design process based on “insertion loss” theory was adapted for use with crystal filters and made possible the fabrication of filters with true Chebyshev, Butterworth, and other traditional filter characteristics. In 1962 a paper was presented describing the first practical monolithic crystal filter elements and included a cascaded 6-pole design. This was a forerunner of the 2-pole filter elements in wide use today...Through the 1970’s and ’80’s evolutionary improvements were made with the development of multi-pole monolithic filters and the extension of the high frequency limits through continued process improvements...The narrowband and wideband design approaches developed by Mason proved to be the design standards for the next 20 years...Crystal filters are widely used today to provide the IF selectivity in communications receivers...Another application where crystal filters are widely used is in single-sideband systems both for generating the signal in the transmitter exciter and for selectivity in the receiver...", backup
  5. ^ Kinsman, R. G. (1998). "A History of Crystal Filters". IEEE Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control Society. Retrieved from "Archived copy". Arkiveret fra originalen 2011-09-09. Hentet 2011-12-17. 
  6. ^ Horst Stader and Jack A. Hardcastle, "Crystal Ladder Filters for All", QEX, pp.14-18 Nov-Dec 2009, backup
  7. ^ giangrandi.ch: Crystal ladder filters, backup
  8. ^ Data på lidt ældre krystalfiltre anvendt i ICOM transceivere: August 29, 2008, hl3amo.blogspot.com: ICOM crystal filter specifications, backup
  9. ^ WO9U: (Yaesu) ham filter specs, backup
  10. ^ Radio-Electronics.com: ”Quartz crystal filter”, Poole, I. (n.d.)
  11. ^ Paywalled - abstrakt kan læses: 04 June 1998, Professor Walter G. Cady’s contributions to piezoelectricity and what followed from them. The Journal of the Acoustical Society of America 58, 301 (1975) Citat: "...a celebration of Professor Walter G. Cady’s...he was the inventor of the crystal‐controlled oscillator, the very selective narrow‐band crystal filter...These initial efforts have led to many applications, such as (1) crystal filters for separating out the many telephone channels that can be transmitted over radio systems, coaxial systems, and undersea cables..."
  12. ^ W. P. Mason, Electric wave filters employing quartz crystals as elements, Bell System Tech. J., 13, 405-452 (July 1934).
  13. ^ W. P. Mason, Resistance-compensated band-pass crystal filters for unbalanced circuits, Bell System Tech. J., 16, 423-436 (Oct. 1937).