叉指結(jié)構(gòu)在單片晶體濾波器中的應用

摘要：剖析了一種復合型寬帶單片式晶體濾波器。從單片晶體濾波器和又指換能器的原理出發(fā)對該濾波器進行了理論分析，然后使用仿真軟件模擬了叉指結(jié)構(gòu)對單片式晶體濾波器的影響。最后通過實驗證明了插指結(jié)構(gòu)對晶體濾波器具有調(diào)整矩形系數(shù)，增加帶外抑制和頻率微調(diào)的作用。
關(guān)鍵詞：單片晶體濾波器；插指換能器；矩形系數(shù)；帶外抑制

0 引言
濾波器是頻率選擇系統(tǒng)中的關(guān)鍵元器件，在通信、導航、廣播電視、宇航工程的電子設備中，占有重要的地位。隨著1963年能陷理論的出現(xiàn)，在1966年日本東京大學工業(yè)科學學院和美國貝爾實驗室分別研制出單片式晶體濾波器(MCF)。單片晶體濾波器通過在壓電材料的基片上應用真空鍍膜的方式，鍍上若干有確定位置和確定尺寸形狀的電極，按照濾波的需求有目的的通過設計來確定每個諧振器的幾何尺寸，鍍回頻率以及諧振器之間的距離，來控制機械振動波在基片上的傳播，從而達到將電信號濾波的目的。

1 單片式寬帶晶體濾波器簡介
石英晶體濾波器具有插入損耗小，穩(wěn)定度高，品質(zhì)因數(shù)高等特點，但是石英晶體也有機電耦合系數(shù)小，串并聯(lián)諧振頻率間隔小的固有局限性，通常用于實現(xiàn)相對帶寬在0．35％以下的濾波器，對于相對帶寬超過1％的濾波器就必須在晶體濾波器中加入展寬線圈，通過串聯(lián)或者并聯(lián)電感來調(diào)節(jié)晶體諧振器的串聯(lián)或并聯(lián)諧振頻率，從而達到展寬頻帶的作用；鈮酸鋰、鉭酸鋰等材料制作寬帶晶體濾波器因為其機電耦合系數(shù)大，是石英晶體的5～6倍，制作的晶體濾波器相對帶寬能夠達到0．2％～5％，但鈮酸鋰、鉭酸鋰材料溫度穩(wěn)定性不如石英晶體；近些年來發(fā)展的硅酸鎵鑭等新型晶體濾波器，能夠制作出相對帶寬在0．3％～0．8％之間相對比較寬的性能優(yōu)良的寬帶晶體濾波器。
在某型設備中，應用了大量的晶體濾波器，通過對種類繁多的晶體濾波器研究后發(fā)現(xiàn)：與普通4極點晶體濾波器不同的是，在這些晶體濾波器內(nèi)部存在由叉指結(jié)構(gòu)組成的區(qū)域，這里稱為微調(diào)區(qū)，其中以這款中心頻率為12．1 MHz，3 dB帶寬，240 kHz的寬帶晶體濾波器最具有典型代表意義。

通過圖1可以看出該單片式晶體濾波器是典型的4極點單片晶體濾波器，并且在輸入和輸出端加入了輔助放大電路，這樣設計的好處是濾波器的頻率特性內(nèi)部已調(diào)試好，使用者無需任何外部補償，便于濾波器在各種產(chǎn)品中應用。
微調(diào)區(qū)由左右對稱的指間距均勻等指長的叉指結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。