Rádiové funkční bloky X37RFB Krystalové filtry

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Rádiové funkční bloky X37RFB Krystalové filtry"

Štěpán Pospíšil
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Rádiové funkční bloky X37RFB Dr. Ing. Pavel Kovář

2 Obsah Úvod Krystalový rezonátor Diskrétní krystalové filtry Monolitické krystalové filtry Aplikace 2

3 Typické použití filtrů Rádiový přijímač preselektor mezifrekv. zesilovač demod. lokální oscilátor Rádiový vysílač modulační signál modulátor zesilovač výkonu filtr harmonických složek generátor nosné vlny 3

4 Selektivita rádiového přijímače Blízká selektivita Potlačení sousedního kanálu Zajišťuje mezifrekvenční filtr Filtr s velkou strmostí přechodové části charakteristiky LC technologií lze realizovat na nízkých kmitočtech Vzdálená selektivita Potlačení nežádoucích příjmů Potlačení zrcadlových příjmů Potlačení příjmů způsobených intermodulací s lokálním oscilátorem Zajišťuje preselektor MF kmitočet co nejnižší ROZPOR MF kmitočet co nejvyšší Řešení 1. Kompromis 2. Přijímač s dvojím směšováním 3. Vysoce selektivní filtr 4

5 základní vlastnosti Činitel jakosti krystalového rezonátory > Malá závislost rezonančního kmitočtu na teplotě => Realizace pásmových propustí o malé relativní šířce pásma 5

6 Krystalové rezonátory Krystal výbrus (destička) z křemene (oxid křemičitý SiO 2 ) Mechanické kmity - kmitočet dán velikostí destičky, tvarem a typem řezu Kmity jsou možné i na vyšších módech, obvykle lichých Piezoelektrické vlastnosti možnost převodu mech. kmitů na elektrické a naopak x z y Hexagonální krystalografická soustava 6

7 Krystalové rezonátory pro filtry nízké kmitočty 1kHz J 14kHz 14kHz 14kHz H N 100kHz 100kHz Uchycení krystalu 90kHz E 200kHz DT 300kHz 400kHz 300kHz SL 1MHz 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz Řez J H, N E DT, SL Způsob kmitání Délka-tloušťka-ohyb Délka-šířka-ohyb Šířka Střižné kmity 7

8 Krystalové rezonátory pro filtry vysoké kmitočty AT-řez Mód kmitání střižné kmity 1 MHz 40 MHz (základní mód) 20 MHz 110 MHz (třetí harmonický mód) 40 MHz 180 MHz (pátý harmonický mód) Vztah pro tloušťku krystalu 1, 66 n h = [ mm;1, MHz] f n mód kmitaní AT řez z x y Základní mód uzel Třetí harmonický mód uzel 8

9 Krystal 5 MHz, pouzdro HC-6, AT řez 9

10 Náhradní obvod krystalového rezonátoru C1 velmi malý kolem 1 ff L1 velká C0 kapacita pouzdra velká oproti C1 Sériová rezonance Paralelní rezonance Náhradní obvod krystalu Velká jakost Malá závislost na teplotě 10

11 Impedanční invertor I ( L) ( ) 2 ( jx + Z ) jx X Z = jx + jx + Z jx = L + = jx jx + Z + jx Z L L = 11

12 Náhradní schéma krystalového filtru Příčková struktura LC filtru Úprava pomocí impedančních invertorů Schéma filtru 8. řádu se sériovými rezonančními obvody 12

13 Souměrný křížový článek lattice Bartlettova věta Souměrný křížový článek Impedančně souměrný dvojbran => Náhradní schéma filtru 8. řádu kaskádní řazení křížových článků 13

14 Hybridní lattice Hybridní lattice struktura s náhradními obvody krystalů Výsledné schéma krystalového filtru 14

15 Diskrétní krystalové filtry DCF Složeny z diskrétních krystalů Lze realizovat dolní propusti, horní propusti, pásmové propusti, pásmové zádrže Pásmové propusti 1. S vysokou selektivitou (Butterworth, Čebyšev, Cauer) 1 MHz 40 MHz (základní mód) - B max = f 0 20 MHz 110 MHz (třetí harmonický mód) - B max = f 0 40 MHz 180 MHz (pátý harmonický mód) - B max = f 0 šířka pásma min. asi f 0 - dána teplotní stabilitou krystalu 2. Lineární fáze (Bessel, Gauss) 3. Kompromisní charakteristika (fáze + selektivita) 4. Speciální (anténní filtry) 15

16 Diskrétní krystalové filtry DCF Aplikace profesionální KV přijímače letecké KV, VKV, UKV radiostanice VOR, ILS přijímače vojenské radiostanice 16

17 Monolitické krystalové filtry MCF (Monolithic Crystal Filter) Elektromechanický princip Piezoelektrický substrát (např. křemen SiO 2 ) Vyrobeny na jednom substrátu Vysoká jakost Výborná teplotní stabilita Struktura dvoupólového MCF Struktura trojpólového MCF substrát substrát elektrody Ekvivalentní obvod Ekvivalentní obvod 17

18 Monolitické krystalové filtry MCF Kmitočtové pásmo jednotky až stovky MHz Malá šířka pásma jednotky khz (max. 30 khz) Aplikace VKV a UKV radiostanice (úzkopásmová FM) mobilní telefony první generace letecká komunikace a navigace vojenská a speciální rádiová zařízení 18

19 Ukázky krystalových filtrů Krystalový filtr pro CW (telegrafii) vojenského leteckého KV přijímače ( ) Ukázka krystalového filtru DCF 19

20 Příklad aplikace krystalových filtrů Letecká vojenská radiostanice LUN 3520 Blokové schéma části přijímače Přeladitelný filtr VKV Diskrétní krystalový filtr Filtr 21 MHz kanál 25 khz Přeladitelný filtr UKV Filtr 21 MHz kanál 8,33 khz 20

21 Příklad aplikace krystalových filtrů Letecká palubní radiostanice LUN3526 Blokové schéma části přijímače Širokopásmový filtr Monolitický krystalový filtr MF zesilovač 80MHz Diskrétní krystalový filtr Filtr 10,7 MHz kanál 25 khz Filtr 10,7 MHz kanál 8,33 khz 21

22 Požadavky na selektivitu leteckých VKV radiostanic 25 khz Kanál 8,33 khz Propustné pásmo 6 db Nepropustné pásmo 40 db Nepropustné pásmo 60 db +/- 8 khz +/- 17 khz +/- 25 khz +/- 2,778 khz - +/- 7,37 khz 22

23 Literatura [1] Kinsman, R.: Crystal Filters, Design, Manufactures and Application. John Wiley & Sons New York ISBN [2] Hájek, K. Sedláček, J.: Kmitočtové filtry. BEN Praha ISBN [3] Kvasil, J.; Laipert, M.: Teorie obvodů III. (analýza a syntéza linearizovaných obvodů). ČVUT Praha [4] Tele Quartz. Katalog

Podobné dokumenty

Filtry a jejich aplikace v radiotechnice. Dr. Ing. Pavel Kovář

Filtry a jejich aplikace v radiotechnice. Dr. Ing. Pavel Kovář a jejich aplikace v radiotechnice Dr. Ing. Pavel Kovář Typické použití filtrů Rádiový přijímač preselektor mezifrekv. zesilovač demod. lokální oscilátor Rádiový vysílač modulační signál modulátor zesilovač