高基频小型化晶体滤波器设计与实现

摘要

滤波器在无线电通信设备中发挥着极其重要的作用，而晶体滤波器具有相对带宽窄，阻带衰减度高等特点被广泛应用。随着通信信息技术的迅速发展，整机系统对晶体滤波器提出了高频化、小型化的要求。 本文介绍了晶体滤波器的发展历程，分析了国内外高基频小型化晶体滤波器的现状，研究了高基频小型化晶体滤波器的设计原理，并选取了有代表性的70MHz晶体滤波器为样例，从滤波器的设计到工艺实现进行了深入研究，主要包括： 1、单节晶体谐振器设计。通过各种压电晶体材料性能的对比，选取了石英晶体作为70MHz晶体滤波器的材料；通过对石英晶体材料各切向的研究，确定了最适合的晶体切向；通过厚度切变振动模式中厚度与频率的对应关系，计算出晶片的厚度；通过晶片面积和单节晶体谐振器的等效电阻、晶片厚度之间的理论公式，计算出晶片的面积，并分析晶片尺寸对寄生振动的影响，研究出最佳的晶片尺寸；通过切比雪夫函数与能陷效应相结合，并经过多次试验调整，研究出最适合70MHz基频石英晶体滤波器的电极尺寸。 2、滤波器结构设计。本课题中70MHz晶体滤波器的综合技术指标要求较高，通过分析，只有采用三节单片式晶体滤波器设计方案才能满足矩形度和阻带抑制的要求，文中研究了滤波器的结构设计，并计算出耦合电容的大小。 3、滤波器实现工艺研究。文中对70MHz晶体滤波器的整个工艺过程进行了研究，主要包括：晶体定向、晶体划片、晶片研磨、晶片腐蚀、晶片清洗、晶片镀膜、调频、晶体封装、器件装配、器件调试等，其中对高基频小型化晶体滤波器的工艺难点（晶体划片、晶片研磨及晶片腐蚀）做了深入的研究，对传统的制作工艺进行了优化和改进。 4、滤波器可靠性研究。文中研究了如何提高70MHz晶体滤波器的耐温度冲击应力和耐机械应力的设计方法，主要从晶体滤波器的结构设计、制作工艺和过程控制等方面进行了可靠性研究。 采取上述方法制作的70MHz晶体滤波器各项指标都达到了预期效果，该项研究也将会应用到其它型号高基频小型化晶体滤波器的设计和实现中去。

目录

第一章 绪论

1.1 晶体滤波器简介

1.1.1 晶体滤波器的发展历程

1.1.2 晶体滤波器国内外发展现状

1.1.3 高基频小型化晶体滤波器国内外研究现状

1.2 本课题的研究内容和意义

1.2.1 本课题研究的内容

1.2.2 本课题研究的意义

1.2.3 开展的主要工作及论文结构

第二章 晶体滤波器设计原理

2.1 晶体材料

2.1.1 石英晶体发展历史

2.1.2 石英晶体的切型的发展

2.1.3 人造水晶的研制

2.2 高频晶体滤波器设计原理

2.3 晶体滤波器小型化设计原理

2.3.1 分立式电路结构

2.3.2 单片式电路结构

2.4 本课题设计方案及主要攻关内容

第三章 70MHz高基频小型化晶体滤波器设计

3.1 单节晶体谐振器设计研究

3.1.1 晶体材料切向研究

3.1.2 晶片厚度确定

3.1.3 声耦合方向的确定

3.1.4 晶片尺寸的确定

3.1.6 镀回频率的确定

3.1.7 电极间距的确定

3.2 单片式石英晶体滤波器设计

3.2.1 两节单片式晶体滤波器设计

3.2.2 三节单片式晶体滤波器设计

3.3 小结

第四章 70MHz高基频小型化晶体滤波器实现

4.1 一致性检测

4.2 晶体定向

4.3 晶体划片

4.4 晶片研磨

4.5 晶片腐蚀

4.6 晶片清洗

4.7 晶片镀膜

4.8 上架和涂胶

4.10 晶体封装

4.11 器件装配

4.12 器件调试

第五章 70MHz高基频小型化晶体滤波器可靠性研究及验证

5.1 可靠性设计

5.1.1 耐温度冲击应力设计

5.1.2 耐机械应力设计

5.2 可靠性保障措施

5.2.1文件编制和管理

5.2.2 原材料的质量控制

5.2.3 其它可靠性保障措施

5.3 可靠性攻关过程

5.4 小结

第六章 结论

6.1 产品测试结果

6.2 该型晶体滤波器的优点和今后努力的方向

6.3 该型晶体滤波器今后努力的方向

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果