Filtry kryształowe monolityczne (MCF) - Obudowy, częstotliwości i zastosowania

Wprowadzenie do monolitycznych filtrów kryształowych (MCF)

Monolityczne filtry kryształowe (MCF) to pasywne filtry pasmowe wytwarzane na pojedynczym podłożu z kryształu piezoelektrycznego (np. kwarc, niobian litu lub krzemian galu i lantanu). Wykorzystują one właściwości rezonansu mechanicznego kryształu, aby osiągnąć doskonałą selektywność, niską stratę wtrąceniową, oraz wysoką stabilność temperaturową. MCF są szeroko stosowane w systemach komunikacyjnych, nawigacji, nadawania i oprzyrządowania, gdzie precyzyjna kontrola częstotliwości jest krytyczna 43.

Kluczowe specyfikacje techniczne

1. Obudowy i wymiary

MCF są dostępne w obudowach do montażu przewlekanego i powierzchniowego (SMD). Typowe typy obejmują:

• 49T (przewlekany, DIP):

  • Wymiary: ~11,0 × 4,5 mm (standard branżowy).

  • Zastosowania: Systemy starszej generacji, urządzenia przemysłowe.

• UM-1/UM-5 (przewlekany, DIP):

  • Wymiary: UM-1 (12,5 × 5,0 mm), UM-5 (11,0 × 4,0 mm).

  • Zastosowania: Moduły RF, przyrządy testowe.

• SMD 7050 (montaż powierzchniowy SMD):

  • Wymiary: 7,0 × 5,0 × 1,4 mm (najbardziej kompaktowy) 6.

  • Zastosowania: Konstrukcje o ograniczonej przestrzeni (np. urządzenia IoT, urządzenia do noszenia).

• UM-1MJ/UM-5MJ (montaż powierzchniowy SMD):

• Wymiary: UM-1 (11,8*7,8*3,5mm), UM-5 (9,8*7,8*3,5mm).
• Zastosowania: Moduły RF, przyrządy testowe.

2. Zakresy częstotliwości i konfiguracje biegunów

MCF obejmują częstotliwości od 10 MHz do 250 MHz, z liczbą biegunów (2–8 biegunów) określającą selektywność:

• MCF o niskiej częstotliwości (10–50 MHz):

  • Przykłady: 10,7 MHz (49T), 21,4 MHz (UM-1), 45,0 MHz (SMD 7050) 46.

  • Szerokość pasma: ±1 kHz do ±20 kHz (wąskopasmowe).

• MCF o wysokiej częstotliwości (50–250 MHz):

  • Przykłady: 58,05 MHz, 73,35 MHz (SMD 7050).

  • Szerokość pasma: ±20 kHz do ±100 kHz (szerokopasmowe) 8.

• Wydajność zależna od liczby biegunów:

  • 2–4 bieguny: Współczynnik kształtu 5:1 (szerokość pasma od 20 dB do 3 dB), strata wtrąceniowa 3–4 dB.

  • 6–8 biegunów: Współczynnik kształtu 2,5:1–2,0:1, strata wtrąceniowa 4,5–5 dB, doskonałe tłumienie poza pasmem (>65 dB) 8.

3. Charakterystyka elektryczna

• Strata wtrąceniowa: 3–5 dB (typowo).

• Impedancja: 800 Ω (standard), konfigurowalna (50 Ω–1 kΩ).

• Zmarszczki w paśmie przepustowym: ≤1 dB.

• Stabilność temperaturowa: ±10 ppm w zakresie od -40°C do +85°C 68.

4. Zastosowania

MCF umożliwiają dyskryminację częstotliwości w:

• Komunikacja bezprzewodowa: Wybór kanału w radiach (np. 10,7 MHz dla odbiorników FM) 4.

• Systemy satelitarne i nawigacyjne: Filtrowanie o niskim poziomie szumów fazowych dla GPS/GLONASS.

• Sprzęt nadawczy: Nadajniki TV (45 MHz, 70 MHz).

• Kontrolery przemysłowe: Magistrala CAN, interfejsy Ethernet 9.

Tabela wyboru MCF według obudowy i częstotliwości

Poniższa tabela podsumowuje standardowe w branży MCF:

<

Zdjęcia	Typ obudowy	Wymiary (mm)	Częstotliwość (MHz)	Bieguny	Szerokość pasma	Strata wtrąceniowa	Zastosowania
	49T	11.5*4.5*11.2mm	10.7MHz	2 bieguny 4 bieguny 6 biegunów 8 biegunów	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Radia FM, komunikacja przemysłowa, telekomunikacja
	49TMJ	14.7*11.5*5.2mm	10.7MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Radia FM, komunikacja przemysłowa, telekomunikacja
	UM-1	7.8*3.1*8.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.5 dB	Nadajniki-odbiorniki RF, telekomunikacja
	UM-1MJ	11.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomunikacja
	UM-5	7.8*3.1*6.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomunikacja
	UM-5MJ	9.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomunikacja
	SMD 7050	7.0*5.0*1.4mm	21.4MHz, 21.7MHz, 45.000MHz 109.65MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz ±7.5KHz~±15KHz	3.0 dB	5G IoT, urządzenia do noszenia, lotnictwo 46, telekomunikacja

Aspekty projektowe

• Współczynnik kształtu: Krytyczny dla tłumienia sąsiednich kanałów. Niższe współczynniki (np. 2,0:1 dla 8-biegunowych) zwiększają selektywność 8.

• Redukcja EMI: Używaj ekranowania uziemiającego dla MCF SMD w środowiskach o wysokim poziomie szumów.

• Dopasowanie impedancji: Upewnij się, że impedancja systemu (np. 50 Ω) jest zgodna ze specyfikacjami MCF, aby zminimalizować odbicia.

Przyszłe trendy

• Miniaturyzacja: Obudowy poniżej 5,0 × 3,2 mm dla urządzeń 6G.

• Filtry hybrydowe: Łączenie MCF z SAW/BAW dla ultrawysokiej szerokości pasma (0,5–5% względnej szerokości pasma) 3.

• Zgodność z AEC-Q200: MCF klasy motoryzacyjnej dla systemów vehicle-to-everything (V2X) 9.

Wnioski

MCF zapewniają niezrównaną stabilność częstotliwości i współczynnik Q w kompaktowych obudowach. Projektanci powinni priorytetowo traktować liczbę biegunów dla selektywności, rozmiar obudowy dla integracji i tolerancję częstotliwości dla odporności na środowisko. W przypadku zaawansowanych potrzeb (np. >100 MHz, 8-biegunowe).