機械濾波器

機械濾波器利用金屬細絲將一個或兩個以上的機械振盪器縱向連接，並在輸 出、入端連接具有電氣一機械能量轉換功能的壓電 或磁致伸縮元件的一種器件。

有時還可增設阻抗匹配電路 ^[2]  。

元件的振盪器材料選用使用頻率温度係數小、Q（品質因數）值高的各種恆彈性合金，如elinvar、co-elinvar、鎳鉬鐵彈性合金以及Ni-Span-C合 金等。

將輸入端電信號通過機電換能器轉換為機械振動，經機械系統濾波後由輸出端的機電換能器轉換為電信號。

機械濾波器的組成方法有若干種，但絕大多數是用諧振器和禍合器組成。

大家知道，由於速度和電壓之間、力和電流之間是相對應的，所以機械振動系統相當於一個電路。 ^[3] 

由於這種對應關係，諧振器近似於一個並聯諧振電路，而耦合器近似於一個介入二個電抗之間的假設的迥轉器或由正負電感組成的一對

型網絡。

常用的有片一線型、杆一頸型、盤一線型等機械濾波器和單片機械濾波器。

片一線型機械濾波器鐵鎳合金片子構成機械諧振器，兩端的片子兼作機電換能器（利用該片子的尺寸隨磁場強弱而改變的磁致伸縮效應），片間的金屬線是耦合元件，以實現機械振動在各片之間傳遞。

機械濾波器的工作頻率從幾百赫至幾百千赫。

隨着時間的推移，温度和電平的變化都會引起機械濾波器傳輸特性的變壞，因此穩定性應包括温度穩定性、時間穩定性和電平穩定性三個方面。

機械濾波器的穩定性遠比LC濾波器、陶瓷濾波器的優良，且可與晶體濾波器相比擬，而且在實現同數量級的穩定性時，機械濾波器的工藝比晶體濾波器要簡單得多。

温度穩定性是指濾波器的傳輸特性隨温度變化的程度。一般來説，中心頻率偏移主要是由振子頻率偏移所致，當然，靜電容容量的變化匹配電路中元件值的變化，都會使通帶波動增加。機械濾波器在0~40度的温度範圍內，傳輸特性幾乎不變。而在-45~85度温度範圍內，只要進行特殊設計和工藝處理（無需增加附加裝置）機械濾波器仍可正常工作。

時間穩定性主要指濾波器的傳輸特性隨時間變化和程度。它主要由特作振子和換能器的恆彈性合金的經時變化率決定。它主要由特作振子和換能器的恆彈性合金的經時變化率真決定，通常，這種變化較小，可達到0.2~3.0*10負4次方/10A。

電平穩定性是指濾波器的傳輸特性隨輸入信號電平大小變化的程度。當濾波器輸入信號的功率超過它所能儲存的能量時，輸出將出現非線性失真，使濾波器中心頻率下降，帶寬增加和通帶插入損耗增大，機械濾波器的電平特性遠優於LC濾波器。

凡是使用諧振子的濾波器，在它們所採用的振動模式之外，還有其他振動模式產生，並影響濾波器傳輸特性的寄生響應和微音效應。

1）寄生響應 機械濾波器的寄生響應主要由主振模式以外的其他模式的高次振動和其他部分所產生振動引起的，這些振動統稱為雜散振動。寄生響應對濾波器的傳輸特性影響到極大，所以在設計、工藝處理和製造中都作為一個重要問題來對待。

2）微音效應 在低頻機械中濾波器中，機械振子的振動頻率較低，容易受到外界振動的干擾而產生噪聲輸出，這種特性稱為機械濾波器的“微音效應”。外界振動來自多方面的，如電器設備中的發動機，車輛行駛時的振動和各種音響等。微音效應的大小與干擾來源的強弱、頻率的高低和機械濾波器抗干擾能力等因素有關。

機械濾波器有較好的而振動、耐碰撞、而衝擊和而離心力的能力。當振動加速度不超過5G（G為重力加速度）、碰撞衝擊和離心力加速度不大於50G時，機械濾波器無需採取防振或減振措施。在經過特殊設計之後，抗振加速度可達15G，抗擊、抗碰撞和抗離心力加速度則可達1500G。

用特種合金（如鐵、鎳、鉻、鈦恆彈性合金）製成的機械元件具有很高的品質因數（可達1萬以上）和高的穩定性，可做成性能優良的帶通濾波器。它具有體積小、不易受雜散電磁場干擾等優點，在通信、廣播和測量等領域都有應用。

各個國家的研究單位和製造者將依據不同的改進性能的設想, 進一步研究載波裝置用的信道濾波器。具有討論過的技術特點的濾波器將獲得實際應用, 其使用範圍將來要擴大 ^[3]  。

機械濾波器要求進一步減小體積和降低成本。與出現較寬頻帶的濾波器和具有附加

有源阻抗匹配元件的濾波器同時, 將製成一種只由機械振動系統組成的感應濾波器。隨着壓電薄膜的實際應用, 將加快小型化和集成電路的步伐, 這又將反過來對濾波器提出新的要求。