Monolit Kristal Filtreler (MCF) - Paketleme, Frekanslar ve Uygulamalar

Monolit Kristal Filtrelerine (MCF) Giriş

Monolit Kristal Filtreler (MCF), tek bir piezoelektrik kristal alt tabaka (örneğin, kuvars, lityum niyobat veya lantan galliyum silikat) üzerine üretilen pasif bant geçiren filtrelerdir. Kristalin mekanik rezonans özelliklerinden yararlanarak mükemmel seçicilik, düşük ekleme kaybı, ve yüksek sıcaklık kararlılığı elde ederler. MCF'ler, hassas frekans kontrolünün kritik olduğu iletişim sistemleri, navigasyon, yayıncılık ve enstrümantasyon alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır 43.

Temel Teknik Özellikler

1. Paketleme ve Boyutlar

MCF'ler delikten ve yüzeye montaj (SMD) paketlerinde mevcuttur. Yaygın türler şunlardır:

• 49T (Delikten,DIP):

  • Boyutlar: ~11.0 × 4.5 mm (endüstri standardı).

  • Uygulamalar: Eski sistemler, endüstriyel ekipmanlar.

• UM-1/UM-5 (Delikten,DIP):

  • Boyutlar: UM-1 (12.5 × 5.0 mm), UM-5 (11.0 × 4.0 mm).

  • Uygulamalar: RF modülleri, test cihazları.

• SMD 7050 (Yüzeye Montaj SMD):

  • Boyutlar: 7.0 × 5.0 × 1.4 mm (en kompakt) 6.

  • Uygulamalar: Alan kısıtlı tasarımlar (örneğin, IoT cihazları, giyilebilir cihazlar).

• UM-1MJ/UM-5MJ (Yüzeye Montaj SMD):

• Boyutlar: UM-1 (11.8*7.8*3.5mm), UM-5 (9.8*7.8*3.5mm).
• Uygulamalar: RF modülleri, test cihazları.

2. Frekans Aralıkları ve Kutup Konfigürasyonları

MCF'ler 10 MHz ila 250 MHz frekanslarını kapsar ve kutup sayıları (2–8 kutup) seçiciliği belirler:

• Düşük Frekanslı MCF'ler (10–50 MHz):

  • Örnekler: 10.7 MHz (49T), 21.4 MHz (UM-1), 45.0 MHz (SMD 7050) 46.

  • Bant genişliği: ±1 kHz ila ±20 kHz (dar bant).

• Yüksek Frekanslı MCF'ler (50–250 MHz):

  • Örnekler: 58.05 MHz, 73.35 MHz (SMD 7050).

  • Bant genişliği: ±20 kHz ila ±100 kHz (geniş bant) 8.

• Kutba Bağlı Performans:

  • 2–4 kutup: Şekil faktörü 5:1 (20 dB ila 3 dB bant genişliği), ekleme kaybı 3–4 dB.

  • 6–8 kutup: Şekil faktörü 2.5:1–2.0:1, ekleme kaybı 4.5–5 dB, üstün bant dışı reddetme (>65 dB) 8.

3. Elektriksel Özellikler

• Ekleme Kaybı: 3–5 dB (tipik).

• Empedans: 800 Ω (standart), özelleştirilebilir (50 Ω–1 kΩ).

• Geçiş Bandı Dalgalanması: ≤1 dB.

• Sıcaklık Kararlılığı: ±10 ppm, -40°C ila +85°C aralığında 68.

4. Uygulamalar

MCF'ler, frekans ayrımını şunlarda sağlar:

• Kablosuz İletişim: Radyolarda kanal seçimi (örneğin, FM alıcıları için 10.7 MHz) 4.

• Uydu ve Navigasyon Sistemleri: GPS/GLONASS için düşük faz gürültülü filtreleme.

• Yayın Ekipmanları: TV vericileri (45 MHz, 70 MHz).

• Endüstriyel Kontrol Cihazları: CAN bus, Ethernet arayüzleri 9.

Paket ve Frekansa Göre MCF Seçim Tablosu

Aşağıdaki tablo, endüstri standardı MCF'leri özetlemektedir:

<

Resimler	Paket Tipi	Boyutlar (mm)	Frekans (MHz)	Kutuplar	Bant Genişliği	Ekleme Kaybı	Uygulamalar
	49T	11.5*4.5*11.2mm	10.7MHz	2 kutup 4 kutup 6 Kutuplu 8 Kutuplu	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	FM Radyolar, Endüstriyel İletişim, Telekom
	49TMJ	14.7*11.5*5.2mm	10.7MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	FM Radyolar, Endüstriyel İletişim, Telekom
	UM-1	7.8*3.1*8.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.5 dB	RF Alıcı-Vericiler, Telekom
	UM-1MJ	11.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomünikasyon
	UM-5	7.8*3.1*6.0mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomünikasyon
	UM-5MJ	9.8*7.8*3.5mm	21.4MHz, 45.000MHz 38.855MHz 29.255MHz	2–8	±3.75KHz~±15KHz	3.0 dB	Telekomünikasyon
	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, Giyilebilir Cihazlar, Havacılık 46, Telekom

Tasarım Hususları

• Şekil Faktörü: Bitişik kanal reddi için kritik öneme sahiptir. Daha düşük oranlar (örneğin, 8 kutup için 2.0:1) seçiciliği artırır 8.

• EMI Azaltma: Yüksek gürültülü ortamlarda SMD MCF'ler için toprak kalkanı kullanın.

• Empedans Eşleştirme: Yansımaları en aza indirmek için sistem empedansının (örneğin, 50 Ω) MCF özellikleriyle uyumlu olduğundan emin olun.

Gelecek Trendler

• Küçültme: 6G cihazları için 5.0 × 3.2 mm'den küçük paketler.

• Hibrit Filtreler: Ultra geniş bant (0.5–5% göreli bant genişliği) için MCF'yi SAW/BAW ile birleştirmek 3.

• AEC-Q200 Uygunluğu: Araçtan her şeye (V2X) sistemleri için otomotiv sınıfı MCF'ler 9.

Sonuç

MCF'ler, kompakt paketlerde benzersiz frekans kararlılığı ve Q faktörü sunar. Tasarımcılar, seçicilik için kutup sayısını, entegrasyon için paket boyutunu ve çevresel dayanıklılık için frekans toleransını önceliklendirmelidir. İleri düzey ihtiyaçlar için (örneğin, >100 MHz, 8 kutup).