Was ist ein Kristallfilter?
Kristallfilter sind Filter, die Quarzkristalle verwenden. Sie werden hauptsächlich als Bandpassfilter eingesetzt, um die gewünschten Frequenzkomponenten zu extrahieren.
Da Quarzkristalle eine hohe Güte und steile Durchlasskurven haben, können Kristallfilter-Frequenzen selektiv herausfiltern.
Ähnlich wie Kristallfilter werden manchmal auch SAW-Filter verwendet, da sie die gewünschten Frequenzkomponenten extrahieren können; SAW-Filter sind Filter, die selektiv bestimmte Frequenzen extrahieren, indem sie kammförmige Elektroden mit einem Metallfilm auf einem Substrat bilden.
Anwendungen von Kristallfiltern
Kristallfilter können aus einem breiten Spektrum von Frequenzkomponenten nur bestimmte auswählen und unerwünschte Komponenten abschwächen. Daher werden sie häufig in Geräten eingesetzt, die eine sehr genaue Frequenzauswahl erfordern. Am häufigsten werden sie in Funkkommunikationsgeräten eingesetzt.
Funkgeräte verwenden ein Signal, das als Trägerwelle (Carrier) bezeichnet wird. Trägerwellen sind die grundlegenden Wellen, wie z. B. Radiowellen, die zum Senden und Empfangen von Informationen verwendet werden. Bei der Erzeugung eines Funksignals wird die zu sendende Information der Trägerwelle überlagert, um ein Kommunikationssignal zu erzeugen. Beim Empfang wird die Trägerwelle dann wieder getrennt. In Funkgeräten ist es notwendig, die notwendigen Frequenzen von den unerwünschten Frequenzen zu trennen und es werden häufig Filter wie Kristallfilter verwendet.
Funktionsweise von Kristallfiltern
Ein Kristallfilter ist ein Filter, der den hohen Q-Wert eines Quarzkristalls nutzt, wobei Q für den Qualitätsfaktor steht, der auch als Selektivität bezeichnet wird.
Je höher der Q-Wert, desto schmaler und schärfer die Bandbreite, und je niedriger der Q-Wert, desto breiter und sanfter die Bandbreite und der Frequenzgang.
Der Q-Wert lässt sich wie folgt berechnen und wird durch die Bandbreitencharakteristik im Verhältnis zur Mittenfrequenz ausgedrückt:
Q = ωo/(ω2-ω1)
wobei ωo: Mittenfrequenz, ω2, ω1: Frequenz der 1/√2-Intensität relativ zu ωo.
Ein Bandpassfilter mit LC, einem üblichen passiven Bauelement, hat einen Q-Wert von etwa 10^2, während ein Kristallfilter einen hohen Q-Wert von 10^3 bis 10^6 hat. Wird ein Filter mit einem hohen Q-Wert als Bandpassfilter verwendet und das Signal durch das Filter geleitet, kann ein Filter mit einem hohen Q-Wert konstruiert werden. Das Ausgangssignal ist bei anderen Frequenzen als der Mittenfrequenz nahezu Null, so dass es möglich ist, eine Schaltung zu bauen, die selektiv bestimmte Frequenzen erhält.