国外机械滤波器的简介向天明一九四七年阿德来在美国“电子学”杂志上发表了矩形片状机械滤波器以来，由于它具有一般滤波器不及的优点，因此得到各国有关人员重视。

49～52年四年发展很快，53年在美国就有商品问世。

美国、日本、西德、苏联等国都先后公布了自己的机械滤波器有关资料和样品。

用得最多的是在100～600KHz频段的中频带通滤波器，因为56年起晶体及频率综合技术的发展，解决了单边带通信的根本问题，使单边带通信技术迅速发展。

这样，对中频带通滤波器提出了高的要求。

人们认为，在这个频段里机械滤波器有着比晶体滤波器的优越性，甚至有人说机械滤波器在接收机中“出尽了风头”。

与此同时其他无线电、有线电通讯设备、测量仪器、遥控遥测中都广泛地使用，对减小这些设备的体积、提高性能起到了相当重要的作用。

一、几个国家的机械滤波器的特点1.美国有代表性的，一家是无线电公司主要生产圆棒纵振和圆棒扭振机械滤波器，换能器采用磁致伸缩金属丝或磁致伸缩铁氧体。

另一家是柯林公司他生产圆盘弯曲振动机械滤波器、换能器采用磁致伸缩镍金属丝。

这两家公司制作的机械滤波器加工都比较精细，性能比较高，使用温度范围比较宽。

一般地说，滤波器使用温度范围在－40℃～＋85℃频率温度系数为2×10－6/℃。

换能器频率温度系数在2×10－5/℃左右。

他们都不太轻易使用压电换能器，近来也在一些产品中采用压电换能器，但是相当谨慎的。

2.西德以德律风振为例主要生产扭振棒状机械滤波器，换能器常用铁氧体换能或压电换能，其他形式换能也有。

3.日本除中频滤波器外，低频机械滤波器形式很多，而且随时发表新结构，应用范围也很广。

但无论那种形式的机械滤波器几乎都采用压电换能。

总的来看，零件制作都较粗糙，使用温度范围都较窄，频率温度系数较大。

一般使用温度在－10℃～＋60℃或更窄些，频率温度系数5×10－6/℃左右，甚至更差些。

换能器用的压电陶瓷的频率温度系数为50×10－5/℃。

二、在多路载波机中使用的话路机械滤波器由于载波通信技术的发展，近年来不少国家对载波调制方式进行了改变，随之而改变的是话路滤波器。

这里只介绍一下比较成熟的几种话路机械滤波器。

1.一次调制方案用的话路机械滤波器这种方案是在60～108KHz频段内，每隔4KHz一种，共用十二种机械滤波器来完成一次调制。

美国是用如图1所示的磁致伸缩换能的圆盘弯曲振动机械滤波器来完成；日本是用如图2所示的压电换能的纵振折迭式机械滤波器来完成；苏联是用如图3所示的磁致伸缩铁氧体换能的扭振棒状哑铃型机械滤波器来完成。

上述各国中同时示出了它们的特性，从有关资料可知，它们都能满足各自的载波通路特性要求。

就制作工艺来看，日本纵振折迭式机械滤波器，结构简单，对零件加工精度要求不高，制造容易，适宜大批生产，但体积和重量较美国和苏联的两种大。

美国的圆盘机械滤波器结构较复杂，在60～108KHz频段内，圆盘振子值量较大，用细丝耦合机械强度较差。

苏联扭振棒状哑铃型机械滤波器之哑铃型振子形状较复杂，加工相当困难，如果说要适应话路滤波器成千上万甚至更大量的要求也许是很不适应的。

图1(a)图1(b)2.预调制方案的话路机械滤波器西德提出了一种以图4a所示的50KHz机械滤波器来完成的预先调制方案。

这个滤波器为圆棒弯曲振动纵耦合的机械滤波器。

图4b为多路载波机中使用的两个话路盘，上为65年使用LC滤波器完成的话路盘，下为70年开始使用该机械滤波器完成的话路盘。

其特性如图4c所示，它能满意地达到CCTTT1/20。

由于这种机械滤波器频率低，对于加工制作要求不高，再加之它用在话路的品种单一，这为话路滤波器大用量的自动化生产创造了条件。

就滤波器而言，这种型式是大有可取之处，至于在我国是否采用预先调制方案，希整机制式有关同志考虑。

上述这些话路机械滤波器样品及特性，仅为我们摘录的一部分，可以看出各国对机械滤波器使用在载波话路的研究是极为重视的，并研制生产了满足自己要求的话路机械滤波器。

但这些机械滤波器的群延失真都比较大，一般在0.5mS左右（600Hz～3000Hz），对于满足高速数传的要求，也许是值得进一步探讨得问题。

美国最近提出了以圆盘桥接型机械滤波器用内部延时均衡来减少群延时失真，其实验水平能把群延时失真降低到37μS，这样便能满意地解决高速数传对载波信道的要求。

图 3图4a 扭振50KHz时的机械通路滤波器之不同结构形式上衰减极的机械滤波器中无线圈滤波器下电气终端回路无衰减极的滤波器图4c 50KHz机械通路滤波器，通带范围工作衰图4b 通路搬移设备耗的温度特性主要参考资料（1）电子技术译丛，南京有限电厂72年第1期（2）一种单边带盘线型机械滤波器，IEEE Transactions ON COMPONENT PARTS 1964 No.4（3）新式单边带机械滤波器，上海408信箱，译自1970 Wescon Technical papaers.（4）电机械滤波器的通路设备，Siemens-Zeieschrift 1972.3.注：此论文发表在1972年3月通讯兵部在南京召开的机械滤波器座谈会，刊登在“机械滤波器座谈会交流资料汇编”。

关于话路机械滤波器的介绍向天明机械滤波器具有体积小、重量轻、耐振动冲击、高稳定性、陡峭的频率衰耗特性等优点。

用作载波话路60～108KHz频段的纵振折迭式机械滤波器除有上述优点外，与一般常用的12～24KHz频段的LC话路滤波器相比，它可以省去前群调制，一次调到基频谱，对载波机来说省掉了不少放大器、调制器、滤波器，同时提高了整机串杂音水平。

因此说，话路机械滤波器用在载波多路通信中具有极为重要的意义。

由于上述原因，我厂六六年开始试制了纵振折迭式机械滤波器（以下简称机械滤波器）。

在各兄弟单位的大力支持和协助下，不断摸索，由样品的制取，发展到目前批量生产，初步建立了一条生产线。

按照会议要求，现将我们在试制、生产中的一些情况作一介绍，由于我厂生产机械滤波器经验不足，有不当之处，请同志们批评指正。

有关机械滤波器的原理和设计已有其他单位介绍，这里不重复。

一、机械滤波器的主要技术要求1. 通带频率衰耗特性见表1：表 12．阻带防卫度见表2：表 23.阻抗75Ω。

4.应经受下列环境试验满足上述技术要求：1）使用温度范围：+5°～+45℃2）高温高湿试验：温度+32℃，相对湿度98％（48小时）3）振动试验：频率30Hz，振幅0.8mm，三方向，每方向40分钟4）冲击试验：冲击加速度7g，速率60次/分，三方向，每方向各5分钟。

机械滤波器的温度特性见图1。

图1 机械滤波器的温度特性二、在试制和生产中遇到的几个问题1. 机械滤波器的长期稳定性：据我们所知，电气元件的长期稳定性，还没有一个什么仪表或设备能直接测试。

国外在机械滤波器资料中曾介绍他们的产品一年、十年变化的情况，但并未给出试验依据及有关说明，估计是从短期变化中推出长期变化的曲线。

即是这样，它对测试设备要求也相当高。

话路滤波器要求比较高，特别是过渡带只有300Hz。

载频点防卫度达3N以上，通带波动在0.05N。

目前我们使用的测试设备精度较差，频率精度为±2Hz。

电平表最小指示刻度为0.05N，这给稳定性试验带来相当大的困难。

对于稳定性的试验主要寄托于放置一定时间，对滤波器性能进行观察。

在过去的生产过程中这个问题比较突出的。

如两次整机线路试验中发现有滤波器特性变坏；在生产机盘和整机时有部分滤波器特性变坏而返修（1～2％）；在生产滤波器过程中，初调好特性经装配，烘40℃24小时，或复测盖盒等工序往往有10～30％特性变坏。

我们也曾利用返修机会检查过几批产品。

如七0年一月××产品用机械滤波器至七一年有23％不合格，七一年二月生产的到四月复测有5％不合格；七0年六月生产到七一年三月复测有28～82％不合格（各品种不合格率由差异）。

上述这些不合格的滤波器主要表现在通带波动变化大，特别是600～2400Hz超过0.05N要求。

对这些性能不稳定的滤波器我们进行了分析。

其中主要原因是由于工艺操作不当（如虚焊、漏焊、振子碰壳等）和机械滤波器本身的老化所致。

就进机械滤波器本身来说，换能器、电感、电容的老化是极为重要的因素。

现将我们对老化问题的考虑介绍如下：1）换能器的老化从机械滤波器原理可知，换能器的两电气端与三元件匹配半节的II端匹配地联接，如果说换能器的参数发生变化（如换能器谐振频率?。

，机电耦合系数Kp，静电容C。

），则匹配受到破坏，这将直接使滤波器通带波动变坏。

就换能器的谐振频率?。

而言，变化约80Hz，将使通带波动变化0.01N。

换能器是由两个镍铬鈦合金棒（Ni42CrTi）和夹在中间的压电陶瓷用高频焊接而成，它的稳定性主要取决于性能不够稳定的压电陶瓷。

压电陶瓷的时间老化性能差，同时受热冲击后性能变化大，造成短期不稳定。

为此采用了如下措施。

a) 在制作过程中（瓷片、沾锡、换能器高频焊接、频率调试），尽量减少热冲击机会；换能器焊在机械系统上时，如温度过高马上侵入冷水中。

b) 采用人工老化工艺压电陶瓷单片经120℃48小时老化；作为换能器后先经80℃48小时老化，然后经-40℃（2小时）→常温（2小时以上）→80℃（6小时）→常温（2小时以上）三次循环老化；换能器调试频率完毕放置二星期以上方能使用。

c) 将原102℃焊锡改为138℃焊锡，配方于表3所示。

这样可以提高抗热冲击能力。

同时提高了换能器的工作温度。

表 32）电感老化：为了提高电感的老化性能，铁芯烧结后应放置半年以上方允许使用。

由于考虑到滤波器的非线性失真，将GU－14铁芯常用气隙0.17mm改为1.2mm，对电感老化性能也有所提高。

3）电容器的稳定性：聚苯乙烯电容的时间老化特性有待于进一步研究，从目前来看能保证3‰。

电容在低电平开路问题仍然存在。

从1200只机械滤波器返修中有5只电容开路。

均是铝箔点焊工艺问题所致，严重影响了机械滤波器电性能的可靠。

4）机械滤波器的老化：为了消除由于机械系统在机械加工时受到的应力及加热过程中受到的热应力对滤波器特性的影响，进一步提高换能器、电感、电容的老化性能，装配复测好的机械滤波器放置一个月后，测试合格方能交货。

通过上述老化措施，稳定性有较大的提高。

滤波器经10个月以上自然老化600～2400Hz内通带波动变化约为0.01～0.02N。

用以上老化工艺，共1200只返修的滤波器存放六个月后有26只不合格，其中5只通带频率特性超过0.05N，5只因电容在低电平开路使滤波器性能变劣，其余大都因为装配、焊接不当所造成。

2.阻抗：图2是60～64KHz机械滤波器的阻抗特性。

表4是它各点的阻抗值。