ในวงจรของเครื่องวิทยุสื่อสารทั้งภาคส่งและรับต่างก็ถูกแบ่งแยกออกเป็นวงจรย่อยอีกหลายวงจร วงจรในส่วนของภาคส่งนั้นมีหน้าที่ผสมคลื่น (modulate) อย่างถูกต้องด้วยความถี่ที่แม่นยำ (oscillator) จากนั้นก็ขยายกำลัง (power amplify) เพื่อส่งไปออกอากาศที่สายอากาศ (ดูภาพที่ 1) 
ภาพที่ 1 วงจรภาคส่งของวิทยุสื่อสาร
ภาครับของวิทยุสื่อสารก็มีหน้าที่ขยายสัญญาณต่างๆ ที่รับได้จากสายอากาศ (amplify) โดยทำการกรอง (filter) เพื่อรับเฉพาะความถี่ที่ต้องการ จากนั้นก็ถอดรหัส (demodulate) ออกมาเป็นข้อมูลข่าวสาร (information, voice) ที่ผู้ส่งส่งมาก่อนจะนำไปใช้งานซึ่งอาจจะหมายถึงการขยายเสียงก่อนที่จะปล่อยออกลำโพงเป็นต้น (ดูภาพที่ 2 ซึ่งเป็นวงจรภาครับของวิทยุสื่อสารแบบง่ายๆ)
ภาพที่ 2 วงจรภาครับของวิทยุสื่อสาร
ภาครับที่ดีจะต้องมีความไวในการรับสัญญาณ (sensitivity) อ่อนๆ ได้ดี นอกจากนั้นยังต้องมีความสามารถครองคัดแยกความถี่เฉพาะที่ต้องการ (selectivity) เท่านั้นมาใช้งาน วงจรส่วนที่สำคัญหนึ่งในภาครับก็คือวงจรกรองสัญญาณ (filter) เพื่อคัดแยกเอาความถี่ข้างเคียงที่ไม่ต้องการออกไป
ในการออกแบบภาครับของเครื่องรับวิทยุ ถ้าเราต้องออกแบบวงจรกรองความถี่ที่มีความถี่กลาง (center frequency) เปลี่ยนแปลงไปตามความถี่ที่เราต้องการรับ/ฟังจะเป็นการยุ่งยากมาก ประกอบกับเรามีเทคนิควงจรแบบซุปเปอร์เฮทเทอโรไดน์ (superheterodyne) ที่เราสร้างความถี่ (ด้วย local oscillator) ที่มีค่าต่างจากความถี่ที่ต้องการรับคงที่หนึ่ง ไปผสม (mix) กับความถี่ที่เราสนใจจะรับฟังนั้น จะได้ความถี่ที่เรียกว่า ความถี่กลาง (IF - Intermediate Frequency) ที่มีค่าคงที่เสมอ (ดูภาพที่ 3)
ภาพที่ 3 วงจรภาครับของวิทยุสื่อสาร
แบบ Superheterodyne
การทำเช่นนี้จะทำให้เราสามารถออกแบบวงจรกรองความถี่ได้ง่ายเพราะมีความถี่กลางคงที่ไม่ขยับไปไหน นอกจากนั้นก็ยังออกแบบวงจรขยายความถี่กลาง (IF amplifier) ได้ง่ายเพราะทำงานที่ความถี่เดียวไม่ต้องเปลี่ยนไปมาตามความถี่ที่เราต้องการ รับ/ฟัง สุดท้ายก็จะได้เครื่องรับที่มีคุณภาพสูงในราคาที่สมเหตุสมผลและสร้างได้โดยง่าย ไม่ยุ่งยากในการปรับแต่ง
การกรองความถี่
อย่างที่กล่าวไว้ว่าส่วนสำคัญหนึ่งของวงจรในภาครับคือความสามารถในการกรองความถี่ซึ่งมักจะแทรกอยู่ในบริเวณวงจรขยายความถี่กลาง เราสามารถออกแบบวงจรกรองความถี่ได้หลายวิธีเช่นใช้วงจรแบบ LC ในรูปแบบต่างๆ แต่ก็มักกำจัดความถี่ข้างเคียงออกไปได้ไม่มาก/ไม่ดีพอ เราจึงมีการหาอุปกรณ์อื่นที่มีความสามารถในการกรองความถี่ได้ดีกว่า ดูภาพที่ 4
ภาพที่ 4 วงจรกรองความถี่ในภาค IF
คริสตัลฟิลเตอร์ (Crystal filter)
หนึ่งในอุปกรณ์ที่เรานำมาใช้กรองความถี่ก็คือคริสตัลฟิลเตอร์ ซึ่งทำจากผลึกควอทซ์ เมื่อได้รับพลังงานไฟฟ้าจะเกิดการสั่นและมีผลต่ออิมพิแดนซ์ (impedance ความต้านทานเชิงซ้อน) ในรูปแบบเเฉพาะ และมีวงจรสมมูล (equivalent circuit) ดังในภาพที่ 5
ภาพที่ 5 วงจรสมมูลของคริสตัลฟิลเตอร์
จากวงจรสมมูลจะเห็นว่า มีความเป็นไปได้ของการรีโซแนนซ์ (resonance - กำทอน) สองรูปแบบคือการรีโซแนนซ์ แบบขนานและอนุกรม ทำให้เกิดจุด peak (สูงและต่ำสุด) สองจุด จากการรีโซแนนซ์ (แบบอนุกรมและขนานตามลำดับ) ดูภาพที่ 6 จะเห็นว่าทั้งสองจุดของการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ของคริสตัลมีการเปลี่ยนแปลงเร็วมากเมื่อเทียบกับความถี่ เรียกว่ามีค่า Q ที่สูง โดย Q = ความถี่กลาง / bandwidth ที่ -3dB ยิ่งมีค่า Q สูงขึ้นก็จะกรองได้เด็ดขาดขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งที่พึงประสงค์ในการนำมาทำวงจรกรองความถี่ ด้วยคุณสมบัตินี้ทำให้เราสามารถนำคริสตัลมาช่วยในการกรองความถี่ (ให้เฉพาะความถี่ที่ตัวมันมีอิมพิแดนซ์ต่ำผ่านไปได้)
ภาพที่ 6 อิมพิแดนซ์ของคริสตัล
ในการใช้งานจริงเราอาจจะนำเอาคริสตัลหลายตัวมาต่อกันแบบ ladder ทำให้ความสามารถในการกรองความถี่ “คม” ยิ่งขึ้น ดูภาพที่ 7
ภาพที่ 7 คริสตัลสามารถนำมาต่อร่วมกัน
แบบ ladder เพื่อให้เป็นฟิลเตอร์ที่ดีขึ้น
ภาพที่ 8 คริสตัลที่ถูกนำมาต่อร่วมกันแบบ ladder
แบบ ladder เพื่อให้เป็นฟิลเตอร์ที่ดีขึ้น
เซรามิคฟิลเตอร์
อย่างไรก็ตามคริสตัลฟิลเตอร์มีราคาแพง มีต้นทุนการผลิตสูง จึงมีการพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้ในการกรองความถี่เพิ่มขึ้นให้เราได้เลือกใช้นั่นคือเซรามิกฟิลเตอร์ เซรามิกฟิลเตอร์มีลักษณะของอิมพีแดนซ์และวงจรสมมูลเหมือนกับคริสตัล แต่ราคาถูกกว่า และช่วงหลังๆ รอได้รับการพัฒนาจนมีคุณภาพสูงเช่นกันทั้งคริสตัลและเซรามิกฟิลเตอร์มีลักษณะเป็นอุปกรณ์ประเภท Piezoelectric (สั่นเมื่อถูกไบแอสด้วยไฟฟ้า) แต่เซรามิกฟิลเตอร์เป็นอุปกรณ์แบบ 3 ขา (in-เข้า, gnd-กราวด์, out-ออก) และเซรามิกรีโซเนเตอร์ (ceramic resonator) ที่ใช้ทำออสซิลเลเตอร์จะมี 2 ขาเหมือนคริสตัล
ภาพที่ 9 เซรามิกและเซรามิกฟิลเตอร์
เซรามิกฟิลเตอร์สามารถถูกสร้างและตัดแต่งจนมีคุณสมบัติทางความถี่ได้ตามต้องการ มีขนาดเล็กกว่า และราคาถูกกว่าคริสตัลฟิลเตอร์ ดังนั้นในเครื่องวิทยุราคาประหยัดอาจจะเลือกใช้เซรามิกฟิลเตอร์แทนคริสตัลฟิลเตอร์ก็ได้
สรุป
โดยสรุปก็คือ ฟิลเตอร์เป็นภาคหนึ่งของวงจรวิทยุ อาจจะถูกสร้างด้วยวงจรแบบ L-C (ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ) หรือใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติทางกล-ไฟฟ้าเช่น คริสตัล ที่มีคุณสมบัติดีกว่า (คัดกรองความถี่ได้เฉียบคมกว่า) วงจรแบบ LC ก็ได้ นอกจากนี้ในระยะหลัง (20-30 ปีหลัง) มีการพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ที่เรียกว่า เซรามิกฟิลเตอร์ ซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงคริสตัลและราคาถูกกว่าเป็นทางเลือกเพิ่มเติมให้กับผู้ออกแบบวิทยุสื่อสารด้วย
QRU 73 de HS0DJU (จิตรยุทธ จุณณะภาต)
