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  • 滤波器有四个基本原型,低通、带通、带阻、高通。实现滤波器就是实现相应的谐振系统。纪总参数就是电感、电容,分布参数就是各种射频/微波传输线形成的谐振器。理论上,滤波器是无耗元件。滤波器的指标工作频率。...

    滤波器的基础是谐振电路,只要能构成谐振的电路组合就可以实现滤波器。滤波器有四个基本原型,低通、带通、带阻、高通。实现滤波器就是实现相应的谐振系统。纪总参数就是电感、电容,分布参数就是各种射频/微波传输线形成的谐振器。理论上,滤波器是无耗元件。

    滤波器的指标

    工作频率。滤波器的通带频率范围,有两种定义形式。3dB带宽:由通带最小插入损耗点向下移3dB时所测的通带宽度,由于没有考虑插入损耗,易引起误解,工程中较少使用。插损带宽:满足插入损耗时所测的带宽,定义比较严谨,工程中常用。
    插入损耗。由于滤波器的介入,在系统内引入的损耗。滤波器通带内的最大损耗包构成滤波器的所有元件的电阻损耗和滤波器的回波损耗。插入损耗限定了工作频率,也限定了使用场合的两端阻抗。
    带内纹波。插入损耗的波动范围。带内纹波越小越好,否则会增加通过滤波器的不同信号频率的功率起伏。
    带外抑制。规定滤波器在什么频率上会阻断信号,是滤波器特性的矩形度的一种描述方式。也可以用带外滚降来描述,就是规定滤波器通带外每多少频率下降多少分贝。滤波器的寄生通带损耗越大越好,也就是谐振电路的二次、三次等高次谐振峰越低越好。
    承受功率。在大功率发射机末端使用的滤波器要按大功率设计,元件体积要大,否则,会击穿打火,发射功率急剧下降。

    滤波器的原理

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    通常采用工作衰减来描述滤波器的衰减特性,即

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    其仅表示某个频率的衰减。为了描述衰减特性与频率的相关性,通常使用数学多项式来逼近滤波器特性。最平坦型用巴特沃斯,等纹波型用切比雪夫,陡峭型用椭圆函数型,等延时用高斯多项式。

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    巴特沃斯、切比雪夫、高斯多项式的电路结构:

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    椭圆函数低通原型电路结构:

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    巴特沃斯低通原型设计方法

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    切比雪夫低通原型设计方法

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    椭圆函数、高斯多项式低通原型设计方法:参考相应表格。

    滤波器的四种频率转换:

    定义阻抗因子为:

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    低通转换:

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    高通转换:

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    带通转换:

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    带阻转换:

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    实例1:

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    实例2:

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    实例3:微带线阶梯阻抗低通滤波器的设计

    阶梯阻抗低通滤波器也称为高低阻抗低通滤波器,是一种简洁的电路,由很高和很低特性阻抗的传输线交替排列而成,结构紧凑,便于设计和实现。

    设计指标:1、通带频率范围为为、0GHz~3GHz。2、通带内衰减小于1dB。3、在6GHz时衰减大于30dB。4、系统特性阻抗为50欧姆。5、选微带线特性阻抗的最大值为120欧姆,最小值为15欧姆。6、微带线基板的厚度为1mm,基板的相对介电常数选为2.7。

    通过公式计算在通过LineCalc窗口计算得到微带线的宽度和长度。

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    从结果看来设计并不符合指标要求,3GHz时的衰减大于了1dB,因此进行优化。

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  • 但是关于滤波器是什么,估计非专业人士肯定是一头雾水,今天小编就整理了一些滤波器的知识,供大家参考:一、概述1、定义凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为...

    滤波器是一种选频装置,可以使对讲机信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其它频率成分。但是关于滤波器是什么,估计非专业人士肯定是一头雾水,今天小编就整理了一些滤波器的知识,供大家参考:

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    一、概述

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    1、定义

    凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器,相当于频率“筛子”。

    2、分类

    幅频特性如下:

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    频率通带:能通过滤波器的频率范围。

    频率阻带:被滤波器抑制或极大地衰减的信号频率范围。

    截止频率:通带与阻带的交界点。

    2)按物理原理分:机械式、电路式;

    按处理信号分:模拟、数字

    3、滤波器的作用

    1)将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;

    2)滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;

    3)从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

    二、理想滤波器与实际滤波器

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    1、理想滤波器的频率特性

    理想滤波器:使通带内信号的幅值和相位都不失真,阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器,其通带和阻带之间有明显的分界线。

    如理想低通滤波器的频率响应函数为

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    理想滤波器实际上并不存在。

    2、实际滤波器

    实际滤波器的幅频特性如下图所示

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    实际滤波器的特性需要以下参数描述:

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    ①信频程选择性:与上、下截止频率处相比,频率变化一倍频程时幅频特性的衰减量,即

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    信频程选择性总是小于等于零,显然,计算信量的衰减量越大,选择性越好。

    ②滤波器因素:-60dB处的带宽与-3dB处的带宽之比值,即

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    ③分辨力:即分离信号中相邻频率成分的能力,用品质因素Q描述。

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    3、实际带通滤波器的形式

    ①恒定带宽带通滤波器:B=常量,与中心频率f0无关。

    ②恒定百分比带通滤波器:

    在高频区恒定百分比带通滤波器的分辨率比恒定带宽带通滤波器差。

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    三、RC无源模拟式滤波器

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    1、一阶RC低通滤波器

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    2、一阶高通滤波器

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    3、带通滤波器

    将RC低通和高通滤波器串联起来,就可以组成RC带通滤波器。

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    四、数字滤波器简介

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    数学滤波:通过一定的计算方法和计算程序对离散信号进行加工,将其改造成新要求的。离散信号,有低通、高通、带通、带阻之分。数字滤波是对模拟滤波的一种模拟。如模拟RC低通滤波器,输出与输入的关系式为:

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    咋样,看完本文是不是有种醍醐灌顶的感觉,赶快分享出去吧!

    ‧  END  

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  • 1.先来看看fir滤波器是个啥玩意? 在信号处理领域中,对于信号处理的实时性、快速性的要求越来越高。而在许多信息处理过程中,如对信号的过滤、检测、预测等,都要广泛地用到滤波器。 其中数字滤波器具有稳定性高、...

    Matlab 是一个强大的工具,可以用来做各种各样的仿真设计、数字信号处理和科学计算。
    由于工作的需要,需要进行数字信号处理,首先就得做仿真,然后将仿真得到的结果再c++上面去实现。
    1.先来看看fir滤波器是个啥玩意?
    在信号处理领域中,对于信号处理的实时性、快速性的要求越来越高。而在许多信息处理过程中,如对信号的过滤、检测、预测等,都要广泛地用到滤波器。在这里插入图片描述
    其中数字滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等许多突出的优点,避免了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题,因而随着数字技术的发展,用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。其中有限冲激响应(FIR)滤波器能在设计任意幅频特性的同时保证严格的线性相位特性,在语音、数据传输中应用非常广泛。
    滤波器分两大类,一种是模拟(ANALOG)滤波器,另外一种是数字(DIGITAL)滤波器。模拟(ANALOG)滤波器是由模拟电路构成,而数字(DIGITAL)滤波器是由数字处理集成电路模块(DSP)和相应的软件构成。
    数字(DIGITAL)滤波器是可编程的,所以相对于模拟(ANALOG)滤波器有很多优点。其中最大的优点是通过改变程序或改变程序变量就可设计出不同特点的滤波器,而且数字滤波器可以精确的处理低频率信号。
    前面我们提到,什么是滤波器?滤波器就是把噪音去掉,把感兴趣的信号,或者说我们感兴趣的频率信号,从大量信号中提取出来。这如果要用数学语言来表达,那么就是用一个期望的频率特征函数H(f)去乘以输入信号频率X(f)。我们知道,输入信号是有时间性的,它是随着时间的改变而改变。就是说信号是发生在时间空间(时空,TIME DOMAIN)里的,那么,“期望的频率特征函数H(f)去乘以输入信号频率X(f)”这个数学表达在时间空间里是怎样的一个表达式呢?根据傅立叶变换定律,“期望的频率特征函数H(f)去乘以输入信号频率X(f)”在时间空间里就是“这个期望的频率特征函数H(f)在时间空间里的表达式h(t)去和输入信号x(t)做一个卷积”。
    在这里插入图片描述
    具体什么是卷积?用一句经典的话概括:卷积就是各个时刻的输入信号各自乘以相对应的衰减或增幅,然后叠加在一起作为输出信号输出,这里的衰减或增幅就对应与系统的单位冲激响应。——加权叠加。
    在这里插入图片描述
    物理意义:

    卷积的重要的物理意义是:一个函数(如:单位响应)在另一个函数(如:输入信号)上的加权叠加。

    详细的卷积原理可参考知乎网上的介绍,里面举了非常详细的例子介绍。

    卷积讲解可参考:http://blog.csdn.net/bitcarmanlee/article/details/54729807

    卷积的应用
    用一个模板和一幅图像进行卷积,对于图像上的一个点,让模板的原点和该点重合,然后模板上的点和图像上对应的点相乘,然后各点的积相加,就得到了该点的卷积值。对图像上的每个点都这样处理。由于大多数模板都是对称的,所以模板不旋转。卷积是一种积分运算,用来求两个曲线重叠区域面积。可以看作加权求和,可以用来消除噪声、特征增强。

    FIR滤波器是非递归型滤波器的简称,又叫有限长单位冲激响应滤波器。带有常系数的FIR滤波器是一种LTI(线性时不变)数字滤波器。冲激响应是有限的意味着在滤波器中没有发反馈。长度为N的FIR输出对应于输入时间序列x(n)饿关系由一种有限卷积和的形式给出,具体形式如下:

    在这里插入图片描述

    直接形式FIR滤波器图解:

    在这里插入图片描述

    输入信号是有时间性的,随着时间的改变而改变,FIR滤波器最终的输出是各个时刻的输入乘以相应的权重(系数),然后进行叠加,输出。

    FIR原理
    在这里插入图片描述fir原理

    FIR数字滤波器“移动平均数”为例子:
    “移动平均数”就是按我们事先设定的信号个数将输入信号加以平均。譬如,如果我们按每4个信号就做一次平均,那么这个4点的“移动平均数”滤波器就如下图所示:
    在这里插入图片描述
    ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200409170522920.png?x-oss-process=im

    下图是经过11点和51点“移动平均数”滤波器过滤的信号图:

    在这里插入图片描述

    “移动平均数”滤波器的频率响应如下图所示:
    在这里插入图片描述

    如上图所示,随着点数的增加,滚降(ROLLOFF)变陡了,但对旁瓣(sidelobe,衰减部分)的高低影响不大。但是如果我们考虑对滤波器的每个系数采用不同的权重(加权),而不是像“移动平均数”滤波器那样,用相同的权重(1/4,对4点“移动平均数”滤波器来说),那么可以期待旁瓣的大小会大大的降低。

    对系数采用不同权重的滤波器,我们可以用下面的数学公式来表达:

    在这里插入图片描述

    这就是FIR数字滤波器的一般表达式。

    下面我们以设计一个低通滤波器(LPF)为例,来说明FIR数字滤波器窗函数法的设计要点。

    假设采样频率为Fs,滤波器的截止(CUT-OFF)频率为Fco,滤波器的长度为Nfir,那么用图形表示出来就如下图所示:

    在这里插入图片描述

    假设Nfir=128,Nco=13 注:Fco=Fs*(Nco/Nfir),h(t)的计算为:

    在这里插入图片描述

    那么这个低通滤波器的有限冲激响应就如下图所示:

    在这里插入图片描述

    这样我们就设计出了一个FIR低通滤波器。为了检测这个滤波器的性能,我们用信号发生器产生包含从直流到频率为采样频率的一组信号,如下图所示:
    在这里插入图片描述

    我们把这组信号与前面设计的FIR低通滤波器做卷积运算,并将结果(输出)进行快速傅立叶变换(FFT),得到的频率响应如下图所示:

    在这里插入图片描述

    除了以上方法获得加权系数(抽头系数)外,还可以通过MATLAB获取。

    总之,FIR滤波器的目的是滤除不需要的成分,留下需要的成分,如何留下就是通过加权叠加的方式实现。

    滤波器除了低通外,还有高通,带通及带阻。

    参考文献:http://blog.sina.com.cn/s/blog_74504f8f0100p5ub.html

    FIR滤波器设计方法:

    直接窗函数设计方法

    等波纹设计方法

    2.matlab设计64阶FIR带通滤波器
    使用matlab自带的滤波器设计工具fdatool,specify order设置比滤波器阶数少一,选择带通滤波器,FIR矩形窗函数。点击designer,即可生成对应的滤波器,选择对应的可以看到相频图,零极点图。
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    在这里插入图片描述
    滤波器生成完成后,根据这个滤波器生成相应的系数转化成c语言的头文件,在c平台上即可进行相应的滤波器实现。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    c语言代码实现。显示结果,可以明显看到滤波器实现成功,有效的降低了其他带宽,只允许56.8MHZ-96.8MHZ频率通过。
    在这里插入图片描述

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  • 本文主要讲无限增益多路反馈有源带通滤波器的实现,工程实作,非理论知识,关于其他方法简略提,不做细究

    昨天调了3次谐波,因为只用一个运放,因此耗了不少功夫搜资料,特记此文,欢迎交流,互相学习!
    调了半天发现波形总是让人十分难受,没有半点模样,后来发现竟然是因为记错了运放的输出脚和正反相脚,改正过来不到半天即调好了3、5、7次谐波
    如非必要,请勿转载

    输入源

    方波=基波+奇次谐波,因此三次谐波从方波中滤掉基波和高次谐波即可

    原理

    Created with Raphaël 2.2.0 方波 调整带通滤波器 三次谐波(正弦)? 结束 yes no

    带通滤波器可以由高通滤波器低通滤波器合成,按照数学的思想,两者相交就是带通;即
    带 通 = 低 通 ∩ 高 通 带通 = 低通∩高通 =
    带通滤波器

    方法

    有源滤波器有两种方法:无限增益多路反馈带通滤波器和压控电源带通滤波器

    电路图

    • 无限增益多路反馈带通滤波器【二阶有源】
      无限增益多路反馈带通滤波器
    • 压控电源带通滤波器【二阶有源】
      压控电源带通滤波器

      电容电阻选值方法

      查表归一法

    使用这种方法,必须满足滤波器条件。
    首先给定要求的截止频率fc,增益Kp
    然后按下述步骤设计:

    • 先选择电容C1的标称值,电容C的初始值靠经验决定,通常以下面的数据作参考:
    FcC(电容选值)
    f c ≤ 100HzC = (10-0.1) μF
    f c = (100-1000)HzC = (0.1-0.01) μF
    f c = (1-10k)HzC = (0.01-0.001) μF
    f c = (10-1000k)HzC = (1000-100)pF
    f c ≥ 100kHzC = (100-10)pF
    • 所选择的电容C1的实际值,再按照下式计算电阻换标系数K
        K = 100 / ( f c ∗ C 1 )   . \ K= 100 /(fc *C1)\,.  K=100/(fcC1).
        其中fc的单位为Hz;C1的单位为μF。
    • 表中查出C相应的值和对应K = 1的电阻值
      在这里插入图片描述
    • 由于表中为参数K = 1时的电阻值,因此将R1~R3对应的电阻值*K就是需要的电阻值

      参考公式法

      参考一篇论文,引用一下,作者不要太感谢我
      参考:熊俊俏[1], 戴璐平[1], 刘海英[1]. 无限增益多路反馈带通滤波器的研究[J]. 电气电子教学学报, 2013, 35(3):84-86.

      工程

      效果

      输入方波10kHz,幅值10V, 使用无限增益多路反馈有源带通滤得,运放芯片是LM324,由于还有其他要求因此只能用一个运放,得到3次谐波频率29.8kHz,幅值2.56V3
      又顺手调了五次、七次谐波
      57
      由于吉布斯效应上图其实是有多个波形重叠的,以七次谐波为例7
      没办法,1个运放太限制了,其他的波不可能滤的干净,也没有那么多时间去磨,只能是尽可能滤干净

      过程

    • 电路不必细说,一向知道仿真不靠谱,所以根本没有考虑过仿真,再说了,仿真出的电路图那么难看,哪有直接画的直接【因为懒】
    • 做电路前先考虑一下元器件的取值,因为我手里的我输入的方波为10kHz,那么它的3次谐波为30kHz,即使7次谐波也不过70kHz,选择101~102系列的合适
    • 我手里的101~ 102系列的只有331和102,若选择331,那么R1~R3势必有点大,所以我选择了两个102电容,而且102电容也方便算啊……
    • 关于选电阻,查表和上面那篇文献我都参考了,对于我想要的波形来说,大致R3>>R1>>R2【这里的>>仅限于10倍左右】
    • 文献里内容大概是R3对频率幅值啥啥的都影响,而R1和R2的并联影响频率,再就是R2基本不影响增益,因此我选择了R3为504的滑阻,R1为104滑阻,R2为503滑阻,都是滑阻方便我调其他频率的波【不是因为懒】
    • 注意:如果调不出来或者出很多乱七八糟的波形八成是电路连错了,要么是运放出入端口搞错了【博主坑在这里接近一天】,一定要仔细检查
    展开全文
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  • [知识交流]当信号和干扰信号同时存在时,不会发生...有用信号和干扰信号的频率不同,如果干扰信号的频率高,则用一个低通滤波器滤掉干扰信号,如果信号频率高,则用一个高通滤波器滤掉干扰信号。 MATLAB: y(m)=-...
  • 内容简介:课程设计 基于MATLAB的IIR数字带通滤波器设计 共12页,4424字一、数字滤波器数字滤波器是对数字信号实现滤波的线性时不变系统。数字滤波实质上是一种运算过程,实现对信号的运算处理。输入数字信号(数字...
  • 业 班 级 : 电信学 生 姓 名 :学 号 :指 导 教 师 : 乔丽红课程设计时间: 6.16-6.20电子信息工程 专业课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目用巴特莱特窗函数法设计数字FIR带通滤波器课题性质其他课题来源自...
  • FIR滤波器原理

    2021-03-21 14:42:58
    FIR滤波器原理 ******什么是滤波器?****** 通俗理解滤波器就是对信号进行筛选的工具,去除多余频率的信号,留下所需频率信号。 ******FIR数字滤波器滤波的基本原理****** 考虑该问题时应该由频域至时域考虑,首先...
  • 滤波器原理

    万次阅读 2018-07-12 16:24:20
    滤波器原理滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中,利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。广义地讲,任何一种信息传输的通道(媒质...
  • 一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。 4、带阻滤波器:是指能通过大多数频率分量、但将某些范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,...
  • 1、低通:(Low-pass filter)是容许低于截止频率的信号通过,但高于截止频率的信号不能通过的电子...3、带通:是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的...
  • 1、理想白噪声和带限白噪声的产生与分析摘要 利用Matlab仿真分析产生的高斯白噪声和均匀白噪声通过低通滤波器和带通滤波器后的时域及频域波形,以便更好地理解白噪声。背景 在实际应用中,通信设备的各种电子器件、...
  • 数学原理上来说,通用型有源滤波器可以用如下的系统框图来表示。 图1典型的二阶系统的信号流图 上面是一个典型的二阶系统的信号流图,利用Mason公式可以很容易的得到系统各个通路的传递函数: 上面三个...
  • 基于matlab对图像进行高通低通带通滤波数字图像处理三级项目 —高通、低通、带通滤波器 摘要在图像处理的过程中,消除图像的噪声干扰是一个非常重要的问题。利用matlab软件,采用频域滤波的方式,对图像进行低通和高通...
  • [Matlab]切比雪夫Ⅰ型滤波器设计:低通、高通、带通和带阻-------(2) ​ 切比雪夫滤波器,又名“车比雪夫滤波器”,是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。切比雪夫滤波器来自切比雪夫分布,以...
  • LC滤波器简单设计法 - 一文读懂LC滤波器简单设计方法及原理介绍,LC值计算方法 LC滤波器概述  LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器,顾名思义,就是该装置不需要额外...
  • FIR滤波器,低通、高通、带通、带阻VC实现

    万次阅读 多人点赞 2014-12-15 20:28:37
    通常来说,一种理想滤波器的频率响应是很容易理解的,如图所示。   图1 滤波器频响 以低通为例,滤波器频率响应函数为 。 所谓滤波器处理的过程,简单来说,可以用公式 来表示,由卷积的性质可以知道,该公式的另...
  • 频率域滤波基本概念傅里叶变换二维离散的傅里叶变换快速傅里叶变换傅里叶幅度谱与相位谱谱残差显著性检测卷积与傅里叶变换的频率域滤波低通滤波和高通滤波带通和带阻滤波同态滤波 基本概念 频率域滤波 —— 百度百科...
  • LC滤波器概述  LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器,顾名思义,就是该装置不需要额外提供电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,与谐波源...
  • FIR滤波器

    千次阅读 2020-11-09 15:53:17
    一、理想低通滤波器单位脉冲响应是什么样 在如何快速设计一个FIR滤波器(一)中,我们介绍了一种简单设计FIR的方法——零极点法。这个方法非常简单,稍加培训,用笔和纸就能完成;当然缺点也很显而易见:零极点...
  • DFT的窄带滤波器组理解

    千次阅读 2014-03-07 11:26:03
    DFT的窄带滤波器组理解   在很多的应用场合,比如在雷达的多目标速度测量中,常用DFT来实现等效的窄带... 首先从简单的数学推导上来看DFT与窄带滤波器组之间的关系。DFT的定义表达式为:     利用旋

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带通滤波器数学原理