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濾波器淺談

發表時間:2016/9/2  來源:新體製合成孔徑雷達對抗技術  瀏覽次數:11170  
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濾波器是一種選頻裝置,可以使信號中特定的頻率成分通過,而極大地衰減其它頻率成分。 

根據濾波器的選頻作用分類 

⑴ 低通濾波器 

0~f2頻率之間,幅頻特性平直,它可以使信號中低於f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過,而高於f2的頻率成分受到極大地衰減。 

⑵ 高通濾波器 

與低通濾波相反,從頻率f1~∞,其幅頻特性平直。它使信號中高於f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過,而低於f1的頻率成分將受到極大地衰減。 

⑶ 帶通濾波器 

它的通頻帶在f1~f2之間。它使信號中高於f1而低於f2的頻率成分可以不受衰減地通過,而其它成分受到衰減。 

⑷ 帶阻濾波器 

與帶通濾波相反,阻帶在頻率f1~f2之間。它使信號中高於f1而低於f2的頻率成分受到衰減,其餘頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。 

低通濾波器和高通濾波器是濾波器的兩種最基本的形式,其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器,例如:低通濾波器與高通濾波器的串聯為帶通濾波器,低通濾波器與高通濾波器的並聯為帶阻濾波器。 

根據“最佳逼近特性”標準分類 

1)巴特沃斯濾波器 

從幅頻特性提出要求,而不考慮相頻特性。巴特沃斯濾波器具有最大平坦幅度特性,以巴特沃思函數作為濾波器的傳遞函數H(s),以最高階泰勒級數的形式逼近濾波器的理想矩形特性。 

2)切比雪夫濾波器 

切貝雪夫濾波器也是從幅頻特性方麵提出逼近要求的。與巴特沃斯逼近特性相比較,這種特性雖然在通帶內有起伏,但對同樣的n值在進入阻帶以後衰減更陡峭,更接近理想情況。ε值越小,通帶起伏越小,截止頻率點衰減的分貝值也越小,但進入阻帶後衰減特性變化緩慢。比較 

切貝雪夫濾波器的通帶有波紋,過渡帶輕陡直,因此,在不允許通帶內有紋波的情況下,巴特沃斯型更可取;從相頻響應來看,巴特沃斯型要優於切貝雪夫型,前者的相頻響應更接近於直線。 

3)貝塞爾濾波器 

隻滿足相頻特性而不關心幅頻特性。貝塞爾濾波器又稱最平時延或恒時延濾波器。其相移和頻率成正比,即為一線性關係。但是由於它的幅頻特性欠佳,而往往限製了它的應用。 

實際濾波器的基本參數 

理想濾波器是不存在的,在實際濾波器的幅頻特性圖中,通帶和阻帶之間應沒有嚴格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內的頻率成分不會被完全抑製,隻會受到不同程度的衰減。 

當然,希望過渡帶越窄越好,也就是希望對通帶外的頻率成分衰減得越快、越多越好。因此,在設計實際濾波器時,總是通過各種方法使其盡量逼近理想濾波器。 

理想濾波器的特性隻需用截止頻率描述,而實際濾波器的特性曲線無明顯的轉折點,兩截止頻率之間的幅頻特性也非常數,故需用更多參數來描述。 

⑴ 紋波幅度 

在一定頻率範圍內,實際濾波器的幅頻特性可能呈波紋變化,其波動幅度d與幅頻特性的平均值A0相比,越小越好,一般應遠小於-3dB。 

⑵ 截止頻率 

幅頻特性值等於0.707A0所對應的頻率稱為濾波器的截止頻率。以A0為參考值,0.707A0對應於-3dB點,即相對於A0衰減3dB。若以信號的幅值平方表示信號功率,則所對應的點正好是半功率點。 

⑶ 帶寬B和品質因數Q值 

上下兩截止頻率之間的頻率範圍稱為濾波器帶寬,或-3dB帶寬,單位為Hz。帶寬決定著濾波器分離信號中相鄰頻率成分的能力——頻率分辨力。在電工學中,通常用Q代表諧振回路的品質因數。 

⑷ 倍頻程選擇性 

在兩截止頻率外側,實際濾波器有一個過渡帶,這個過渡帶的幅頻曲線傾斜程度表明了幅頻特性衰減的快慢,它決定著濾波器對帶寬外頻率成分衰阻的能力。通常用倍頻程選擇性來表征。 

所謂倍頻程選擇性,是指在上截止頻率fc2與 2fc2之間,或者在下截止頻率fc1與fc1/2之間幅頻特性的衰減值,即頻率變化一個倍頻程時的衰減量。倍頻程衰減量以dB/oct表示(octave,倍頻程)。 

顯然,衰減越快(即W值越大),濾波器的選擇性越好。對於遠離截止頻率的衰減率也可用10倍頻程衰減數表示之。即[dB/10oct]。 

⑸ 濾波器因數(或矩形係數) 

濾波器因數是濾波器選擇性的另一種表示方式 ,它是利用濾波器幅頻特性的 -60dB帶寬與-3dB帶寬的比值來衡量濾波器選擇性。 

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