滤波器基本原理分类应用
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）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。
本文所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。带通滤波器
二、滤波器分类
⒈根据滤波器的选频作用分类
⑴低通滤波器
从0～f2频率之间，幅频特性平直，
它可以使信号中低于f2的频率成分几
乎不受衰减地通过，而高于f2的频率
成分受到极大地衰减。
⑵高通滤波器
与低通滤波相反，从频率f1～∞，
其幅频特性平直。它使信号中高于f1
的频率成分几乎不受衰减地通过，而低
于f1的频率成分将受到极大地衰减。
⑶带通滤波器
它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。
⑷带阻滤波器
与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。
低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器，例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。
低通滤波器与高通滤波器的串联
低通滤波器与高通滤波器的并联
⒉根据“最佳逼近特性”标准分类
⑴巴特沃斯滤波器
从幅频特性提出要求，而不考虑相频
特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性，其幅频响应表达式为：
⑵切比雪夫滤波器
切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的，其幅频响应表达式为：
ε是决定通带波纹大小的系数，波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件；T
是第
n
一类切贝雪夫多项式。
与巴特沃斯逼近特性相比较，这种特性虽然在通带内有起伏，但对同样的n值在进入阻带以后衰减更陡峭，更接近理想情况。ε值越小，通带起伏越小，截止频率点衰减的分贝值也越小，但进入阻带后衰减特性变化缓慢。切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较，切贝雪夫滤波器的通带有波纹，过渡带轻陡直，因此，在不允许通带内有纹波的情况下，巴特沃斯型更可取；从相频响应来看，巴特沃斯型要优于切贝雪夫型，通过上面二图比较可以看出，前者的相频响应更接近于直线。
⑶贝塞尔滤波器
只满足相频特性而不关心幅频特性。贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比，即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳，而往往限制了它的应用。
二、理想滤波器
理想滤波器是指能使通带内信号的幅值和相位都不失真，阻带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。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。
理想低通滤波器的频率响应函数为:
其幅频及相频特性曲线为：
分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数 h（t）为 sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在t=0时刻单位脉冲输入滤波器之前，即在t<0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。这说明在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到∞。
三、实际滤波器
⒈实际滤波器的基本参数
理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。当然，希望过渡带越窄越好，也就是希望对通带
外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此，在设计实际滤波器时，总是通过各种方法使
其尽量逼近理想滤波器。
如图所示为理想带通（虚线）和实际带通（实线）滤波器的幅频特性。由图中可见，理想滤波器的特性只需用截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，两截止频率之间的幅频特性也非常数，故需用更多参数来描述。
⑴纹波幅度d
在一定频率范围内，实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化，其波动幅度d与幅频特性
的平均值A
相比，越小越好，一般应远小于-3dB。
⑵截止频率f
c
幅频特性值等于0.707A
0所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A
为参考值，0.707A
对应于-3dB点，即相对于A
衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。
⑶带宽B和品质因数Q值
上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或-3dB带宽，单位为Hz。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。在电工学中，通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中，Q值相当于谐振点的幅值增益系数，Q=1/2ξ
（ξ——阻尼率）。对于带通滤波器，通常把中心频率f
（）和带宽 B之比称为滤波器的品质因数Q。例如一个中心频率为500Hz的滤波器，若其中-3dB带宽为10Hz，则称其Q值为50。Q值越大，表明滤波器频率分辨力越高。
⑷倍频程选择性W
在两截止频率外侧，实际滤波器有一个过渡带，这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选
择性来表征。所谓倍频程选择性，是指在上截止频率f
c2与 2f
c2
之间，或者在下截止频率
f
c1与f
c1
/2之间幅频特性的衰减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量
或
倍频程衰减量以dB/oct表示（octave，倍频程）。显然，衰减越快（即W值越
大），滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。即［dB／10oct］。
⑸滤波器因数（或矩形系数）
滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式，它是利用滤波器幅频特性的 -60dB 带宽与-3dB带宽的比值来衡量滤波器选择性，记作，即
理想滤波器=1，常用滤波器=1－5，显然，越接近于1，滤波器选择性越好。四、RC无源滤波器
在测试系统中，常用RC滤波器。因为在这一领域中，信号频率相对来说不高。而RC 滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件，所以在工程测试的领域中最经常用到的滤波器是RC滤波器。
⒈一阶RC低通滤波器
RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示
设滤波
器的输
入电压
为e
x ，输出电压为e
y
，电路的微分方程为
这是一个典型的一阶系统。令=RC，称为时间常数，对上式取拉氏变换，有
或
其幅频、相频特性公式为：
分析可知，当f很小时，A(f)=1，信号不受衰减地通过；当f很大时，A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通过。低通滤波器的上载止频率
⒉一阶RC高通滤波器
RC高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示
设滤波
器的输
入电压
为e
x 输出电压为e
y
，电路的微分方程为：
同理，令=RC，对上式取拉氏变换，有：或
其幅频、相频特性公式为：
分析可知，当f很小时，A(f)=0，信号完全被阻挡，不能通过；当f很大时，A(f)=1，信号不受衰减的通过。
⒊RC带通滤波器
带通滤波器可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联，其电路及其幅频、相频特性如下图所示。
其幅频、
相频特
性公式为：
式中H
1(s)为高通滤波器的传递函数，H
2
(s)为低通滤波器的传递函数。有：
这时极低和极高的频率成分都完全被阻挡，不能通过；只有位于频率通带内的信号频率成分能通过。
下截止频率:
上截止频率:
应注意，当高、低通两级串联时，应消除两级耦合时的相互影响，因为后一级成为前一级的“负载”，而前一级又是后一级的信号源内阻。实际上两级间常用射极输出器或者用运算放大器进行隔离。所以实际的带通滤波器常常是有源的。有源滤波器由RC调谐网络和运算放大器组成。运算放大器既可起级间隔离作用，又可起信号幅值的放大作用。
五、模拟滤波器的应用
模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。例如带通滤波器用作频谱分析仪中的选频装置；低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波；高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声；带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器等。
用于频谱分析装置中的带通滤波器，可根据中心频率与带宽之间的数值关系，分为两种?
一种是带宽B不随中心频率而变化，称为恒带宽带通滤波器，如图所示，其中心频率处在任何频段上时，带宽都相同；
另一种是带宽B与中心频率的比值是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，如图所示，其中心频率越高，带宽也越宽。
一般情况下，为使滤波器在任意频段都有良好的频率分辨力，可采用恒带宽带通滤波器（如收音机的选频）。所选带宽越窄，则频率分辨力越高，但这时为覆盖所要检测的整个频率范围，所需要的滤波器数量就很大。因此，在很多时候，恒带宽带通滤波器不一定做成固定中心频率的，而是利用一个参考信号，使滤波器中心频率跟随参考信号的频率而变化。在做信号频谱分析的过程中，参考信号是由可作频率扫描的信号发生器供给的。这种可变中心频率的恒带宽带通滤波器被用于相关滤波和扫描跟踪滤波中。
恒带宽比带通滤波器被用于倍频程频谱分析仪中，这是一种具有不同中心频率的滤波器组，为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整个要分析的信号频率范围，其中心频率与带宽是按一定规律配置的。
假若任一个带通滤波器的下截止频率为f
c1，上截止频率为f
c2
，令f
c1
与f
c2
之间的关系为：
f c1=2n f
c1
式中n值称为倍频程数，若n=1，称为倍频程滤波器；n=1/3，则称为1/3倍频程滤波
器。滤波器的中心频率f
取为几何平均值，即：
根据上述两式，可以得：
则滤波器带宽：
如果用滤波器的品质因数Q值来表示，则有：
故倍频程滤波器，若n=l，则Q=1.41；若n=1/3，则Q=4.38；若n=1/5，则Q=7.2。倍频数n值越小，则Q值越大，表明滤波器分辨力越高。根据上述关系，就可确定出常用倍
频程滤波器的中心频率f
和带宽B值。
为了使被分析信号的频率成分不致丢失，带通滤波器组的中心频率是倍频程关系，同时带宽又需是邻接式的，通常的做法是使前一个滤波器的一3dB上截止频率与后一个滤波器的一3dB下截止频率相一致，如图所示。这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为“邻接式”的。
下图表示了邻接式倍频程滤波
器，方框内数字表示各个带通滤波器的中心频率，被分析信号输入后，输入、输出波段开关顺序接通各滤波器，如果信号中有某带通滤波器通频带内的频率成分，那么就可以在显示、记录仪器上观测到这一频率成分。
六、思考题
(1) 已知理想波形器
试求，当函数通过到滤波形后的：
1）时域波形
2）频谱
3）为什么说该滤波器的是非因果系统
(2) 试求调幅信号x
a (t)=(1+cost)cos100t通过带通滤波器时的输出信号y
a
(t)及其频谱
Y
a
(w)。带通滤波形的传输特性为:
(3) 调幅波是否可以看做为是载波与调制信号的叠加，为什麽？
(4) 什麽是滤波器的品质因数？它与滤波器频率分辨力有何关系？
(5) 请用一阶RC低通滤波器和RC高通滤波器构成RC带阻滤波器，画出其电路图。
(6) 已知调制信号是幅值为10，周期为１秒的方波信号，载波信号是幅值为１，频率为10Hz 正弦波信号。
1)画出已调制波的波形
2)画出已调制波的频谱
(7) 什麽是调制，调制的目的是什麽？
(8) 调频信号与调幅信号有何相同之处？有何不同之处？
(9) 低通、高通、带通、带阻滤波器各有什麽特点，画出它们的理想幅频特性图。
(10) 用Signal VBScript编程，产生习题6的已调制波信号波形，然后再画出同步解调时低通滤波前的波形。
滤波器的应用领域
汽车：混合车辆；燃料电池车辆；42V电源的DC/DC转换器；电动车辆的充电器；传感器等的发射器和接受器
电子数据处理及办公设备：个人电脑；打印机；电脑外围设备；传真机；复印机；监视器；绘图机；电脑主机
驱动及控制设备：变频器；逆变器；伺服驱动装置；太阳能转换器；晶闸管控制器
自动控制设备：机器人；传输机；装配线；泵；控制装置；采矿业；化工业；石油开采；金属加工
电梯及起重设备：人、货电梯；自动扶梯；起重机；吊车；卷扬机；小型升降机
医疗设备：X光扫描仪；CAT扫描仪；实验室设备；分析仪；MRI,MSI,EEG,ECG；测试测量设备
军事设备：安全系统；监控系统；通信设备；飞机、轮船、坦克、潜艇；雷达系统；导航系统
电信设备：GSM,UMTS,GPRS基站电力线通信；网络技术；服务器；电话设备；广播设备
发电及供电：开关式电源/不间断电源；交、直流转换器；发电机组；风力涡轮机；太阳能板；燃料电池；燃气轮机；功率因数控制系统
机械制造设备：机床；印刷机；包装机；挤压机；木材加工机；铣床、钻床；激光切割机；焊机；磨床
建筑自动化：加热系统；通风系统；空调系统；安全系统；控制装置；泵；自配重照明设备；自动窗帘
家用电器：扩音机、音/视频播放器、电视机、放映机；接收器和解码器；干洗机；搅拌器；烹饪设备；感应加热器；健身器；咖啡机
滤波器基本原理、分类、应用
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）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。 本文所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、ＲＣ滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用，但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。带通滤波器 二、滤波器分类 ⒈根据滤波器的选频作用分类 ⑴低通滤波器 从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵高通滤波器 与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶带通滤波器 它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。 ⑷带阻滤波器 与带通滤波相反，阻带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。 推荐精选
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滤波器基本原理
R,C,L串联可以搭建二阶带通滤波器等等。 个小电容并联。也可以采用RC滤波的方式来实现电源的稳定，最好不要在电路板电源的根部采用RC滤波，而是在需要电源 形成很大的压降，导致输出电压变小，而在芯片根处采用RC滤波，一般芯片的工作电流在几十mA，这时R的选择余地会比较大，而且滤波效果较好。LC滤波我不经常使用，不是很了解，不知道大家的理解如何。 最近使用了美信的可编程滤波器和引脚可配置滤波器，它们采用都是开关电容滤波器。 右边时，电容器C1向电压源u2放电。当开关以高于信号的频率fc工作时,使C1在u1和u2的两个电压节点之间交替换接,那么C1在u1、u2之间传递的电荷可形成平均电流I=fC1(u1－u2)，相当于图1a的u1和u2之间接入了一个等效电阻,其值为1/fC1。 推导是这样的：在信号源向电容充电时Q=C1*U,然后这个电流供给运放使用，因此平均电流为I=C1*U/T,如果T足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而可以在两节点间定义一个等效电路Req=U/I=T/C1=1/f*C1。这个电路的等效时间常数就是τ=RC2=C2/f*C1. 我开始使用的是MAX274，这款开关电容滤波器是通过改变引脚的电阻值来改变中心频率f0，增益G，带宽Q。它不需要外接时钟信号来提供开关频率用，估计是采用了内部RC振荡电路。设计MAX274是美信官网上有个辅助软件，把所需的参数输进去，会自动计算出各个电阻的阻值，实践发现即使自己搭电路的阻值取得跟软件计算出的阻值有一点差别，中心频率等差别也不会很大。 后来觉得274改变参数太麻烦，采用了另外一款开关电容滤波器MAX262，这是个引脚可编程滤波器，使用起来非常方便，需要外接时钟信号提供f。这样的好处是开关频率非常稳，使得中心频率也能够做到跟设定值1%的误差。使用MAX262也有个辅助软件，但我觉得这个软件计算的MAX262的参数值是错的，还是以数据手册为准！使用MAX262也很方便，就是往寄存器里写入几个值（应该是ROM型，掉电不丢失），通过给定的时钟频率，然后除以想要的中心频率，得出的N值写出寄存器就可以了，N通过查表可以得到，这样可以设定F0.同时可以设定Q，Q对应的也有N值，写到对应的寄存器里。Q值一方面是带宽，
自适应滤波器介绍及原理
关于自适应滤波的问题： 自适应滤波器有4种基本应用类型： 1) 系统辨识：这时参考信号就是未知系统的输出，当误差最小时，此时自适应滤波器就与未知系统具有相近的特性，自适应滤波器用来提供一个在某种意义上能够最好拟合未知装置的线性模型 2) 逆模型：在这类应用中，自适应滤波器的作用是提供一个逆模型，该模型可在某种意义上最好拟合未知噪声装置。理想地，在线性系统的情况下，该逆模型具有等于未知装置转移函数倒数的转移函数，使得二者的组合构成一个理想的传输媒介。该系统输入的延迟构成自适应滤波器的期望响应。在某些应用中，该系统输入不加延迟地用做期望响应。 3) 预测：在这类应用中，自适应滤波器的作用是对随机信号的当前值提供某种意义上的一个最好预测。于是，信号的当前值用作自适应滤波器的期望响应。信号的过去值加到滤波器的输入端。取决于感兴趣的应用，自适应滤波器的输出或估计误差均可作为系统的输出。在第一种情况下，系统作为一个预测器；而在后一种情况下，系统作为预测误差滤波器。 4) 干扰消除：在一类应用中，自适应滤波器以某种意义上的最优化方式消除包含在基本信号中的未知干扰。基本信号用作自适应滤波器的期望响应，参考信号用作滤波器的输入。参考信号来自定位的某一传感器或一组传感器，并以承载新息的信号是微弱的或基本不可预测的方式，供给基本信号上。 这也就是说，得到期望输出往往不是引入自适应滤波器的目的，引入它的目的是得到未知系统模型、得到未知信道的传递函数的倒数、得到未来信号或误差和得到消除干扰的原信号。 1 关于SANC （自适应消噪）技术的问题 自适应噪声消除是利用winer 自适应滤波器，以输入信号的时延信号作为参考信号来进行滤波的，其自适应消噪的原理说明如下： 信号()x n 可分解为确定性信号分量()D x n 和随机信号分量()R x n ，即： ()()()D R x n x n x n =+ (1.1) 对于旋转机械而言，确定性信号分量()D x n 通常可表示为周期或准周期信号分量()P x n ，即： ()()()P R x n x n x n =+ 1.2 对信号()x n 两个分量()P x n 和()R x n ，有两个基本假设： (1) ()P x n 和()R x n 互不相关； (2) ()P x n 和()R x n 的自相关函数具有下述特性：()0P P x x R m ≈， N m M ≥；()0R R x x R m ≈，B m M ≥；
滤波器的种类、作用、原理
滤波器的种类、作用、原理 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，相当于频率“筛子”。 2．分类 幅频特性如下
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 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
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 实际滤波器的特性需要以下参数描述： 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 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 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。
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。 三、RC无源模拟式滤波器 1．一阶RC低通滤波器
2．一阶高通滤波器
滤波器工作原理定稿版
滤波器工作原理 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
滤波器工作原理 滤波器定义：凡是有具有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。用来分开及组合不同频 率，选取需要的信号频率，抑制不需要的信号频率的微波器件。主要功能是作为 各种电信号的提取、分隔、抑止干扰。 插入损耗：插入损耗简称插损，指模块置入系统后，对工作频段信号引入的衰减 带外抑制：带外抑制指，滤波器在工作频段以外的频点处对信号的衰减。 驻波比：表示阻抗的匹配情况 测试滤波器的系数S12： S12表 Port2的输出功率与Port1的输入功率的比值。假设输出功率为输入功率的50％ ,即功率较少一半，则S12的对数表示为：dB（S12）＝10Log（0.5）＝-3 即此时该频点的衰减为-3dB 所以要求铜带内F1~F2内的插损尽量小用于减少输出功率的损耗，而对于带外的信号，插损应尽量大用于抑制带外的信号。 测试滤波器的系数S11：
S11表反射回Port1的功率与Port1的输出功率的比值。假设输出功率为输入功率的1％，则S11的对数表示为：dB（S11）＝10Log（0.01）＝-20，即此时该频点的回波为-20dB换算为驻波比为1.22。 所以要求带内的驻波比应尽量小用于增强匹配，较少功率的反射。 带通滤波器的工作原理 原始信号滤波器响应 ? 滤波后的信号 射频信号f1-f2，通过滤波器，经过滤波器响应，通带内的插损较小，信号略微较小，带外信号经滤波器响应，被完全抑制掉。 滤波器谐振单元等效电路分析 ? 单个谐振腔的电场模型及其等效电路原理图，电阻R来引入插入损耗图为不带圆盘的谐振杆的圆腔谐振器，谐振杆顶部与盖板形成的电容，可以理解成等效电路中的端接电容。等效电路中的谐振频率计算公式为： 当谐振时 Ls = 1 / (2 pi fr) Henry
EMI滤波器应用设计原理
EMI滤波器设计原理 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的 d v/d t和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理围即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要 H 的衰减）； stop 2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）； 3）低成本。 1.1 常用低通滤波器模型 EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并 联电容器组成的低通滤波器。如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k 高通滤波器：英文名称为high-pass filter，又称低截止滤波器、低阻滤波器，允许高于某一截频的频率通过，而大大衰减较低频率的一种滤波器。它去掉了信号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。 高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过，而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。其特性在时域及频域中可分别用冲激响应及频率响应描述。后者是用以频率为自变量的函数表示，一般情况下它是一个以复变量jω为自变量的的复变函数，以H（jω）表示。它的模H（ω）和幅角φ（ω）为角频率ω的函数，分别称为系统的“幅频响应”和“相频响应”，它分别代表激励源中不同频率的信号成分通过该系统时所遇到的幅度变化和相位变化。可以证明，系统的“频率响应”就是该系统“冲激响应”的傅里叶变换。当线性无源系统可以用一个N阶线性微分方程表示时，频率响应H（jω）为一个有理分式，它的分子和分母分别与微分方程的右边和左边相对应。 高通滤波器原理及分类 高通滤波器按照所采用的器件不同进行分类的话，会有源高通滤波器、无源高通滤波器两类。 无源高通滤波器：无源高通滤波器：仅由无源元件(R、L 和C)组成的滤波器，它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是：电路比较简单，不需要直流电源供电，可靠性高；缺点是：通带内的信号有能量损耗，负载效应比较明显，使用电感元件时容易引起电磁感应，当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大，在低频域不适用。 实际滤波器的基本参数：理想滤波器是不存在的，其特性只需截止频率描述，而实际滤波器的特性曲线无明显的转折点，故需用更多参数来描述。 高通滤波器技术指标有： 数字滤波器总结 设计数字滤波器时，应充分利用成熟的软件工具，避免复杂的人工计算。Matlab便是这样的一个软件，它集成了FDAtool（filter design & analysis tool）工具，这是Matlab信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具。FDAtool可以设计几乎所有的常规滤波器，包括FIR 和IIR。它操作简单，方便灵活。 一、那么，打开FDAtool的方法有两种，第一种是在Matlab中键入“fdatool”（大小写均可），即可打开FDAtool的界面；另一种是在Matlab工作环境的左下角依次点开Start—Toolboxes—Filter Design—Filter Design & Analysis Tool(fdatool)。此外，还可以在simulink中将FDAtool模块放入仿真模型中，其位置在Signal Processing Blockset—Filtering—Filter Implementations—Digital Filter Design。下面用两个实例来说明如何在Simulink中设计滤波器。（一）、低通滤波器的设计 模型如下所示： 其中，Sine Wave是幅值为10，频率为10Hz的正弦波，Sine Wave1也是幅值为10，但频率是1000Hz的正弦波。因为数字滤波器的采样时间是离散的，故在Digital Filter Design前端加Zero-Order Hold模块，其采样周期为1e-4。Digtal Filter Design设置为FIR型低通滤波器、采用窗函数设计，窗类型为Blackman，指定其阶数为30（则实际的阶数将会是31），设置采样频率为10000Hz，设置截止频率是100Hz，其界面如下图所示： 一：滤波器的分类 滤波器是由集中参数的电阻、电感、和电容，或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这中网络允许一些频率通过，而对其他频率成分加以抑制。 广低通（LPF）（低频滤波器 从截至频率分］高通（HPF）从工作频率分< 中频滤波器 J带通（BHF）I高频滤波器 从使用器件上分有源滤波器和无源滤波器 无源又分：RC滤波器和LC滤波器。RC滤波器又分为低通RC, 高通RC和带通RC和带阻RC。LC同理 有源又分为：有源高通、低通、带通、带阻滤波器。 二：滤波器的参数 1插入损耗。用dB来表示，分贝值越大，说明抑制噪干扰的能力就越强。插入损耗和频率有直接的关系。l L=20lg（U1/U2）U1为信号源输出电压，U2为接入滤波器后，在其输出端测得的信号源电压 2、截至频率。滤波器的插入损耗大于3dB的频率点称为滤波器的截至频率，当频率超过截止频率时，滤波器就进入了阻带，在阻带内干扰信号会受到较大的衰减。 3、额定电压。滤波器正常工作时能长时间承受的电压。绝对要区分交流和直流。 4、额定电流。滤波器在正常工作时能够长时间承受的电流。 5、工作温度范围。-55---125C X电容 6、漏电流。安规电容 Y电容选择容值和耐压值要非常慎重， 漏电流不能超过0.35mA或0.7mA，总容值不能超过4700pF 7、承受电压。能承受的瞬间最高电压。 三：滤波器的结构 n型，L型，T型 电源滤波器在实际应用中，为使它有效的抑制噪声应合理配接。 组合滤波器的网络结构和参数，才成得到较好的EMI抑制效果。当 滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等式，EMI信号将其输入端和输出端都产生反射。这时电源滤波器对EMI噪声的衰减，就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关，可以用这点更有效抑制EMI噪声。 在实际设计和选择使用EMI滤波器是，要注意滤波器的正确连接，以造成尽可能大的反射，是滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配，从而得到更好的EMI抑制性能。当然滤波器对噪声的抑制和取决于扼流圈的阻抗Z F的大小。 由于差模电感滤波器很容易产生磁饱和，且电感滤波器的体积也比较大，因此目前很少使用，基本上都用共模滤波器来代替。实际应用中共模电感滤波器的两个线圈之间也存在很大的漏感，因此，它对 差模干扰信号也具有一定的滤波作用。同时还有电路中的分布电容和分布电感以及各个线圈电感值的差值都可以抑制差模信号。 四：滤波器的结构初步设计 根据EMC 的定义和原理，EMC 滤波电路不但要抑制本电子设备产生 有源电力滤波器的基本原理和分类 1．有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器 图3 电流型有源滤波器 2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些 电源滤波器的基本原理和常用标准，及部分电源滤波器的主要技术参数摘要：本文简要介绍了电源滤波器的基本原理和各种标准，详细介绍了瑞士夏弗纳公司生产种类电源滤波器的主要技术参数。 关键词：电源滤波器；传导干扰；辐射干扰；插入损耗 1. 概述 随着电气设备应用的日益广泛，电子设备产生的电磁噪声也越来越严重，干扰了电子设备的正常工作，特别是对一些低功耗的便携式设备更是如此。 电磁干扰有两种传媒途径，一种是由于工作电流的动态变化使得局部电网上电压不稳，从而影响使用本地电网的设备工作，这种干扰称为传导干扰。另外就是设备中工作电流（电压）的动态变化产生电磁辐射，同样影响其它设备的工作，这种干扰称为辐射干扰。 电磁噪声（干扰）源除了人工生产的电子外，还有一些自然现象（如闪电）和其它人为行为（如核爆炸等。） 电磁干扰的影响也很大，轻则使设备的性能得不到很好的体现，重则使设备根本无法工作，另外电磁辐射还可能导致机密情报泄漏。 抑制电磁干扰的两种有效途径是彩电源滤波器和加屏蔽装置，屏蔽装置主要是针对副射干扰，既防止本身电磁波的外泄而造成新的干扰源，又避免受到外来辐射的干扰。电源滤波器最基本的作用就是抑制传导干扰，有的品种也能提高对副射干扰的抑制能力。从广义上讲，我们使用的交流稳压电源，UPS 电源也可以算是一种电源滤波器，因为这些设备在某种程度上把电子设备与电网隔离开了，这里我们介绍的电源滤波器都是附在电子设备中作为一个器件使用的不甚复杂的物品，我们常在直流电源电路中加一RC 电路来抑制纹波，电源滤波器的作用就是抑制交流电源上的干扰。目前，随着电子设备精密程度的提高，对电源的要求也越来高，同时，电子设备的广泛应用也需要使各电子设备生产商对电磁环境作出共同的承诺，这样就导致电源滤波器作为一种绿色产品，越来越受到社会的重视，目前，一些世界标准化组织和各国政府都在制定这方面的标准。 2. 电源滤波器的组成 电源滤波器由LC 网络组成，其作用原理是使得滤波器的阻抗与干扰源的阻抗不匹配，从而使干扰信号沿干扰源进来的方向反射回去，从而降低干扰源的影响。 图1 电源滤波器的原理电路 图1 是一个电源滤波器的原理电路，图中L 1和L 2 对共模干扰信号（非对称干扰电流） 呈现高阻抗，而对差模信号（对称干扰电流）和电源电流呈现低阻抗，这样就能保证电源电流 的衰减很小，而同时又抑制了电流噪声。通常L 1、L 2 的值很小且相等，对称地绕在同一个螺 旋管上，这样在正常工作电流范围内，磁性材料产生的磁性互相补偿，以免磁通饷饱各，但是 4.2经典数字滤波器原理 数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，与模拟滤波相比，它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。在信号的过滤、检测和参数的估计等方面，经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。 数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱)进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。 4.2.1数字滤波器的概念 若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应h(n)也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器。当用硬件实现一个DF时，所需的元件是乘法器、延时器和相加器；而用MATLAB软件实现时，它仅仅需要线性卷积程序就可以实现。众所周知，模拟滤波器(Analog Filter，AF)只能用硬件来实现，其元件有电阻R，电感L，电容C及运算放大器等。因此，DF的实现要比AF容易得多，并且更容易获得较理想的滤波性能。 数字滤波器的作用是对输入信号进行滤波，就如同信号通过系统一样。对于线性时不变系统，其时域输入输出关系是： (4-1)若y(n)、x(n)的傅里叶变化存在，则输入输出的频域关系是： (4-2) 当输入信号x(n)通过滤波器h(n)后，其输出y(n)中不再含有的频率成分，仅使的信号成分通过，其中是滤波器的转折频率。 4.2.2经典数字滤波器的分类 经典数字滤波器按照单位取样响应h(n)的时域特性可分为无限冲激响应(IIR，I nfinite Impulse Response)系统和有限冲激响应(FIR，Finite Impulse Respo nse)系统。如果单位取样响应是时宽无限的h(n)，则称之为IIR系统；而如果单位取样响应是时宽有限的h(n)，，则称之为FIR系统。 有源滤波器的基本原理 有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波，以及变化无功进行补偿。其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的缺点。 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有 源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。 2．有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串－并联型和混合型。 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟， 选题2 实验讲义 实验名称：基于分布式算法的FIR 滤波器设计 1．数字滤波器基础知识 数字滤波是信号与信号处理领域的一个重要分支，在语音图像处理、模式识别、谱分析、无线通信等领域都有着非常广泛的应用。通过滤波运算，将一组输入数据序列转变为另一组输出数据序列，从而达到修正时域或频域中信号属性的目的。数字滤波器就是用于完成这种信号滤波功能，用有限精度算法来实现的一种离散时间线性时不变（LTI ）系统。相比于模拟滤波器，数字滤波器具有以下优点：（1）数字滤波器的频域特性容易控制，性能指标优良；（2）数字滤波器可以工作在极低的频率，可以方便地实现模拟滤波器难以实现的线性相位系统；（3）数字滤波器工作稳定，一般不会受到外部环境的影响；（4）数字滤波器的灵活性和可重用性高，只需要简单编程就可以修改滤波器的特性，设计周期短。数字滤波器的实现可以采用专用DSP 芯片，通过编写程序，利用软、硬件结合完成滤波器设计，也可以采用市面上通用的数字滤波器集成电路来实现，但这两种方法无法适应高速应用场合。随着集成电路技术的高速发展，FPGA 应用越来越普及，FPGA 器件具有芯片密度大、执行效率高，速度快，集成度高等优点，用FPGA 芯片作为滤波器的设计载体，可以实现高速信号滤波功能。 1.1 FIR 数字滤波器特点 数字滤波器通常分为IIR （无限冲激响应）和FIR(有限冲激响应)两种。FIR 滤波器具有以下特点：（1）可以做成严格的线性相位，同时又可以具有任意的幅度特性（2）单位冲激响应是有限长的，所以一定是稳定的，因此在实际中得到广泛的应用。 1.2 FIR 滤波器结构 设FIR 滤波器的单位冲激响应为)(n h ，10-≤≤N n ， 系统函数 ∑-=-= 1 )()(N n n z n h Z H 差分方程形式为：∑-=-=1 )()()(N k k n x k h n y （1） 基本结构（直接型）： 数字滤波器的一般概念 滤波器可广义地理解为一个信号选择系统。它让某些信号成分通过又阻止或衰减另一些成分。在更多地情况下，被窄义地理解为选频系统，如低通、高通、带通、带阻。频域与时域均衡器也是一种滤波器，通信系统的传输媒介如明线、电缆等从特性看也是滤波器。滤波器如系统一样可分为三类：模拟滤波器、采样滤波器和数字滤波器.模拟滤波器（AF）可以是由RLC构成的无源滤波器，也可以是加上运放的有源滤波器，它们是连续时间系统。采样滤波器（SF）由电阻、电容、电荷转移器件、运放等组成，属于离散时间系统，其幅度是连续的。开关电容滤波器、电荷耦合滤波器军属这类滤波器。数字滤波器（DF）由加法器、乘法器、存储延迟单元、时钟脉冲滤波器及逻辑单元等数字电路构成。它精度高，稳定性好，不存在阻抗匹配问题，可以时分复用，能够完成一些模拟滤波器完成不了的滤波任务。其缺点是需要抽样、量化、编码，以及手时钟频率所限，所能处理的信号最高频率还不够高。另外，由于有限字长效应会造成域设计值的频率偏差、量化和运算噪声及极限环振荡。 本章讨论的是数字滤波器。 5.1.1 数字滤波器的分类 下面从各种不同角度对数字滤波器分类： 1.按冲激响应h(n)的长度分类 分为有限冲激响应（FIR）DF和无限冲激响应（IIR）DF两种。冲 激响应本来是用于模拟系统，指系统对冲激函数δ（t）的响应。 发展到数字滤波器后，工程上仍沿用这个名称，与单位抽样响应和 单位脉冲响应的说法通用。 FFR DF的冲激响应h(n)为有限长序列，其差分方程为 y(n)= (5.1) 系统函数为 H(z)= (5.2) IIR DF 的冲激响应h(n)为无限长序列，其差分方程为 国内外滤波器的发展现状 郭春蝶 郑州电子信息职业技术学院 毕业论文 课题名称：国内外滤波器的发展现状 作者：郭春蝶 学号： 08010308 系别：电子工程系 专业：应用电子 指导教师：姚恩志 2011年03月30日 国内外滤波器的发展现状 摘要 近几十年里，数字信号处理技术取得了飞速发展，特别是在自适应信号处理方面，通过内部参数的最优化来自动调节系统特性并以其计算简单，收敛速度快等许多优点而被广泛使用。滤波器是分析系统故障的重要依据，本文对国外厂商生产的故障滤波器和国内常见的故障滤波器的配置、结构、功能进行了论述。在比较和分析了国内外产品的长处和不足的基础上，结合故障滤波器数据采集，启动判据、故障测距、分析软件等关键技术，提出几点关于提高滤波装置性能的建议。 关键词：滤波器；发展；现状 目录 摘要 (1) 1 引言 (3) 2 滤波器的概述 (3) 3 滤波器的发展历程 (3) 4 滤波器的分类 (4) 4.1 按处理信号类型分类 (4) 4.2 按选择物理量分类 (4) 4.3 按频率通带范围分类 (4) 5 国内外滤波器的发展 (5) 5.1 有源滤波器 (5) 5.2 开关电容滤波器（SCF） (6) 5.3 几种新型数字滤波器（DF） (7) 6. 其它新型滤波器 (8) 6.1 电控编程CCD横向滤波器（FPCCDTF） (8) 6.2 晶体滤波器 (8) 6.3 声表面滤波器 (8) 7 我国目前各种滤波器的应用比例 (8) 8 结论 (9) 致谢 (10) 1 引言 由于自动化程度的提高，各个生产环节都集中控制或检测，测量仪器与被测对象的距离较远，环境条件较为复杂。特别是被测信号是微弱的而且是深埋在噪声中的，怎样对微弱信号进行检测越来越受到人们的重视。微弱信号检测是一门新兴的技术学科,应用范围遍及光、电、磁、声、热、生物、力学、地质、环保、医学、激光、材料等领域。其仪器已成为现代科学研究中不可缺少的设备。微弱信号检测的目的是从噪声中提取有用信号,或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信躁比本文首先在了解微弱信号检测技术发展现状的基础上，掌握微弱信号检测技术的基本原理，对微弱信号调理电路进行详细设计。 2 滤波器的概述 凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数。 3 滤波器的发展历程 1917年美国和德国科学家分别发明了LC滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪50年代无源滤波器日趋成熟。自60年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为70年代以后的主攻方向。导致RC有源滤波器、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到70年代 摘要：按微波滤波器的传输线的种类进行了分类，并按照这种分类方法对各种微波滤波器的性能指标、设计方法进行了详细的介绍。 关键词：微波滤波器；性能指标；设计方法 前言：随着现代微波通信,尤其是卫星通信和移动通信的发展,系统对通道的选择性越来越高,这对微波滤波器的设计提出了更高的要求,而微波滤波器作为通信系统中的重要部分,其性能的优劣往往决定了整个通信系统的质量。因此研究微波滤波器的性能指标和设计方法具有重要意义。 微波滤波器是一类无耗的二端口网络，广泛应用于微波通信、雷达、电子对抗及微波测量仪器中，在系统中用来控制信号的频率响应，使有用的信号频率分量几乎无衰减地通过滤波器，而阻断无用信号频率分量的传输。滤波器的主要技术指标有:中心频率,通带带宽,带内插损,带外抑制,通带波纹等。 微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦型和等波纹型；根据工作频带的宽窄可分为窄带和宽带滤波器；按滤波器的传输线分类可分为微带滤波器、交指型滤波器、同轴滤波器、波导滤波器、梳状线腔滤波器、螺旋腔滤波器、小型集总参数滤波器、陶瓷介质滤波器、SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器、高温超导材料等。本文是按照传输线的分类来对各种微波滤波器的主要特性进行详尽的分析。 一、微带滤波器 主要性能指标： 频率范围：500MHz～6GHz 带宽：10%～30% 插入损耗：5dB(随带宽不同而不同) 输入输出形式：SMA、N、L16等 输入输出驻波:1.8:1 微带滤波器主要包括平行耦合微带线滤波器、发夹型滤波器、微带类椭圆函数滤波器。 半波长平行耦合微带线带通滤波器是微波集成电路中广为应用的带通滤波器形式。其结构紧凑、第二寄生通带的中心频率位于主通带中心频率的3倍处、适应频率范围较大、适用于宽带滤波器时相对带宽可达20%。其缺点为插损较大，同时，谐振器在一个方向依次摆开， 滤波器的基本原理精选 文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8- 滤波器的基本原理 1.滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有三种: A）利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）； B）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源； C）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可 2电源滤波器高频插入损耗的重要性 尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到30MHz（旧军标到50MHz，新军标到10MHz），但是对传导发射的抑制绝不能忽略高频的影响。因为，电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。另外，瞬态脉冲敏感度试验中的试验波形往往包含了很高的频率成份，如果不滤除这些高频干扰，也会导致设备的敏感度试验失败。 电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个，一个是内部寄生参数造成的空间耦合，另一个是滤波器件的不理想性。因此，改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。 内部结构：滤波器的连线要按照电路结构向一个方向布置，在空间允许的条件下，电感与电容之间保持一定的距离，必要时，可设置一些隔离板，减小空间耦合。 电感：按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时，使用多个电感串联的方式。 差模滤波电容：电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义：电容与需要滤波的导线（火线和零线）之间的连线尽量短。如果滤波器安装在线路板上，线路板上的走线也会等效成电容的引线。这时，要注意保证时机的电容引线最短。 共模电容：电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是，滤波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证，并且共模干扰的频率一般较高，因此共模滤波电容的高频特性更加重要。使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。但是要注意三端电容的正确使用方法。即，要使接地线尽量短，而其它两根线的长短对效果几乎没有影响。必要时可以使用穿心电容，这时，滤波器本身的性能可以维持到1GHz以上。 特别提示：当设备的辐射发射在某个频率上不满足标准的要求时，不要忘记检查电源线在这个频率上的共模传导发射，辐射发射很可能是由这个共模发射电流引起的。 3滤波器的选择 数字滤波器的分类和设计 摘要在matlab环境下，研究了几种数字滤波器的实现方法，还根据目前较常用的数字滤波器设计方法，讨论了iir和fir的基本设计方法，在iir滤波器设计中，介绍了两种数字滤波器设计方法。 关键词 matlab；数字滤波器；幅频特性 中图分类号 tm 文献标识码 a 文章编号 1673-9671-(2012)031-0189-01 1 概述 我们对信号进行处理的时候，根据实际需要，我们经常要保留或者消除掉一些特别的频率，或者说，滤波器是一种消除噪音或者杂质的一种器件，特别是对输入输出信号进行必要的除噪，发挥着关键的作用。 目前，可以通过两种方法实现数字滤波器：通过编写相关程序，利用计算机实现该程序，进而实现滤波器的设计。第二种方法就是根据数字电路，设计专用的数字处理硬件，从而实现滤波功能。1.1 数字滤波器的分类 和模拟滤波器一样，数字滤波器按照通带特性可以划分为：低通、高通、带通、带阻等几种线性形式。 从单位脉冲响应的角度，可以把数字滤波器分为：iir滤波器（无限长单位冲激响应滤波器）和fir滤波器（有限长单位冲激响应滤 波器）。它们的函分别为： （1） （2） 式（1）称为n阶iir滤波器函数，式（2）称为（n-1）阶fir 滤波器函数。 1.2 数字滤波器的设计要求和方法 根据在频域分析及信号处理的要求，我们可以得到滤波器的指标参数。数字滤波器的频响特性函数h（e jw）一般为复函数，表示为： h（e jw）=|h（e jw）|e jθ(w) （3） 其中θ(w)为相频特性函数，其说明的是各频率通过这个滤波器后信号时间上的延时。而幅频特性是说明信号在通过这个滤波器后该信号的衰减，对于iir数字滤波器，一般可以根据幅频响应函数来反映其滤波情况，其相频特性只是辅助说明。fir数字滤波器实现的则是线性相位特性的滤波器。 其中wp和ws表示为通带边界频率；δ1和δ2说明的是通带波纹和阻带波纹；其衰减值要转化成db形式，由图所示该滤波器允许的最大衰减用为αp和αs来表示。 （4） αs=-20 lg δ2 （5） 一般要求： 滤波器的基本原理 1.滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰 都具有衰减作用。其基本原理有三种： A）利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线（共模），或将火线高频干扰电流导入零线（差模）； B）利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源； C）利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可 2电源滤波器高频插入损耗的重要性 尽管各种电磁兼容标准中关于传导发射的限制仅到30MHz （旧军标到50MHz，新军标到 10MHz ），但是对传导发射的抑制绝不能忽略高频的影响。因为，电源线上高频传导电流会导致辐射，使设备的辐射发射超标。另外，瞬态脉冲敏感度试验中的试验波形往往包含了很高的频率 成份，如果不滤除这些高频干扰，也会导致设备的敏感度试验失败。 电源线滤波器的高频特性差的主要原因有两个，一个是内部寄生参数造成的空间耦合，另一个是滤波器件的不理想性。因此，改善高频特性的方法也是从这两个方面着手。 内部结构：滤波器的连线要按照电路结构向一个方向布置，在空间允许的条件下，电感与电 容之间保持一定的距离，必要时，可设置一些隔离板，减小空间耦合。 电感：按照前面所介绍的方法控制电感的寄生电容。必要时，使用多个电感串联的方式。 差模滤波电容：电容的引线要尽量短。要理解这个要求的含义：电容与需要滤波的导线（火线和零线）之间的连线尽量短。如果滤波器安装在线路板上，线路板上的走线也会等效成电容的 引线。这时，要注意保证时机的电容引线最短。 共模电容：电容的引线要尽量短。对这个要求的理解和注意事项同差模电容相同。但是，滤波器的共模高频滤波特性主要靠共模电容保证，并且共模干扰的频率一般较高，因此共模滤波电 容的高频特性更加重要。使用三端电容可以明显改善高频滤波效果。但是要注意三端电容的正确 使用方法。即，要使接地线尽量短，而其它两根线的长短对效果几乎没有影响。必要时可以使用 穿心电容，这时，滤波器本身的性能可以维持到1GHz以上。 特别提示：当设备的辐射发射在某个频率上不满足标准的要求时，不要忘记检查电源线在这 个频率上的共模传导发射，辐射发射很可能是由这个共模发射电流引起的。 3滤波器的选择高通滤波器原理及分类
数字滤波器总结
滤波器的原理和作用
有源电力滤波器的基本原理和分类
电源滤波器的基本原理和常用标准
数字滤波器原理
有源滤波器的基本原理
FIR滤波器的原理及设计
数字滤波器的一般概念
国内外滤波器的发展现状
微波射频滤波器归类
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滤波器的基本原理