TE01δ模式介质谐振滤波器技术总结
一、前言
由于通信技术的发展，低费用、更有效、更好品质的无线通信系统而需要高性能,小体积和低损耗滤波器。所以介质滤波器，腔体介质谐振滤波器的研究与开发，是今后滤波器发展的重点所在。
介质谐振器的工作原理
电磁壁理论
理想的导体壁（电磁率为零）在电磁理论中称为电壁，在电壁上，电场的切向分量为零，磁场的法向分量为零。电磁波入射到电壁上，将会完全反射回来，没有透射波穿透电壁。因此，用电壁围成一个封闭腔，一旦有适当频率的电磁波馈入，波将在腔的电壁上来回反射，在腔内形成电磁驻波，发生电磁谐振。此时即使外部停止向腔内馈送能量，已建立起来的电磁振荡仍将无衰减维持下去。可见电壁空腔是一种谐振器，电磁能量按一定频率在其中振荡。当然，非理想导体壁构成的空腔，也具有电壁空腔的类似特性，只不过外部停止馈送能量后，起内部已建立起来的电磁振荡，不会长期地维持下去，将随时间而逐渐衰减，终于消逝，成为阻尼振荡。谐振器中电磁振荡维持的时间的长短（时间常数）是其Q
值高低的一种度量。
高介电常数的介质的界面能使电磁波发生完全的或者近似完全的反射。当然，这两类的界面性质不同，其对电磁波的反射特性也不尽相同。电磁波在导体壁上的电场切向分量为零，故入射波与反射波的电场切向分量相消，仅有法向分量，因为合成场的电力线垂直导体表面，亦即垂直电壁；而在高介电常数的介质界面上，磁场的切向分量近似为零，入射波与反射波的磁场切向分量近似相消，合成场的磁力线近似垂直于介质界面。在电磁场理论中，垂直于磁力线的壁称为磁壁，故高介电常数的介质表面可以近似看为磁壁，只有时，才是真正的磁壁。在磁壁上，磁场切向分量为零，电场法向分量为零，它与电壁对偶。既然
电壁所构成的空腔可以作为微波谐振器，显然，磁壁周围的介质块可以近似是个磁谐振器，电磁能量在介质块内振荡，不会穿过磁壁泄露到空气里。
介质波导理论
若将一个介质棒变成一个环，令其首尾相连接，并使连接处电磁波有相同相位，该电磁波就能在环内循环传输，成为一个行波环。如果介质损耗非常小，循环时间就很长，于是电磁波被“禁锢”在介质环内，成为一个环形介质谐振器。介质环的最小平均周长，应该是被导波的一个波导波长。上述的谐振条件并未对介质环的形状加以任何限制，所以环可以是圆的，方的或者其他任意形状。此外，环的内径大小对谐振来说也不是实质性的，内径缩小至零，照样能维持谐振，储存电磁能量。
最常用的介质谐振器的形状有矩形，圆柱形和圆环形三种，前两种用的更普遍。矩形介质谐振器的工作模式主模是TE11d模，圆柱形的有TE01d模。图中就是两种谐振器的振荡模式。
介质谐振器的材料
微波介质材料是指在微波频率下使用的介质材料。它具有介电损耗小、频率温度参数接近零的特性。微波介质材料对原材料的要求比较高，要获得高质量的材料须严格按照生产工艺操作。微波介质器件是指应用微波介质材料制成的具有某种功能的器件。常见的是介质谐振器、介质滤波器、介质无线块。介质滤波器：是由多个介质谐振器通过耦合构成的。
介质谐振器的几种主要结构及尺寸
类型
模式 形状 尺寸 适用频率 （1）
介质谐振器
11//0.43*10/:r D C f L D L D mm
C mm s
f ε≈==、单位为谐振频率，单位为Hz SHF 频率 <3GHz
（2）
同轴谐振腔
/{}4{}mm s Hz r C I f L C f ε≈、、意义、单位同上
UHF 频率 <2GHz （3）
带状
电路谐振器
//{}2{}{}4{}(0.60.9)mm s Hz w mm s Hz w r r
C I f C L f εεεε≈≈=: UHF 频率 SHF 频率 1． 4 TE01 谐振单腔的尺寸设计：
谐振单腔可以是矩形腔体，也可是圆柱腔体，为了保证不使谐振器Qu 下降很多，和引入TM 模谐振单腔的尺寸最小处大约为谐振器直径的倍，高度约要是谐振器厚度的三倍。
微波介质腔的场型
介质谐振器可以激励三种振荡模式:TE 、 TM 、HE 型振荡模式,本文中主要介绍TE01δ。其电场主要在集中于
二、腔体介质谐振滤波器
腔体介质谐振滤波器，是将介质谐振器放置于截止金属波导中去，滤波器的中频率由介质谐振器的谐振频率所决定，耦合带宽可以通过调节谐振器之间的距离或者两谐振器之间的耦合窗口的大小来实现。
主要特性及应用
体积和重量是金属空腔的1%左右。其他优点：
1、可以实现器件的高稳定，高可靠，谐振频率温度系数可达ppm级
2、可以实现谐振器的低损耗，高品质因数，使损耗角正切很小。
3、陶瓷材料加工简便，机械性能良好
4、介质滤波器有很高的脉冲功率容量。
缺点：
1、批量生产工艺控制要非常严格
2、因为谐振器导热能力差，所以平均功率容量小。
3、因为绝大部分电场被束缚在介质谐振器内部，耦合螺杆调节范围很小。
材料与谐振器性能关系
微波介质陶瓷的介电常数主要取决于材料结构中的晶相和制备工艺，与使用频率基本无关。从陶瓷工程学的角度看，除了从组成上考虑微观的晶相类型及组合外，在工艺上使晶粒生长充分，结构致密，也是提高介电常数的途径。
谐振器的品质因数Q 受介质损耗(d tg δ).欧姆损耗(e tg δ).辐射损耗(tg λδ)这三个因素的影响,Q 主要由介质损耗决定。对于微波介质材料，欧
姆损耗和辐射损耗可以忽略，Q 也成反比
关系100//()d d d d Q Q tg tg tg λδλδδ-≈=≈≈此外品质因数Q 与微波频率f
有关：'''22()/()//2r r Q f εωεωωωγωπτ=≈=g g
式中'()εω--------有功介电常数；''()εω无功介电常数；r ω材料固有角频率；γ材料衰减常数；ω微波频率为f 时的角频率。不同的测试频率有不同的Q 值。在比较同一系列材料的Q 值时，必须换算成同一个频率才有可比性。
据报道采用静压成型与热压烧结提高了材料的致密性，使材料的微波
介质损耗得以降低，介电常数r ε上升；使用微细瓷粉，提高了材料组成与结构的均匀性，改善了材料的Q 值和频率温度系数；使用微波快速闪烧技术使材料中易挥发成分得到了控制，提高了材料组组成的一致性；在d 氮气气氛中退火处理使材料提高了Q 值。
三、腔体介质谐振滤波器设计步骤
1、根据规范书要求，确定滤波器节数以及所需Qu 、耦合系数。
2、根据滤波器外形，以及滤波器节数来确定单个谐振腔尺寸。
3、根据介质金属波导尺寸，来选择适当介电常数的材料，根据所选介质的介电常数r ε求介质谐振器的尺寸可以根据：
00/c f λ=
/0.4L D =
tan 2
d d a L ββα=
2d βπ
=
2d α=两端谐振器由于终端耦合结构影响要使谐振器的谐振频率上升，故将两端谐振器厚度增加英寸作为补偿。
一般截止圆波导直径是介质半径的2倍。
3、由外部q 值设计出输入和输出的耦合结构。
4、根据计算出的耦合系数通过仿真，确认各腔之间耦合窗口的大小。
5、安装调试。
四、TE01δ模式介质谐振滤波器内部的耦合形式。
馈电处耦合
馈电处的耦合主要是用来满足滤波器设计外部Q 值的要求，根据 馈电点处的耦合带宽101BW KE g g =?，1
n n n BW KE g g +=?，转换为馈电点处的反射时延的关系11636.6T KE =,636.6n n
T KE =,可以设计某种耦合结构来满足馈电点处的反射时延要求。耦合方式基本上是一种探针形式，可以做成圆弧状围绕在谐振器边上，这种探针的长度、探针与谐振器之间的间距是影响到耦合强度的重要因素。
级间耦合
腔间的耦合是通过耦合窗口实现的，耦合窗口结构的设计要考虑电磁场阵列。窗口应该开在磁场最强的地方，且要与磁场方向保持一致。为了保证耦合的 TM01模式的频率远离TE01模式的耦合频率，窗口的宽度不能太大。TM01模式的藕荷要比TE01模式的强，并且窗口宽度的方向正好是磁场排列的方向。一对相对称的耦合腔之间有两个本征模。一个相对应的在他们之间插入了一个良电壁，另一个是在他们之间插入良磁壁而得到的。实际的场离散是两个本征模式的线形重
叠。对于磁耦合而言，因为在耦合区域的周围主要的扰乱能量是磁场所以磁壁的模式场在中间区域。
切线方向穿过窗口的磁场，看起来是不连续的，因为工作模式的磁场改变了符号穿过耦合窗口。但是局部的场强将会支配耦合窗口周围的局部的场强，使得整个切线方向的场强，连续的通过边界。相应的穿过相临腔的工作模式的磁场方向对于非相邻腔的耦合符号的确定是非常重要的.
交叉耦合
交叉耦合可以用来实现滤波器性能的改进,例如准椭圆函数,恒定时延和非对称响应.四组和三节构成的交叉耦合都被认为是构成对称和非对称传输零点的基本函数.相应的TE01模式腔体和他们等价的耦合谐振模式如下图.
磁耦合被认为是正的耦合可以由电感形式来表示.非相邻的耦合,它与相邻耦合符号相反,可以用认为是一种负的耦合,可以用电容来标注.标注交叉耦合的符号是非常有意义的,在平面上四组和三节里通过窗口来实现交叉耦合是不一样的,通过探针实现也是一样的道理.与其他形式的腔体,例如波导和同轴相比,它
的性能不是很真实,因为工作模式的场分布也是不相同的.
五、TE01δ模式介质谐振滤波器高低温解决方案。
滤波器高低温问题要求
介质滤波器因为其主要的电场都集中在谐振器内部，所以谐振器与谐振器之间，以及谐振器与输入输出端口之间的都不能够达到非常强的耦合，所以介质滤波器只适合用来做窄带相对带宽1~2%左右的滤波器。
窄带滤波器，带宽窄，带外抑制要求严格，所以要求滤波器在高低温环境下保持良好的温度稳定性，才能够满足客户要求。
改善方法
带通滤波器可近似看为是由几个单独的相同体积谐振腔，通过耦合窗口耦合在一起。所以要完成一个温度稳定性良好的介质滤波器，只需要调整介质材料配方、工艺，而改变介质谐振器的温度系数，然后在金属单腔内进行测试得到理想的温度曲线。
测试夹具
采用和滤波器相同材料的金属制成单腔，并在两端任意位置打孔安装测试探针，探针采用普通SMA接插件前端焊接少许柔韧性好的金属丝构成，将谐振器稳固安装于腔体中央，当金属探头与谐振器轴向位置垂直时，可以用来测试TE 模式,当金属探头与金属谐振器轴向平行时，可以用来测试TM模式。
六、TE01δ模式介质谐振滤波器平均功率解决方案。
6．1平均功率时出现的问题
平均功率容量又称为等幅波功率容量，平均功率容量主要会导致谐振器发热。介质滤波器中，谐振器材料主要由金属氧化物陶瓷构成，其下的支撑柱材料也是三氧化二铝陶瓷，谐振器与支撑柱之间是由胶沾结在一起的。陶瓷材料相比金属材料而言，不具备良好的导热性能和良好的延展性。当信号源发生较大功率的等幅波功率时，由于滤波器的绝大部分能量是聚集在谐振器内部，所以谐振器急剧变热，如果谐振器热量不能很快到通过粘胶、支撑柱、传导到金属腔壁上，
那么会产生两个非常严重的问题：
1、谐振器炸裂
如果谐振器成型烧结工艺不好，或者谐振器非常脆，谐振器、粘胶、和支撑柱材料热膨胀系数不能良好匹配的话，谐振器在急剧发热膨胀，但不能把热量有效传导出去的情况下，谐振器有可能炸裂，滤波器失效。
解决之道：
主要是介质谐振器供应商在谐振器技术上的体现。介质供应商，应该制造可靠性非常高的谐振器，选择适当的粘胶，适当的支撑柱设计，优良的制造、粘结工艺。
2、滤波器整体通带频率偏移
金属腔体在高温情况下，会膨胀内部容积变大，如果谐振器本身频率不变化的话，那么单腔的谐振频率会相低漂移，为了解决高低温下单个谐振腔的谐振频率漂移尽量少，谐振器的温度系数要做成正温度系数，并且屏蔽腔越小，则需要温度系数越大。
当平均功率施加时，谐振器发热，并且热量不能尽快的传导到金属腔体上，那么腔体不会发生膨胀，而谐振器单方面的发热，由于谐振器的正温度系数，谐振的频率向高漂移，使得滤波器的带外抑制不能够满足指标要求，通带内的插入损耗，驻波比变大，滤波器功能失效。
解决之道：
1、滤波器发热主要是因为滤波器内部的欧姆损耗引起的，要减小滤波器发热，最基本的是提高滤波器的内部的Qu,提高单个谐振器的无载Q能够有效的减小滤波器插入损耗，从而谐振器不会急剧变热，有利于滤波器内部尽快热平衡。
2、在保证滤波器温度稳定性的条件下，尽量的减小谐振器的温度系数使得谐振器发热时频率不至于漂移太多，在谐振频率发生漂移的情况下滤波器也能够满足规范书的要求。
3、单个谐振器的设计，谐振器是通过粘胶，支撑柱来安装到金属腔体上的，为了滤波器能够承受更大的平均功率，就要求谐振器材料，粘胶，以及支撑柱都
有较高的导热率。另外支撑柱的设计也是很关键的，支撑柱与谐振器粘结的地方应该是谐振器发热最严重的地方，一般是谐振器直径的三分之二的地方，支撑柱的高度不能过高，使得导热路径过长，也不能太低，使得谐振器离金属腔体太近使得Qu下降。如下图：
4、改变滤波器内部的耦合结构。由于滤波器输入端口处的谐振器承受功率较大，如果滤波器内部交叉耦合的处于输入端口时，传输零点很可能随着谐振器的发热发生漂移导致带外抑制不合格，所以在结构设计时应当使得交叉耦合远离输入端。
六个腔加两个传输零点的排腔方式
5、可以通过改变排腔方式以及传输零点的实现方式来改善平均功率的
承受能力，上图中的两个跨奇数节的交叉耦合何以由一个跨偶数节
的交叉耦合来实现两个带外对称的传输零点。
六腔加一对称飞的排腔方式
此种交叉耦合方式使得传输零点的能量由两个腔3、4来承受，相对前种排腔方式而言功率容量更大，但是这种交叉耦合方式由于滤波器的色散效应很难将传输零点调对称。
七、TE01δ模式介质谐振滤波器谐波问题。
TE01模式介质谐振器的谐波出现在工作频率的倍附近， 通信系统一般都对2次，到3次谐波是有抑制要求的，一般可用一个低通滤波器串在带通滤波器前级或后级来抑制谐波。在滤波器中间隔的排放金属谐振器和介质谐振器可以改善滤波器的谐波效应，但是这样也会降低滤波器的整体Qu,增加滤波器的插入损耗。
这种滤波器可以看做是一个介质的窄带滤波器和一个金属的宽带滤波器串联在一起，以上两种途径的插损估算公式如下：
111,,2
() 4.343, 4.343()
,,n n n n n n k u u IL gk m
g g Q DR Q M ωω-==+?+∑ 4211() 4.343, 4.343,,,n n k k u u IL gk n gk Q DR Q M
ω
ωωω
===+∑∑ 其中n ω，,gk n ，和,u Q DR 分别是滤波器相对带宽，滤波器低通原形参数，窄带DR
滤波器的无载Q 值。ωω,,gk ω,,u Q M 是宽带梳状线滤波器的相关参数。这种滤波器的尺寸相对于波导滤波器而言小了8~12倍，Q 值是相应金属谐振器的3~5倍。两种途径中第一种有可能使的滤波器Q 下降30%到50%，途径二有可能使得滤波器Q 下降5%到20%。如此看来途径一可以有效的减小滤波器体积，但是却增加很大的插入损耗，对于节数比较多的滤波器，看来途径2更是一种比较好的选择。
除此之外，滤波器的TM 模式对于 TE 模式而言对金属圆盘的调节更为敏感，当金属调节圆盘往下调节的时候，TE 模式频率往高漂移，而TM 模式迅速往下飘溢，所以在滤波器设计初期就应该优化使得DR 频率比较恰当的使得金属圆盘调节范围尽量小，这样可以使得TM 模式尽量远离通带，不干扰正常的工作模式。
常用的8种数字滤波算法 摘要：分析了采用数字滤波消除随机干扰的优点，详细论述了微机控制系统中常用的8种数字滤波算法，并讨论了各种数字滤波算法的适用范围。 关键词：数字滤波；控制系统；随机干扰；数字滤波算法 1 引言 在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。噪声有2大类：一类为周期性的，其典型代表为50 Hz 的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。 数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点： (1)数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。 (2)模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，从而降低了成本。 (3)数字滤波器可以对频率很低(如0.01 Hz)的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。 (4)数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 2 常用数字滤波算法 数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序列的装置。设数字滤波器的输入为X(n)，输出为Y(n)，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程式表示为： 其中：输入信号X(n)可以是模拟信号经采样和A/D变换后得到的数字序列，也
滤波器定义 Attenuation（衰减）信号在通过耗散网络或其他媒体时所导致的电压损耗（以 dB 为单位）。 Band Reject Filter（频带抑制滤波器）滤波器，其对一个频带的频率进行抑制而让较高或较低的频率通过。有时也称作带阻滤波器。 （带宽）带通滤波器的通带宽度是较低和较高转角频率之间的频差，诸如3 dB 点。Bandpass Filters（带通滤波器）滤波器，其让一个频带的频率通过而对较高和较低的频率进行抑制。 Bessel Function（贝塞尔函数）数学函数，用于在根本不考虑幅度响应的情况下在滤波器中产生最恒定的时间延迟。该函数十分接近于高斯函数。 Butterworth Function（巴特沃斯函数）数学函数，用于在根本不考虑时间延迟或相位响应的情况下在滤波器中产生最恒定的幅度响应。 Center Frequency（中心频率）(?0) 在标准带通滤波器中，中心频率是通过集合或算术方法计算出来的。 几何方法 算术方法 Characteristic Impedance（特征阻抗）滤波器的特征阻抗通常被认为是等于 L/C，其中L 是以亨利 (henry) 为单位的全系列电感应，而 C 是以法拉 (farad) 为单位的总旁路电容。特征阻抗是以欧姆 (ohm) 为量度的。
Chebyshev Function（切比雪夫函数）数学函数，用于生成在特定范围波动的曲线（见ripple/波纹）。这用于生成比巴特沃斯函数更接近矩形的幅度响应，但想要的相位和时间延迟特征较少。有一整套的切比雪夫函数（0.1 波纹、0.5 波纹，等等）。 Cut-Off Frequency（截止频率）( fc ) 低通滤波器中的上通带边缘或者高通滤波器中的下通带边缘。最靠近阻带的通带边缘，有时称作 3 dB 点。 Decibel（分贝）(dB) 增益或衰减单位，用于表示两个电压之比。用于描述电压增益、电压损耗、性能指数或任何可以作为两个电压之比来考虑的数值。以分贝定义为 20 Log (E1/E2)，其中 E1 和 E2 是两个电压，诸如输入和输出电压，或者峰值电压和平均电压，等等。 Dissipation（耗散）滤波器中由于电阻或磁芯损耗等而发生的能量损耗。 Distortion（失真）通常是指信号遭到修改从而产生不想要的末端效应。这些修改可以是与相位、幅度和延时等有关的。正弦波失真通常定义为正弦基波成分被去除后所剩余的信号功率的百分比。 Elliptic Function（椭圆函数）一个数学函数，用于借助若干个电路元件产生最接近矩形的相位滤波器相应。椭圆函数在通带和阻带两者中都有一个切比雪夫响应。椭圆函数滤波器的相位响应和瞬态响应要比任何传统的传递函数要差。 Envelope Delay（包络延迟）调相信号在通过滤波器时，其包络的传播时间延迟。有时也称作时间延迟或群延时。包络延迟与移相响应与频率曲线之比成比例。包络延迟失真是当延时在通带区域中所有频率处并不都恒定时发生的。 Filter Q（滤波器 Q）带通和频带抑制滤波器的一个重要参数:
摘要：开关电源中常用EMI滤波器抑制共模干扰和差模干扰。三端电容器在抑制开关电源高频干扰方面有良好性能。文中在开关电源一般性能EMI滤波器电路结构基础上，给出了使用三端电容器抑制高频噪声的滤波器结构。并使用PSpice软件对插入损耗进行仿真，给出了仿真结果。 1 开关电源特点及噪声产生原因 随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。 开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。 2 EMI滤波器的结构 开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx和共模电容Cy。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。为了更好地抑制共模噪声； 共模扼流圈应选用磁导率高，高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容，取值范围一般在0．1～1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号，取值范围一般为2200～6800 pF。常选
1数字滤波器的应用领域 在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波，实现滤波功能的系统称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛，这里只列举部分应用最成功的领域。 (1) 语音处理 语音处理是最早应用数字滤波器的领域之一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。该领域主要包括5个方面的内容：第一，语音信号分析。即对语音信号的波形特征、统计特性、模型参数等进行分析计算；第二，语音合成。即利用专用数字硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音；第三，语音识别。即用专用硬件或计算机识别人讲的话，或者识别说话的人；第四，语音增强。即从噪音或干扰中提取被掩盖的语音信号。第五，语音编码。主要用于语音数据压缩，目前已经建立了一系列语音编码的国际标准，大量用于通信和音频处理。近年来，这5个方面都取得了不少研究成果，并且，在市场上已出现了一些相关的软件和硬件产品，例如，盲人阅读机、哑人语音合成器、口授打印机、语音应答机，各种会说话的仪器和玩具，以及通信和视听产品大量使用的音频压缩编码技术。 (2) 图像处理 数字滤波技术以成功地应用于静止图像和活动图像的恢复和增强、数据压缩、去噪音和干扰、图像识别以及层析X射线摄影，还成功地应用于雷达、声纳、超声波和红外信号的可见图像成像。 (3) 通信 在现代通信技术领域内，几乎没有一个分支不受到数字滤波技术的影响。信源编码、信道编码、调制、多路复用、数据压缩以及自适应信道均衡等，都广泛地采用数字滤波器，特别是在数字通信、网络通信、图像通信、多媒体通信等应用中，离开了数字滤波器,几乎是寸步难行。其中，被认为是通信技术未来发展方向的软件无线电技术，更是以数字滤波技术为基础。 (4) 电视 数字电视取代模拟电视已是必然趋势。高清晰度电视的普及指日可待，与之配套的视频光盘技术已形成具有巨大市场的产业；可视电话和会议电视产品不断更新换代。视频压缩和音频压缩技术所取得的成就和标准化工作，促成了电视领域产业的蓬勃发展，而数字滤波器及其相关技术是视频压缩和音频压缩技术的重要基础。 (5) 雷达 雷达信号占有的频带非常宽，数据传输速率也非常高，因而压缩数据量和降低数据传输速率是雷达信号数字处理面临的首要问题。高速数字器件的出现促进了雷达信号处理技术的进步。在现代雷达系统中，数字信号处理部分是不可缺少的，因为从信号的产生、滤波、加工到目标参数的估计和目标成像显示都离不开数字滤波技术。雷达信号的数字滤波器是当今十分活跃的研究领域之一。 (6) 声纳
实验四十二 电力电子电路滤波器设计 （信号与系统—电力电子学综合实验） 一、实验原理 1. 滤波器及种类 滤波器是由集中参数或分布参数的电阻、电感和电容构成的网络，把叠加在有用信号上的噪声分离出来。采用滤波的方法，就是不阻止具有有用频率的工作信号通过，而衰减非工作信号的干扰的频率成分。从信号频谱分析的原理上说，滤波器就是压缩或降低干扰信号的频谱（通常远高于信号频谱），使传导出去的干扰值不超过规范要求的限值。滤波技术是抑制电气、电子设备传导电磁干扰的重要措施之一。 用无损耗的电抗元件构成的滤波器能阻止噪声通过，并把它反射回信号线；用有损耗元件构成的滤波器能将不期望的频率成分吸收掉。在抗干扰和滤除高频信号的情况下常用低通滤波器。 滤波器对抑制感性负载瞬变噪声有很好的效果；电源输入端接入一定结构形式的滤波器后能降低来自电网的干扰和谐波，或抑制来自电力电子装置的干扰和谐波对电网的侵害。 设计滤波器时，必须注意电容、电感等元器件的寄生特性（如电感的寄生电容和电容的寄生电感等），以避免滤波特性偏离预期值。在滤波电路中，通常还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容、铁氧体磁环等（特别适合于高频滤波场合），它们能改善滤波器的高频特性。适当地设计或选择滤波器，并正确安装和使用滤波器，是电力电子技术和抗干扰技术的重要组成部分。 滤波器分有源和无源两种。本实验主要研究无源滤波器的设计和应用。 滤波器按类型一般分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、吸收滤波器、有源滤波器和专用通滤波器。滤波器按电路一般分为单容型(C型)、单电感型(L 型)、Γ型、反Γ型、T型和 p 型。不同结构的电路合适于不同的源阻抗和负载阻抗。 选择滤波器的原则，一般根据干扰源的特性、频率范围、电压和阻抗等参数及负载特性的要求综合考虑： (1). 要求电磁干扰滤波器在相应工作频段范围内，能满足负载要求的衰减特性，若一种滤波器衰减量不能满足要求时，则可采用多级联，可以获得比单级更高的衰减，不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好衰减特性。 (2).要满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求，如果要抑制的频率和有用信号频率非常接近时，则需要频率特性非常陡峭的滤波器，才能满足把抑制的干扰频率滤掉，只允许通过有用频率信号的要求。
非常好的滤波器基础知识 滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一，主要是用来作频率选择----让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号。经典的滤波器应用实例是接收机或发射机前端，如图1、图2所示： 从图1中可以看到，滤波器广泛应用在接收机中的射频、中频以及基带部分。虽然对这数字技术的发展，采用数字滤波器有取代基带部分甚至中频部分的模拟滤波器，但射频部分的滤波器任然不可替代。因此，滤波器是射频系统中必不可少的关键性部件之一。滤波器的分类有很多种方法。例如：按频率选择的特性可以分为：低通、高通、带通、带阻滤波器等； 按实现方式可以分为：LC滤波器、声表面波/体声波滤波器、螺旋滤波器、介质滤波器、腔体滤波器、高温超导滤波器、平面结构滤波器。 按不同的频率响应函数可以分为：切比雪夫、广义切比雪夫、巴特沃斯、高斯、贝塞尔函数、椭圆函数等。 对于不同的滤波器分类，主要是从不同的滤波器特性需求来描述滤波器的不同特征。 滤波器的这种众多分类方法所描述的滤波器不同的众多特征，集中体现出了实际工程应用中对滤波器的需求是需要综
合考量的，也就是说对于用户需求来做设计时，需要综合考虑用户需求。 滤波器选择时，首先需要确定的就是应该使用低通、高通、带通还是带阻的滤波器。 下面首先介绍一下按频率选择的特性分类的高通、低通、带通以及带阻的频率响应特性及其作用。 巴特沃斯切比雪夫带通滤波器 巴特沃斯切比雪夫高通滤波器 最常用的滤波器是低通跟带通。低通在混频器部分的镜像抑制、频率源部分的谐波抑制等有广泛应用。带通在接收机前端信号选择、发射机功放后杂散抑制、频率源杂散抑制等方面广泛使用。滤波器在微波射频系统中广泛应用，作为一功能性部件，必然有其对应的电性能指标用于描述系统对该部件的性能需求。对应不同的应用场合，对滤波器某些电器性能特性有不同的要求。描述滤波器电性能技术指标有： 阶数（级数） 绝对带宽/相对带宽 截止频率 驻波 带外抑制 纹波 损耗
电源滤波器基本知识 一、术语定义 1. 额定电压 EMI滤波器用在指定电源频率的工作电压（中国：250V, 50Hz，欧洲：230V, 50Hz;美国：115V, 60Hz） 2. 额定电流 在额定电压和指定温度条件下（常为环境温度40C）, EMI滤波器所允许的最大连续工作电流（Imax）。在其他环境温度下的最大允许工作电流是环境温度的函数，可用如下公式得出：|op=ln皿刁r鬲 3. 试验电压 在EMI滤波器的指定端子之间和规定时间内施加的电压。试验电压分为两种，- 种是加载在电源（或负载）端子之间，称为线-线试验电压；另一种是加载在电源（或负载）任一端与接地端（或滤波器金属外壳）之间，称为线-地试验电压。 4. 泄漏电流 EMI滤波器加载额定电压后，断开滤波器的接地端与电源安全地线的条件下，测得接地端到电源（或负载）任一端间的电流，该值直接与接地电容的容量有关，可由如下公式得出： l LC=2x^x FxCxV 其中 F为工作频率， C为接地电容的容量， V为线-地电压 5. 插入损耗 是衡量滤波器效果的指标。指的是在一定条件下，EMI滤波器对干扰信号的衰减能力。它用滤波器插入前信号源直接传送给负载的功率和插入后传送给负载的功率的对数来描述。在50Q系统内测试时，可用下式来表示： IL=20Lg（E0/E1） 其中，IL-插入损耗（单位：dB） EO-负载直接接到信号源上的电压 E1-插入滤波器后负载上的电压 6. 气候等级 指EMI滤波器的工作环境等级，按IEC规定应按以下方式标注：XX/XXX/XX 前2位数字代表滤波器的最低工作温度
中间数字代表滤波器的最高工作温度 后2位数字代表质量认定时在规定稳态湿热条件下的试验天数 7. 绝缘电阻 绝缘电阻是指滤波器相线，中线对地之间的阻值。通常用专用绝缘电阻表测试。 8. 电磁干扰（EMI） 电磁干扰经常与无线电频率干扰（RFI ）交替使用。从技术上来说，EMI指的是能量形式（电磁），然而RFI指的是噪声频率的范围。滤波器用以消除EMI和RFI中的多余电磁能。 9. 频率范围 电磁能量的频率带宽常用赫兹（Hz,每秒循环次数），千赫（KHz,每秒循环千次数）表示。电源滤波器的典型频率范围在150kHz to 30MHz （超过30MHz即为辐射） 10. 阻抗失配 为了达到更好的滤波效果，要使滤波器与它的源阻抗和负载阻抗失配。如图所示。 11.工作频率 电源滤波器的工作频率标称值为50/60Hz（中国、欧洲等为50Hz;北美为60Hz）然而，电源滤波器在直流或400Hz的情况下工作，并不会损害其效力。 二、滤波器的作用
电源滤波器基本知识
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电源滤波器基本知识 一、术语定义 1. 额定电压 EMI滤波器用在指定电源频率的工作电压（中国：250V, 50Hz，欧洲： 230V，50Hz；美国：115V, 60Hz) 2.额定电流 在额定电压和指定温度条件下（常为环境温度40℃），EMI滤波器所允许的最大连续工作电流（Imax）。在其他环境温度下的最大允许工作电流是环境温度的函 数，可用如下公式得出： 3.试验电压 在EMI滤波器的指定端子之间和规定时间内施加的电压。试验电压分为两种，一种是加载在电源（或负载）端子之间，称为线-线试验电压；另一种是加载在电源（或负载）任一端与接地端（或滤波器金属外壳）之间，称为线-地试验电压。 4.泄漏电流 EMI滤波器加载额定电压后，断开滤波器的接地端与电源安全地线的条件下，测得接地端到电源（或负载）任一端间的电流，该值直接与接地电容的容量有关，可由如下公式得出： 其中 F为工作频率， C为接地电容的容量， V为线-地电压 5.插入损耗 是衡量滤波器效果的指标。指的是在一定条件下，EMI滤波器对干扰信号的衰减能力。它用滤波器插入前信号源直接传送给负载的功率和插入后传送给负载的功率的对数来描述。在50Ω系统内测试时，可用下式来表示： IL=20Lg(E0/E1) 其中，IL-插入损耗（单位：dB） EO-负载直接接到信号源上的电压 E1-插入滤波器后负载上的电压 6.气候等级
指EMI滤波器的工作环境等级，按IEC规定应按以下方式标注：XX/XXX/XX 前2位数字代表滤波器的最低工作温度 中间数字代表滤波器的最高工作温度 后2位数字代表质量认定时在规定稳态湿热条件下的试验天数 7. 绝缘电阻 绝缘电阻是指滤波器相线，中线对地之间的阻值。通常用专用绝缘电阻表测试。 8. 电磁干扰（EMI） 电磁干扰经常与无线电频率干扰（RFI）交替使用。从技术上来说，EMI指的是能量形式（电磁），然而RFI指的是噪声频率的范围。滤波器用以消除EMI和RFI中的多余电磁能。 9. 频率范围 电磁能量的频率带宽常用赫兹（Hz，每秒循环次数），千赫（KHz, 每秒循环千次数）表示。电源滤波器的典型频率范围在150kHz to 30MHz（超过30MHz，即为辐射） 10.阻抗失配 为了达到更好的滤波效果，要使滤波器与它的源阻抗和负载阻抗失配。如图所示。 11.工作频率
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认证部物料培训 滤波器 主讲人：邹一鸣
一、滤波器的定义 滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。 主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。 滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间‘是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。随着数字式电子计算机(一般简称计算机)技术的产生和飞速发展，为了便于计算机对信号进行处理，产生了在抽样定理指导下将连续时间信号变换成离散时间信号的完整的理论和方法。也就是说，可以只用原模拟信号在一系列离散时间坐标点上的样本值表达原始信号而不丢失任何信息，波、波形、信号这些概念既然表达的是客观世界中各种物理量的变化，自然就是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息需要传播，靠的就是波形信号的传递。信号在它的产生、转换、传输的每一个环节都可能由于环境和干扰的存在而畸变，有时，甚至是在相当多的情况下，这种畸变还很严重，以致于信号及其所携带的信息被深深地埋在噪声当中了。 滤波，本质上是从被噪声畸变和污染了的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。 二、滤波器的分类 滤波器按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器 模拟滤波器可以分为声表滤波器和介质滤波器 三、声表滤波器的原理及特点 声表面波滤波器是利用石英、铌酸锂、钛酸钡晶体具有压电效应做成的。所谓压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为声表面波。声表面波滤波器的英文缩写为SAWF，声表面波滤波器具有体积小，重量轻、性能可靠、不需要复杂调整。在有线电视系统中实现邻频传输的关键器件。
引言 滤波器是一种二端口网络。它具有选择频率的特性，即可以让某些频率顺利通过，而对其它频率则加以阻拦，目前由于在雷达、微波、通讯等部门，多频率工作越来越普遍，对分隔频率的要求也相应提高；所以需用大量的滤波器。再则，微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用，像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的，都需用相应的滤波器。更何况，随着集成电路的迅速发展，近几年来，电子电路的构成完全改变了，电子设备日趋小型化。原来为处理模拟信号所不可缺少的LC型滤波器，在低频部分，将逐渐为有源滤波器和陶瓷滤波器所替代。在高频部分也出现了许多新型的滤波器，例如：螺旋振子滤波器、微带滤波器、交指型滤波器等等。虽然它们的设计方法各有自己的特殊之点，但是这些设计方法仍是以低频“综合法滤波器设计”为基础，再从中演变而成，我们要讲的波导滤波器就是一例。 通过这部分内容的学习，希望大家对复变函数在滤波器综合中的应用有所了解。同时也向大家说明：即使初看起来一件简单事情或一个简单的器件，当你深入地去研究它时，就会有许多意想不到的问题出现，解决这些问题并把它用数学形式来表示，这就是我们的任务。谁对事物研究得越深，谁能提出的问题就越多，或者也可以说谁能解决的问题就越多，微波滤波器的实例就能很好的说明这个情况。我们把整个问题不断地“化整为零”，然后逐个地加以解决，最后再把它们合在一起，也就解决了大问题。这讲义还没有对各个问题都进行详细分析，由此可知提出问题的重要性。希望大家都来试试。 第一部分滤波器设计 §1-1滤波器的基本概念 图1 图1的虚线方框里面是一个由电抗元件L和C组成的两端口。它的输入端1-1'与电源相接，其电动势为E g，内阻为R1。二端口网络的输出端2－2'与负载R2相接，当电源的频率为零（直流）或较低时，感抗jωL很小，负载R2两端的电压降E2比较大（当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率）。 但是，当电流的频率很高时，一方面感抗jωL变得很大，另一方面容抗－j/ωC 却很小，电感L上有一个很大的压降，电容C又几乎把R2短路，所以，纵然电源的电动势E g保持不变，负载R两端的压降E2也接近于零。换句话说，R2不能从电源取得多少功率。网络会让低频信号顺利通过，到达R2，但阻拦了高频信号，使R2不受它们的作用，那些被网络A（或其他滤波器）顺利通过的频率构成一个“通带”，而那些受网络A 阻拦的频率构成一个“止带”，通带和止带相接频率称为截止频率。 什么机理使网络A具有阻止高频功率通过的能力呢？网络A是由电抗元件组成的，而电抗元件是不消耗功率的，所以，高频功率并没有被网络A吸收，在图一所示的具体情况中，它有时贮存于电感L的周围，作为磁能；在另一些时间，它又由电感L交
数字滤波器是现在电视中常用的电路元件之一。数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器是一个离散时间系统（按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置）。应用数字滤波器处理模拟信号时，首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍，其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性，且以折叠频率即1／2抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号，数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器. 阶数越高，截止频率等参数越精确，但是电路结构也越复杂。简单说比如你的截止频率是100HZ，你只有2阶的话可能实际的截止平率是95-1000HZ，衰减比较慢，但如果是20阶的话，可能截止
频率就变成了95-105HZ，衰减很快。但是阶数上升，实际电路的结构就会非常的复杂，浪费资源。 先听我慢慢说啊，先说傅里叶变换，然后再说滤波器，就懂了。 周期信号可以用一系列的不同频率不同幅度的正弦信号表示出来，就是傅里叶级数。 而非周期信号亦可以，比如门信号，它的傅氏变换是抽样信号，意思就是，它可以用的一系列不同频率的正弦信号表示，比如有：频率为0.1Hz幅度为2的正弦，频率为0.2Hz幅度为1的正弦，频率为0.25幅度为a的正弦……这些无数个的所谓的“频率为某Hz幅度为某”的正弦波叠加之后，就成了门信号。 从门信号的频谱图可看出：用来表示门信号的一系列频率连续的无数个的正弦波幅度是不同的，甚至有些是0 。尤其频率越高的正弦波，它们的幅度普遍很小，因为这些频率成分是表示细节（门信号的棱角）的。另一方面，低频成分显示的是门信号的轮廓。
开关电源ＥＭＩ滤波器的正确选择与使用 １插入损耗和滤波电路的选择 在用户选择滤波器时，最关心插入损耗性能。但是，往往插入损耗相近的滤波器，在实际运用中效果相差甚远。究其主要原因是，相近插入损耗的滤波器可由不同的电路实现。这和理论分析是吻合的，因为插入损耗本身是个多解函数。 所以，选择滤波器时首先应选择适合你所用的滤波电路和插入损耗性能。要做到这一点，就要求了解所使用电源的等效噪声源阻抗和所需要对噪声的抑制能力。这符合“知己知彼，百战百殆”的客观规律。 那么滤波电路和电源等效噪声之间存在什么样的关系呢？ 众所周知，ＥＭＩ滤波器是由Ｌ、Ｃ构成的低通器件。为了在阻带内获得最大衰减，滤波器输入端和输出端的阻抗需与之连接的噪声源阻抗相反，即对低阻抗噪声源，滤波器需为高阻抗（大的串联电感）；对高阻抗噪声源，滤波器就需为低阻抗（大的并联电容）。对于ＥＭＩ滤波器，这些原则应用于共模和差模中。 如按此原则选用的滤波器，在实际运用中仍存在效果相差很多的现象，特别发生在重载和满载的情况下。造成这一问题的主要原因可能是滤波器中的电感器件在重载和满载时，产生饱和现象，致使电感量迅速下降，导致插入损耗性能大大变坏。其中尤以有差模电感的滤波器为多。因差模电感要流过电源火线或零线中的全部工作电流，如果差模电感设计不当，电流一大，就很容易饱和。当然也不排除共模扼流圈，因生产工艺水平较差，两个绕组不对称，造成在重载或满载时产生磁饱和的可能。 图1 共模滤波器模型 1.1.2差模滤波电路 由于开关电源的开关频率谐波噪声源阻抗为低阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。 ＡＣ电网火线和零线之间是低阻抗，所以与之对应的滤波器输入端也应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。如果想再进一步抑制差模噪声，可以在滤波器输入端并接线间电容ＣＸ１，条件是它的阻抗要比ＡＣ电网火线、零线之间的阻抗还要低得多。 开关电源工频谐波噪声源阻抗是高阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是低阻抗并联大电容ＣＸ２。 合成的差模滤波电路参见图２。 最后，完整的共、差模滤波电路参见图３。
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
开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。以下是开关电源AC和DC的输入滤波电路原理： 1、AC输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、 F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。
经典 无源低通滤波器的设计
团队：梦知队 团结奋进，求知创新，追求卓越，放飞梦想 队员： 日期：2010.12.10 目录 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建 (3) 1.1 理论分析 (3) 1.2 电路组成 (4) 1.3 一阶无源RC低通滤波电路性能测试 (5) 1.3.1 正弦信号源仿真与实测 (5) 1.3.2 三角信号源仿真与实测 (10) 1.3.3 方波信号源仿真与实测 (15) 第二章二阶无源LC低通滤波电路的构建 (21) 2.1理论分析 (21) 2.2 电路组成 (22) 2.3 二阶无源LC带通滤波电路性能测试 (23) 2.3.1 正弦信号源仿真与实测 (23) 2.3.2 三角信号源仿真与实测 (28)
2.3.3 方波信号源仿真与实测 (33) 第三章结论与误差分析 (39) 3.1 结论 (39) 3.2 误差分析 (40) 第一章一阶无源RC低通滤波电路的构建1.1理论分析 滤波器是频率选择电路，只允许输入信号中的某些频率成分通过，而阻止其他频率成分到达输出端。也就是所有的频率成分中，只是选中的部分经过滤波器到达输出端。 低通滤波器是允许输入信号中较低频率的分量通过而阻止较高频率的分量。 图1 RC低通滤波器基本原理图 当输入是直流时，输出电压等于输入电压，因为Xc无限大。当输入
频率增加时，Xc减小，也导致Vout逐渐减小，直到Xc=R。此时的频率为滤波器的特征频率fc。 解出，得： 在任何频率下，应用分压公式可得输出电压大小为： 因为在＝时，Xc=R，特征频率下的输出电压用分压公式可以表述为： 这些计算说明当Xc=R时，输出为输入的70.7%。按照定义，此时的频率称为特征频率。 1.2电路组成
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：
经典滤波器与现代滤波器 经典滤波器就是我们熟知的FIR和IIR，经典滤波器要求对输入信号的频率范围已知，从功能上可划分为： 低通滤波器（LPF） 高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BSF） 陷波滤波器（Notch Filter） 上面的图示是滤波器的增益曲线（Gain Curve）. 现代滤波器适用于输入信号中含有混叠干扰频率，常见的包括： 维纳滤波器 卡尔曼滤波器 自适应滤波器 …… 对于现代滤波器，有时间要一个个进行研究。 数字滤波器的技术指标 滤波器的技术指标通常是以频率响应的幅值特性（或者说上面提到的增益曲线）来表征，IIR 很难实现线性相位，因此一般不考虑相位特性，若要求相位特性，则可使用FIR设计。 滤波器设计指标定义图 在以上的指标中，往往使用衰减指标，滤波器衰减是指信号经过滤波器后信号强度的减少,专指信号功率幅度损失,等于20*log(输出功率/输入功率，单位为分贝(dB). 通带衰减 由图可知，越小滤波器性能越好，即越小越好。 阻带衰减
由图可知，越小滤波器性能越好，即越大越好。 若在处幅值H=时，=3dB，则称为3dB截止频率。我们常说的带宽就是指3dB点间的频率宽度。 滤波器设计中的其它概念： 中心频率(Center Frequency) 滤波器中心频率是指一个滤波器高低3dB频率间的中心频率，该中心频率可以是高低3dB频率的几何平均数或算术平均数。 算术平均数 几何平均数 品质因数(Qaulity Factor) 品质因数通常是用来衡量电感或电容品质的参数，等于相应的电抗与电阻之比。在带通滤波器中，负载Q(Loaded Q)等于该带通滤波器的中心频率与3dB带宽之比。 滤波器衰减纹波示意图 通带纹波(Passband Ripple) 滤波器通带纹波是指在通带内衰减的波浪状变化,见上述滤波器衰减纹波释义图。滤波器产生的原因之一是由于负债不匹配。 反射损耗(Return/Reflection Loss) 滤波器反射损耗是指滤波器由于所接负载不匹配，由滤波器输出端反射回输入端的能量。滤波器反射损耗可用驻波比(VSWR)来定义，单位为分贝。理想情况下，滤波器所接负载匹配即驻波比(VSWR)等于1，此时反射损耗为负无穷大分贝。 反射损耗的概念在射频电子电路设计中非常常见。 相对衰减(Relative Attenuation) 滤波器相对衰减指的是相对于零分贝，滤波器所产生的最小衰减。见上述滤波器衰减纹波释义图。
开关电源输入EMI滤波器设计与仿真 1 开关电源特点及噪声产生原因 随着电子技术的高速发展，电子设备种类日益增多，而任何电子设备都离不开稳定可靠的电源，因此对电源的要求也越来越高。开关电源以其高效率、低发热量、稳定性好、体积小、重量轻、利于环境保护等优点，近年来取得快速发展，应用领域不断扩大。开关电源工作在高频开关状态，本身就会对供电设备产生干扰，危害其正常工作；而外部干扰同样会影响其正常工作。开关电源干扰主要来源于工频电流的整流波形和开关操作波形。这些波形的电流泄漏到输入部位就成为传导噪声和辐射噪声，泄漏到输出部位就形成了波纹问题。考虑到电磁兼容性的有关要求，应采用EMI电源滤波器来抑制开关电源上的干扰。文中主要研究的是开关电源输入端的EMI滤波器。 2 EMI滤波器的结构 开关电源输入端采用的EMI滤波器是一种双向滤波器，是由电容和电感构成的低通滤波器，既能抑制从交流电源线上引入的外部电磁干扰，还可以避免本身设备向外部发出噪声干扰。开关电源的干扰分为差模干扰和共模干扰，在线路中的传导干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰是火线与零线之间产生的干扰，共模干扰是火线或零线与地线之间产生的干扰。抑制差模干扰信号和共模干扰信号普遍有效的方法就是在开关电源输入电路中加装电磁干扰滤波器。EMI滤波器的电路结构包括共模扼流圈(共模电感)L，差模电容Cx 和共模电容Cy。共模扼流圈是在一个磁环(闭磁路)的上下两个半环上，分别绕制相同匝数但绕向相反的线圈。两个线圈的磁通方向一致，共模干扰出现时，总电感迅速增大产生很大的感抗，从而可以抑制共模干扰，而对差模干扰不起作用。为了更好地抑制共模噪声，共模扼流圈应选用磁导率高，高频性能好的磁芯。共模扼流圈的电感值与额定电流有关。差模电容Cx通常选用金属膜电容，取值范围一般在0．1～1μF。Cy用于抑制较高频率的共模干扰信号，取值范围一般为2200～6800 pF。常选用自谐振频率较高的陶瓷电容。由于接地，共模电容Cy上会产生漏电流Ii-d。因为漏电流会对人体安全造成伤害，所以漏电流应尽量小，通常<1．0 mA。共模电容取值与漏电流大小有关，所以不宜过大，取值范围一般为2200～4700 pF。R为Cx的泄放电阻。电源滤波器的性能很大程度上取决于其端阻抗，根据信号传输理论，滤波器输入端与电源端的端接、滤波器输出端与负载端的端接应遵循阻抗极大不匹配原则。因此，滤波器设计时应遵循：(1)源内阻是高阻(低阻)的，滤波器输入阻抗就应该是低阻(高阻)；(2)负载是高阻(低阻)的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻(高阻)。对EMI信号来说，电感是高阻，电容是低阻，则有图1中的4种滤波器选用类型。 电源滤波器一般用来抑制30 MHz以下频率范围的噪音，但对30 MHz以上的辐射发射干扰也有一定的抑制作用。根据开关电源共模、差模干扰的特点。可以按干扰的分布大概划