滤波器组基础知识60页PPT

滤波器基本知识介绍
contents
目录
• 滤波器概述 • 滤波器的工作原理 • 常见滤波器类型 • 滤波器的设计 • 滤波器的应用 • 滤波器的发展趋势与未来展望
01
滤波器概述
滤波器的定义
01
滤波器是一种电子设备，用于将 输入信号中的特定频率成分提取 或抑Biblioteka ，从而改变信号的频谱。02
滤波器通常由电感器和电容器组 成的网络构成，通过调整元件的 参数和连接方式，可以实现对不 同频率信号的选择性处理。
滤波器的传递函数可以通过系统的差分方程来计算，也可以 通过系统的状态方程来计算。传递函数的特性决定了滤波器 的性能和行为，因此在进行滤波器设计时，需要仔细考虑传 递函数的特性，以确保滤波器的性能符合要求。
03
常见滤波器类型
低通滤波器
总结词
允许低频信号通过，抑制高频信号的滤 波器
VS
详细描述
低通滤波器（Low Pass Filter, LPF）是一 种让低频信号通过而抑制高频信号的电路 或系统。其作用是降低信号中的高频噪声， 保留低频或直流分量。在频域上，低通滤 波器表现为一个下凹的频率响应曲线，其 截止频率（f0）是滤波器开始显著降低的 频率点。
带通滤波器
总结词
允许一定频率范围内的信号通过，抑制其他频率信号的滤波器
详细描述
带通滤波器（Band Pass Filter, BPF）是一种允许特定频率范围内的信号通过，抑制该范围外信号的电路或系统。 在频域上，带通滤波器表现为一个有一定带宽和中心频率的频率响应曲线。带通滤波器在通信、雷达、音频处理 等领域有广泛应用。
图像平滑
频域变换
通过滤波器降低图像中的噪声，改善 图像质量。
通过滤波器对图像进行频域变换，实 现图像压缩、加密等处理。

谢谢！
滤波器基本知识介绍讲 解
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿

（二）根据滤波的实现方法和型式分
递归型
N
N
y(n) ai x(n i) bi y(n i)
i0
i 1
N
非递归型
y(n) ai x(n i)
2020/4/14 FFT
i0
热能工程系
18
三、数字滤波器的设计和实现
设计：由给定的规定求找滤波器的转移函数 实现：按照转移函数获得实际的数字滤波系统
2
1 (1 2 )2 ( 2 )2
1 (1 2 )2
2 2
1 2 2
1 4
2 2
1
1
4
热能工程系
6
2. 切比雪夫近似
H(
j )
2
1
1
Tn ( )2
H (s) H0 Vn (s)
Tn() Vn()
n阶切比雪夫多项式 切比雪夫滤波多项式
0.5db波纹 n=1 S+2.863 n=2 S2+1.425S+1.516
R2 R5
C1 C3C4
C3 C4
C4 C3
选择性因子
2020/4/14
热能工程系
12
三、设计方法
1. 选类型，阶数 2. 去归一化（所有手册给出的都是归一化传输函数 3. 多路反馈实现，求元件值
H() H0
归一化 去归一化
H(’) H0
'
0
0
1
’
推广到复数
s' s
0
2020/4/14
z2 z 2
结果 X (z) 1 z1 4z2 由此得 x(0)=1, x(1)=-1, x(2)=4,...
z3
z 1 2z1

861 102 842 100 881 98 92 90 97 91 90 88
100 101 918 927 1010 79 96 106 1203 935 892 67 87 121 817 924 871 72 86 133 99 103 85 75 92 99 111 102 78 74 95 102 121 111 112 73
86 102 84 100 88 98 92 90 97 91 90 88
100 101 98 97 100 791 96 106 103 95 89 672 87 121 87 94 87 721 86 133 99 103 85 75 92 99 111 102 78 74 95 102 121 111 112 73
826 1012 834 1020 828 981 92 90 97 91 90 88
100 101 98 97 100 79 916 1026 1103 95 89 67 827 1231 827 94 87 72 816 1323 919 103 85 75 92 99 111 102 78 74 95 102 121 111 112 73
卷积运算定义为：
fx,yT*fx,y
m i01m j01Ti,jfxim21,yjm21
当m 3时
fx,y T0,0f x 1,y 1 T0,1f x 1,y T0,2f x 1,y 1 T1,0f x,y 1 T1,1f x,y T1,2f x,y 1 T2,0f x1,y 1 T2,1f x 1,y T2,2f x1,y 1
[f(m,)nh(im, jn)]
mn
f(x,y)为输入图像，h(x,y)为滤波函数
空域滤波基本原理
R w ( 1 , 1 )f(x 1 ,y 1 ) w ( 1 ,0 )f(x 1 ,y ) w ( 1 ,1 )f(x 1 ,y 1 ) w (0 , 1 )f(x ,y 1 ) w (0 ,0 )f(x ,y ) w (0 ,1 )f(x ,y 1 ) w (1 , 1 )f(x 1 ,y 1 ) w (1 ,0 )f(x 1 ,y ) w (1 ,1 )f(x 1 ,y 1 )

应。
二维信号滤波器原理
图像处理
二维信号滤波器主要用于图像处 理，以改善图像的质量或提取图
像中的特定信息。
卷积与滤波
二维信号滤波器通过与图像进行卷 积来处理图像，以实现图性， 对图像中的特定方向进行增强或抑 制。此外，它们也可以在空间域内 对图像进行处理。
滤波器的主要功能是提取感兴趣的频率成分，同时抑制不需要的频率成分。它广 泛应用于通信、音频处理、图像处理、电力等领域。
滤波器的分类
根据不同的分类方法，滤波器可以分为 多种类型。常见的分类包括
4. 带阻滤波器（Notch Filter）：允许 特定频率范围以外的信号通过，抑制特 定频率范围内的信号。
滤波器的优化设计
最优准则的选择
01
最小均方误差准则（ MMSE）
该准则以最小化输出信号的均方误差 为目标，通过优化滤波器参数，使得 输出信号与期望信号之间的误差最小 。
02
最大信噪比准则（ MSNR）
该准则以最大化滤波器输出信号的信 噪比为目标，通过优化滤波器参数， 使得输出信号的信噪比最大化。
03
号处理和控制系统等领域。
基于变换域的滤波器
频域
频域滤波器是基于傅里叶变换的，它可以将时域信号转换到频域，从而更容易 地去除噪声和干扰。
小波变换域
小波变换域滤波器是基于小波变换的，它可以将信号分解成不同的频率分量， 并对每个分量进行独立的滤波处理。这种方法在信号处理中得到了广泛应用。
05
CATALOGUE
在保证滤波器稳定性的前提下，尽量减小滤波器 的参数数量。
设计过程的优化算法
梯度下降法
该算法通过计算目标函数对优化变量的梯度，并按照负梯度方向 更新优化变量的值，从而逐渐逼近最优解。

dB
dB
由此看出二 阶比一阶滤流 效果好.
8
9
10
11
12
13
波特图仪
波特图仪(BodePlotter)是一种测量和显示被测电路幅频、 相频特性曲线的仪表。在测量时，它能够自动产生一个频 率范围很宽的扫频信号，常用于对滤波电路特性进行分析。 波特图仪有两组端口，左侧IN是输入端口，其“+”、“—” 输入端分别接被测电路输入端的正、负端子，右 OUT是输出端。 注意：①电路中任何交流源的频率都不会影响到波特图仪 对电路特性的测量。
j)
c2
A02 2 j c
1Q
A0
c 212Q c 2
C看成短路， vi vp.
AVF
1
Rf R1
A0
0 A(j) 0
C A (j ) A 0/ 219
20
3 有源带通滤波电路.
1）电路组成
低通ωH>高通ωL.
21
22
23
24
25
26
3．幅频响应：令S=jω.
A( j)
( j)2
AVFc2
c
Q
(
j)c2
2
AVFc2
c
Q
jc2
同
除c2
AVF
1c22 j
Qc
1c
A0 2
j
Qc
20lgA(j) 20lg
1
A0
1c 22Qc
2
7
ω=0时， A(j) A
A(j)
c
10c..
Q
lgA(j) A
lgA(j) A
②使用波特图仪对电路特性进行测量时，被测电路中必 须有一个交流信号源。

③转折频率: fc=wc/(2)为信号功率衰减到1/2(约 3dB)时旳频率，在诸多情况下，常以fc作为通带 或阻带截频。
滤波器旳基本知识
(三)滤波器旳主要特征指标 ④固有频率: f0=w0/(2)为电路没有损耗时，滤波
器旳谐振频率，复杂电路往往有多种固有频率。
2、增益与衰耗
滤波器在通带内旳增益并非常数。 ①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时旳增益；
例14-4 试设计转折频率C=103rad/s旳低通和高通滤波电路。
解：根据前面对多种RC滤波电路特征旳讨论，假如用图 14-6(a)和图14－8(a)一阶RC滤波电路，则需要使电路 参数满足条件 RC 1 0.1s
C
假如选择电容为C=1F，则需要选择电阻R=1k 来满 足转折频率旳要求，实际滤波器设计时还得根据滤波器旳 其他要求和详细情况来拟定。
图14－9(a)
14-11
若用图14－9(a)二阶RC低通滤波电路，则需要根据式
(14-19)拟定电路参数值，即RC=0.3742/C=0.374210-3s。
假如选择电容C=1F，则需要选择电阻R=374.2。
若用图14-11(a)二阶RC高通滤波电路，则需要根据式
(14-21) 拟定电路参数值，即RC=1/0.3742C=2.672410-3s。
对于输入信号相位旳变化，称为相频特征。
滤波器旳基本知识
(三) 滤波器旳主要特征指标 1、特征频率：
①通带截频: fp=wp/(2)为通带与过渡带边界点旳 频率，在该点信号增益下降到一种人为要求旳 下限。
②阻带截频: fr=wr/(2)为阻带与过渡带边界点旳 频率，在该点信号衰耗(增益旳倒数)下降到一人 为要求旳下限。
– 按功能分：低通、高通、带通、带阻

带通滤波器技术指标
• 该指标另一个含义相同的名称是回波损耗，单位 为分贝（dB），二者可如下换算：
回 波 损 耗 =20LogVSW R1 VSW R+1
腔体滤波器基础知识
带通滤波器技术指标
• 隔离度
• 为了区分在有两个或者两个以上通带情况下（例 如双工器，合路器）相互通带之间的带外抑制， 这时我们统一称带外抑制为隔离。
微波及其特点
• 所谓微波是一种具有极高频率（通常为300 MHz~300GHz ），波长很短，通常为1m~ 1mm的电磁波。
波长=
光速 频率f 0
• 微波具有似光性和似声性、穿透性、信息 容量大等特点。
腔体滤波器基础知识
滤波器的基本原理
• 滤波器顾名思义就是对电磁波信号进行过 滤，让需要的信号通过，抑制不需要的信 号，主要目的为了解决不同频段、不同形 式的无线通讯系统之间的干扰问题，其特 性可以用通带工作频段、插入损耗、带内 波动、带外抑制、端口驻波比、隔离度、 矩形系数、功率容量、群时延指标来描述。
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 低通滤波器
腔体滤波器基础知识
低通滤波器电路原型
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 高通滤波器
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 带通滤波器
腔体滤波器基础知识
• 带通滤波器电路原型
腔体滤波器基础知识
滤波器的四种形式
• 带阻滤波器
腔体滤波器基础知识
带通滤波器技术指标
• 通过前面的图表可以查出谐振器的数目n=5, 这与 我们通过软件仿真得出的幅频响应曲线是基本符 合的。
腔体滤波器基础知识
腔体滤波器基础知识

有峰值功率（PIP）和连续波功率（CW）之分
Technique Training
泰格微电子研究所技术培训课程 Tiger Micro-Electronics Institute Technique Training 滤波器基础知识
• 由铁氧体饱和状态不同金属的连接处所引起。 • 当两个信号 f1和f2 通过滤波器时，
Temperature ）、工作湿度（ Operating Humidity ）以及外形尺寸 （Dimensions，连接器除外）等
Technique Training
泰格微电子研究所技术培训课程 Tiger Micro-Electronics Institute Technique Training 滤波器基础知识
Technique Training
泰格微电子研究所技术培训课程 Tiger Micro-Electronics Institute Technique Training 滤波器基础知识
梳齿滤波器
• 梳齿滤波器采用了分布电感来代替集总电感，而集总电容的形式保持不变。 有时也使用分布电容。
• 优点： – 很高的Q值（约3500） – 在相同Q值下，体积可做到很小 – 相对带宽很宽（3%-50%） – 频率覆盖之500MHz-26.5GHz
或回波损耗（Return Loss） • 带内纹波（Ripple） • 带外抑制（Rejection）或双工器的通带隔离（Isolation） • 群时延（Group Delay） • RF功率容量（Power Capacity） • 交调（Intermodulation） • 工作温度（Operating Temperature）、储存温度（Storage
• 按功能区分，有

05
陷波滤波器
陷波滤波器的定义
陷波滤波器是一种具有特定频率衰减 特性的滤波器，其主要作用是抑制特 定频率的信号，而允许其他频率的信 号通过。
陷波滤波器通常被用于各种信号处理 系统中，以消除特定频率的噪声或干 扰，或者增强特定频率的信号。
陷波滤波器的分类
根据实现方式的不同，陷波滤波器可以分为模拟陷波滤波器和数字陷波滤波器。
滤波器基本知识介绍
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目录
• 滤波器概述 • 低通滤波器 • 高通滤波器 • 带阻滤波器 • 陷波滤波器 • 均衡滤波器
01
滤波器概述
滤波器的定义
• 滤波器是一种电子设备，它能够通过选择性地允许某些频率通 过，同时阻止其他频率通过，从而对输入信号进行频率选择和 提取。滤波器的主要功能是减小输出信号中的噪声和干扰，同 时保留所需的信号频率成分。
02
低通滤波器
低通滤波器的定义
总结词
低通滤波器是一种允许低频信号通过，同时抑制高频信号的 电子设备。
详细描述
低通滤波器（Low-Pass Filter）是一种频率选择性滤波器， 它对低于某个特定频率的信号提供较小的衰减，而对高于该 特定频率的信号提供较大的衰减。这个特定频率通常被称为 滤波器的截止频率。
均衡滤波器的分类
类型
均衡滤波器根据其频率响应的不同， 可以分为高通滤波器、低通滤波器、 带通滤波器和带阻滤波器。
特点
每种类型的滤波器都有其独特的特点 和应用场景。例如，高通滤波器能够 使高频信号得到提升，而低通滤波器 则能够使低频信号得到保留。
均衡滤波器的应用
应用场景
均衡滤波器广泛应用于各种领域，如通信、雷达、音频处理等。在通信领域，均 衡滤波器常用于补偿信道对信号造成的影响，以提高通信质量。在音频处理领域 ，均衡滤波器则用于调整音频的频谱分布，以达到更好的听觉效果。

图6-5所示。
12
2021/7/1
一、巴特沃斯低通滤波器设计方法
H ( j )
N 2
1
N 4
2
N 8
O
c
图 6-5 巴特沃斯幅频特性和N的关系
13
一、巴特沃斯低通滤波器设计方法
2021/7/1
❖ 低通巴特沃斯滤波器的设计步骤如下 ❖1）据技术指标 p、 、p 和 s ，用s 式（6-18）求出
2
2021/7/1
第一节 滤波器的原理及分类
一
滤波器基本概念
二
滤波器分类
三
数字滤波器技术要求
3
一、滤波器基本概念
2021/7/1
❖ 滤波器可以用描述线性时不变系统的输入输出关
系的数学函数来表示，如图6-1所示。
x(n)
h(n) 线性时不变
y(n)
图6-1 滤波器的时域输入输出关系
4
一、滤波器基本概念
2021/7/1
第六章 滤波器原理与结构
6.1 滤波器的原理及分类 6.2 常用模拟滤波器的设计 6.3 数字滤波器的基本网络结构及其信号流图
1
内容提要
2021/7/1
❖ 数字滤波器属于线性时不变离散时间系统的范畴。 它具有稳定性好、精度高、灵活性大等突出优点。 本章主要介绍滤波器的原理及分类、常用模拟滤 波器的设计方法及数字滤波器的基本结构
H a ( j )
H a ( j )
H a ( j )
H a ( j )
低通
0
高通
0
带通
0
带阻
0
图6-3 各种理想滤波器的幅频特性
6
二、滤波器分类
2021/7/1

➢ 对于c中的磁耦合方式，一般适用于窄带滤波器，结构可靠性高， 但装配不方便。
9
谐振器模型（过滤单元）
左图为单个谐振腔的电场模型及其等 效电路原理图。
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：
f 1 2 LC
为谐振杆加入圆盘，相当于 加大了端接电容，圆盘越大，电 容越大，谐振频率越低；
容飞结构 感飞结构
右上图的感飞/ 容飞位置上，若加 入容飞结构则实现 容飞，加入感飞结 构则实现感飞；
右下图的对称 飞位置上加入容飞 结构，可实现对称 飞，加入感飞结构 不能形成零点。
调试中，感飞 太强/弱，可以通过 勾/压飞杆来改变飞 杆强度；容飞或对 称飞太强/弱则需要 打开盖板，减短/加 长飞杆。
通常的带通滤波器具有左 图所示的结构： 抽头：将外部输入信号馈 入滤波器或者将经过滤波器 的信号导出。 谐振腔：形成通带内的谐振 点； 耦合窗口：在谐振腔之间传 输电磁信号，同时调整成不 同的耦合度，以满足滤波器 设计的需要； 感飞，容飞，对称飞：形成 通带外的传输零点（即抑制 点）
6
带通滤波器的水池模型
每个谐振腔有各自的谐振频率， 当相邻的两个腔发生耦合时，其谐 振频率相互“排斥”，耦合越强， “排斥”效果越明显，如左下图所 示。
所以，若将所有的耦合螺杆都 往里进，则通带带宽变宽。
13
相邻耦合两腔电场分布图
14
相邻耦合两腔磁场分布图
15
相邻耦合两腔表面电流分布图
16
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
7
滤波器抽头模型（阀门）
抽头为带通滤波器的馈电
装置。其结构关系到馈电强