当前位置：文档之家 › 级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器的特性 分析

级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器的特性 分析

  • 格式：pdf
  • 大小：1.51 MB
  • 文档页数：8

下载文档原格式

  / 8

合集下载

FIR滤波器与IIR滤波器的区别与选择

FIR滤波器与IIR滤波器的区别与选择

FIR滤波器与IIR滤波器的区别与选择滤波器在信号处理中起到了至关重要的作用，用于对信号进行频率选择和降噪等处理。

在滤波器的设计中，FIR滤波器和IIR滤波器是两种常见的类型。

本文旨在介绍FIR滤波器和IIR滤波器的区别，并给出选择滤波器类型的一些建议。

一、FIR滤波器首先，我们来了解一下FIR滤波器。

FIR滤波器即“有限脉冲响应滤波器”，它的特点是系统的冲击响应是有限长度的。

FIR滤波器采用了“窗函数”来设计滤波器的冲击响应，这意味着它只使用了当前输入和过去输入的值来计算输出，在计算上比较简单。

FIR滤波器的设计比较灵活，可以通过选择不同的窗函数来获得不同的频率特性。

另外，FIR滤波器由于没有反馈回路，因此具有稳定性和线性相位特性。

在一些应用中，如语音和音频处理，要求稳定的相位响应，所以FIR滤波器更加适用。

然而，FIR滤波器也有一些缺点。

首先，由于它的冲击响应是有限长度的，所以相对于IIR滤波器而言，FIR滤波器的阶数较高，需要更多的计算资源。

此外，在频率选择方面，FIR滤波器的过渡带宽相对较宽，因此在对于信号频率选择要求较为严格的应用中可能表现不佳。

二、IIR滤波器接下来，我们来了解一下IIR滤波器。

“无限脉冲响应滤波器”是IIR 滤波器的全称，与FIR滤波器不同，它的冲击响应是无限长度的。

IIR滤波器采用了反馈回路的结构，在计算上相对复杂。

IIR滤波器的阶数相对较低，可以实现相同频率特性的滤波效果，占用较少的计算资源。

而且，IIR滤波器的过渡带宽相对较窄，能够更好地满足信号频率选择的要求。

然而，IIR滤波器也存在一些缺陷。

由于反馈回路的存在，IIR滤波器可能引入不稳定性，导致滤波器的输出出现振荡现象。

此外，IIR滤波器的线性相位特性相对较差，在某些应用中可能会对信号的相位造成一定的影响。

三、FIR滤波器与IIR滤波器的选择在选择FIR滤波器和IIR滤波器时，需要根据具体的应用需求进行评估。

滤波器设计中的FIR和IIR滤波器的优势和不足

滤波器设计中的FIR和IIR滤波器的优势和不足

滤波器设计中的FIR和IIR滤波器的优势和不足在信号处理和通信系统设计中，滤波器是一个重要的组件，用于去除、增强或改变信号的特定频率分量。

滤波器根据其实现方式可分为两类：FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器。

本文将讨论这两种滤波器的优势和不足。

一、FIR滤波器FIR滤波器是一种离散时间线性系统，其特点是其脉冲响应具有有限长度。

以下是FIR滤波器的优势和不足：优势：1. 稳定性：FIR滤波器始终是稳定的，这意味着它们不会引起无限大的振荡或不可控的反馈。

2. 线性相位响应：FIR滤波器的线性相位响应使其在许多应用中非常有用，例如音频处理和图像处理。

线性相位响应保持信号中各频率分量之间的时间关系，不会导致信号失真。

3. 简单实现：FIR滤波器的实现相对简单，可以使用直接形式、级联形式或转置形式等不同的结构。

在实际应用中，FIR滤波器的设计和实现通常更加直观和容易。

不足：1. 较高的计算复杂度：由于其脉冲响应是无限长的，FIR滤波器通常需要更多的运算和存储资源来实现相应的滤波功能。

因此，在某些实时应用或资源受限的系统中，可能不适合使用FIR滤波器。

二、IIR滤波器IIR滤波器是一种具有无限脉冲响应的离散时间系统。

以下是IIR滤波器的优势和不足：优势：1. 较低的计算复杂度：与FIR滤波器相比，IIR滤波器通常需要更少的计算资源来实现相同的滤波功能。

这对于计算能力有限的嵌入式系统或移动设备非常重要。

2. 更窄的滤波器带宽：IIR滤波器可以实现更窄的带宽，对于需要更精确滤波的应用非常有用。

不足：1. 不稳定性：IIR滤波器的不稳定性是其最大的不足之一。

由于其脉冲响应是无限长的，IIR滤波器可能会引起不稳定的振荡或不可控的反馈，这在某些应用中是不可接受的。

2. 非线性相位响应：与FIR滤波器不同，IIR滤波器的相位响应通常是非线性的。

这可能导致信号的相位畸变，对于某些应用如音频处理中可能会产生问题。

IIR与FIR滤波器设计与比较要点

IIR与FIR滤波器设计与比较要点

DSP课程设计实验报告FIR与IIR滤波的DSP 实现以及二者的比较指导教师：高海林院（系）：电信学院设计人员：白雪学号：07211225邵辰雪学号：07211243评语：指导教师签字：日期：目录一、设计任务书 (2)二、设计内容 (2)三、设计方案、算法原理说明 (2)四、程序设计、调试与结果分析 (11)五、设计（安装）与调试的体会 (32)六、参考文献 (34)一、设计任务书在信号与信息处理中，提取有用信息就要对信号进行滤波。

利用DSP可以实时地对信号进行数字滤波。

本设计要求利用DSP的DMA方式进行信号采集和信号输出，同时对外部输入的信号进行数字滤波。

在滤波时同时用fir与iir滤波器进行滤波，并比较二者的区别。

二、设计内容（1）对DMA进行初始化；（2）对A/D、D/A进行初始化；（3）编写DMA中断服务程序，实现信号的实时滤波；（4）利用CCS信号分析工具分析信号的频谱成分，确定滤波器的参数，利用MATLAB设计数字滤波器，提取滤波器参数；（5）设计数字滤波算法，或调用DSPLIB中的滤波函数，实现对信号的fir 滤波。

（6）比较加不同窗和阶数时fir滤波器的滤波效果；（7）设计数字滤波算法，或调用DSPLIB中的滤波函数，实现对信号的iir 滤波。

（8）比较fir数字滤波器与iir数字滤波器的效果三、设计方案、算法原理说明（一）硬件原理：McBSP是多通道缓冲串行口，他支持全双工通信，双缓冲数据寄存器，允许连续的数据流。

支持传输的数据字长可以是8位、12位、16位、20位、24位或32位。

并且内置u律和A律压扩硬件。

McBSP在结构上可以分为一个数据通道和一个控制通道。

数据通道完成数据的发送和接受。

控制通道完成的任务包括内部时钟的产生、帧同步信号产生、对这些信号的控制及多通道的选择等。

控制通道还负责产生接口信号送往CPU，产生同步事件通知DMA控制器。

在CCS集成开发环境中，与McBSP相关的头文件有：regs54xx.h、mcbsp54.h。

iir与fir

iir与fir
n=[0:1:N-1];
wc1=(ws1+wp1)/2;
wc2=(ws2+wp2)/2;
hd=ideal_bs(wc1,wc2,N);
w_tria=(triang (N))';
h=hd.*w_tria;
[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m2(h,[1]);
delta_w=2*pi/1000;
Ap=-min(db(1:1:wp1/delta_w+1))
As=-round(max(db(ws1/delta_w+1:1:ws2/delta_w+1)))
subplot(221)
stem(n,hd)
title('理想单位脉冲响应hd （n）')
8、无论是IIR滤波器还是FIR滤波器设计均可采用优化设计的方法，相对而言优化设计要灵活的多，可设计出多通带滤波器等各种数字网络，适应性较广。FIR滤波器优化设计的remez交替法用得比较普遍。
在线等用三角窗实现FIR带阻数字滤波器的matlab程序
悬赏分：120 - 解决时间：2008-6-5 19:28
3．IIR数字滤波器的相位特性不好控制，对相位要求较高时，需加相位校准网络。FIR数字滤波器可得到严格的线性相位，这样大大减少了滤波器的阶数和复杂性。
4．IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式，而FIR数字滤波器则不行。
5．IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理，使误差不断累积，有时会产生微弱的寄生振荡，因此为了减少运算误差，IIR数字滤波器对运算的精度要求很高。而FIR数字滤波器不存在内部的反馈，因而系统稳定。

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的FIR和IIR滤波器的优势和不足分析

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的FIR和IIR滤波器的优势和不足分析

滤波器设计中的滤波器阻带和通带的FIR和IIR滤波器的优势和不足分析滤波器在信号处理中起着至关重要的作用，可以帮助人们从复杂的信号中提取感兴趣的部分。

在滤波器设计中，滤波器阻带和通带是两个重要的概念。

本文将对滤波器阻带和通带在FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器中的优势和不足进行分析。

一、滤波器阻带和通带的定义滤波器的阻带（Stopband）是指滤波器在这个频率范围内对信号的抑制能力，即在该频率范围内抑制信号的能力。

而滤波器的通带（Passband）则是指滤波器在这个频率范围内对信号的传递能力，即在该频率范围内允许信号通过的能力。

二、FIR滤波器的优势和不足FIR滤波器是一种通过有限数量的脉冲响应系数来实现的滤波器。

它具有以下优势：1. 稳定性：由于FIR滤波器的脉冲响应长度是有限的，因此它是一种稳定的滤波器。

2. 线性相位特性：FIR滤波器的线性相位特性使得它可以保持信号的相位信息，不会引起信号的相位失真。

3. 精确控制：FIR滤波器可以通过设计滤波器系数来精确控制频率响应，满足不同的滤波要求。

然而，FIR滤波器也存在一些不足之处：1. 计算复杂度高：由于FIR滤波器的脉冲响应长度较长，其计算复杂度相对较高，需要更多的计算资源。

2. 时域响应稍慢：由于FIR滤波器的脉冲响应长度有限，所以在滤波过程中会有一些延迟，导致时域响应稍慢。

三、IIR滤波器的优势和不足IIR滤波器是一种通过无限数量的脉冲响应系数来实现的滤波器。

它具有以下优势：1. 计算复杂度低：由于IIR滤波器的脉冲响应长度是无限的，所以相对于FIR滤波器来说，它的计算复杂度要低很多。

2. 频率选择性强：IIR滤波器可以实现更为复杂的频率响应，适合处理需要更高频率选择性的信号。

然而，IIR滤波器也存在一些不足之处：1. 不稳定性：由于IIR滤波器的脉冲响应长度是无限的，所以它容易引起不稳定现象，需要引入稳定性控制措施。

2. 相位失真：IIR滤波器的非线性相位特性可能导致信号的相位失真，特别是在过渡带和阻带区域。

fir与IIr

fir与IIr

目录摘要............................... 错误！未定义书签。

第1章绪论............................. 错误！未定义书签。

1.1 数字滤波器的研究背景与意义............... 错误！未定义书签。

1.2 数字滤波器的应用现状与发展趋势............ .. 错误！未定义书签。

1.3 数字滤波器的实现方法分析................. 错误！未定义书签。

1.4 本章小结........................ 错误！未定义书签。

第2章数字滤波器的概述....................... 错误！未定义书签。

2.1 数字滤波器的基本结构................... 错误！未定义书签。

2.2 IIR滤波器的基本结构................. 错误！未定义书签。

2.3 FIR滤波器的基本结构.................... 错误！未定义书签。

2.4 数字滤波器的设计原理................... 错误！未定义书签。

2.5 滤波器的性能指标.................... 错误！未定义书签。

2.6 IIR数字滤波器的设计方法.................. 错误！未定义书签。

2.7 FIR数字滤波器的设计方法................. 错误！未定义书签。

2.8 IIR 滤波器与FIR滤波器的分析比较 ............. . 错误！未定义书签。

2.9 本章小节.......................... 错误！未定义书签。

第3章数字滤波器的算法设计..................... 错误！未定义书签。

3.1 由模拟滤波器设计IIR数字滤波器............ .. 错误！未定义书签。

3.2 巴特奥兹滤波器..................... 错误！未定义书签。

了的IIR和FIR数字滤波器的分析和设计方法,所设计的滤波


N
可用于消除电网谐波干扰，彩色电视接收机中用于亮色分离和色分离。
2021/7/2
8
第8章 其它类型的数字滤波器
三、最小相位系统 时域离散线性非时变系统H(z)因果稳定的条件：
所有的极点必须在单位圆内，但零点可以在z平面任何位置；
对于因果稳定系统H(z)
最小相位系统Hmin(z)：所有零点位于单位圆内 ； 最大相位系统Hmax(z)：所有零点位于单位圆(|Z|=1)外 ；混合相位系统： 单位圆内、外都有零点；
第8章 其它类型的数字滤波器
第六章和第七章分别介绍了的IIR和FIR数字滤波器的分析和设计方法，所设计的 滤波器基本可以满足各种实际应用。但在实际工作中，应用场合不同，有时对滤 波器提出一些特殊要求，这时需要设计一些特殊类型的滤波器。
▪ 全通滤波器 ▪ 梳状滤波器 ▪ 最小相位系统 ▪ 格型滤波器
2021/7/2
例：已知
H
(
z
)
1 z1 1 az1
，0<a<1，零点为1，极点为a。H(z)表
示一高通滤波器。以 ZN 代替 H(z)的 Z，得到：
H
(
z
N
)
1 zN 1 azN
如N=8时，零点为Zk= e j2k/8，k=0,1,…,7；极点 特性曲线图如下
1
2π
其零P、k 极=点a分8 布×、e 幅j 8频k ,
JJmm((zz))RRmm((zz))J//mRR(00z(()zz)),,mRmm(1z1,)i,i2/21,1R,0(,,zMM), m 1, 2, , M
H具(体z)的系递数bb推mm(步i){骤b与(Mi为)kb格}m：m(形i)1结构k网m络bm(系m1数i){ki} 的递推关系为：

FIR滤波器和IIR滤波器格型结构

FIR滤波器和IIR滤波器格型结构FIR滤波器和IIR滤波器是数字信号处理中常用的两种基本滤波器结构。

它们分别采用了不同的实现方式和特点，在不同的应用场景中都有其优势和限制。

下面将详细介绍FIR滤波器和IIR滤波器的结构、特点和应用。

FIR滤波器（Finite Impulse Response Filter）是一种具有有限冲激响应的数字滤波器，其结构简单，易于设计和实现。

FIR滤波器的基本结构包括若干个延时元件、加法器和乘法器，其输入信号经过一系列加权和累加运算后得到滤波后的输出信号。

FIR滤波器的特点是具有稳定性、线性相位和无稳态误差等优点，适用于需要精确控制频率响应和相位特性的应用。

FIR滤波器的频率响应是由其系数决定的，可以通过设计滤波器的系数来实现所需的滤波特性。

常用的FIR设计方法包括窗函数法、最小均方误差法和频率抽样法等。

窗函数法是最为常用的设计方法，通过选择不同的窗函数可以实现不同的频率响应特性，如低通、高通、带通和带阻等。

另一种常用的数字滤波器结构是IIR滤波器（Infinite Impulse Response Filter），其特点是具有无限长冲激响应和递归结构。

IIR滤波器的基本结构包括延时元件、加法器、乘法器和递归反馈路径，其输入信号经过一系列递归和前馈运算后得到滤波后的输出信号。

IIR滤波器的特点是具有高效性、窄带特性和实现简便等优点，适用于需要高通、低通和带通滤波的应用。

IIR滤波器的频率响应是由其结构和系数决定的，可以通过设计滤波器的结构和系数来实现所需的滤波特性。

常用的IIR设计方法包括脉冲响应不变法、双线性变换法和频率抽样法等。

脉冲响应不变法是最为常用的设计方法，通过将模拟滤波器的冲激响应转化为数字滤波器的系数可以实现频率响应的转换。

在实际应用中，根据具体的信号处理需求和性能要求可以选择合适的FIR滤波器或IIR滤波器结构。

FIR滤波器适用于需要精确频率响应和相位特性的应用，如通信系统、音频处理和图像处理等。

IIR+与FIR滤波器比较

IIR 与FIR滤波器各有特点，可以由实际应用时的要求，从多方面考虑来加以选择。

1. 在相同的技术指标下, IIR滤波器由于存在着输出对输入的反馈，因而可用比FIR滤波器较少的阶数来满足指标的要求，这样一来所用的存储单元少，运
算次数少，较为经济。

2. FIR滤波器可得到严格的线性相位, 而IIR滤波器则做不到这一点，IIR滤波器选择性愈好, 则相位的非线性愈严重。

3. FIR滤波器主要采用非递归结构，因而从理论上以及实际的有限精度的运算中, 都是稳定的。

IIR滤波器必须采用递归的结构, 极点必须在z平面单位圆内, 才能稳定，这种结构，运算中的四舍五入处理, 有时会引起寄生振荡。

4. FIR滤波器，由于冲激响应是有限长的，因而可以用快速傅里叶变换算法, 这样运算速度可以快得多，IIR滤波器则不能这样运算。

5. 从设计上看，IIR 滤波器可以利用模拟滤波器设计的现成的闭合公式，数据和表格，因而计算工作量较小，对计算工具要求不高。

FIR滤波器则一般没有现成设计公式，窗函数法只给出窗函数的计算公式，但计算通带、阻带衰减仍无显示表达式。

一般FIR滤波器设计只有计算机程序可资利用，因而要借助于计算机。

IIR滤波器主要是设计规范化的、频率特性为分段常数的标准低通、高通、带通、带阻、全通滤波器，而FIR滤波器则要灵活得多，可以设计出理想正交变换器、理想微分器、线性调频器等各种网络,适应性较广。

级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器的特性 分析

DOI: 10.12677/oe.2019.91008 50 光电子
聂奎营，胡总华
Figure 3. The effect of coupling coefficient k1 with IIR filter on the performance of the microwave photonic filter 图 3. IIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k1 对 MPF 滤波性能的影响
聂奎营，胡总华
兴义民族师范学院，贵州 兴义 收稿日期：2019年3月6日；录用日期：2019年3月19日；发布日期：20上，理论分析了一种级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器(MPF)。讨
文章引用: 聂奎营, 胡总华. 级联 IIR 和 FIR 滤波器的微波光子滤波器的特性分析[J]. 光电子, 2019, 9(1): 48-55. DOI: 10.12677/oe.2019.91008
∆L + 2 L 的光纤环后也经过耦合器后输出，其中 ∆L 的光纤环使两路产生的相位差为 π ，从而实现 FIR 微
波光子滤波响应。为了使 IIR 滤波器和 FIR 滤波器有相同的自由光谱范围，M-Z 干涉仪的臂长差减去 ∆L 后是 IIR 滤波器光纤环长 L 的 2 倍。整个微波光子滤波器由 FIR 滤波器和 IIR 滤波器级联形成，通过调 节 k1、k2、FBGs 的反射率 R、掺饵光纤环增益 g 和长度 L 可以实现 MPF 不同的滤波性能。
根据级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 结构图，可以得到其信号流程图如图 2 所示，根据信号流 程图，利用自动控制原理可以推导出系统函数的表达式：
(1 − k ) e jωT − ( 2k − 1)(1 − k ) R 2 g 2 1 1 1 k2 − (1 − k2 ) e jωT H (ω ) = 2 jωT 2 2 e R g 1 k − − ( 1)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 的结构如图 1 所示。第一部分是基于掺饵光纤光栅环的 IIR 滤 波器，第二部分是基于 M-Z 干涉仪的 FIR 滤波器。调制光通过耦合系数为 k1 的耦合器，其中的(1− k1)部
DOI: 10.12677/oe.2019.91008 49 光电子
3. 分析和讨论
Figure 2. The signal flow diagram of the microwave photonic filter based on cascaded IIR filter and FIR filter 图 2. 级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 的信号流程图
Optoelectronics 光电子, 2019, 9(1), 48-55 Published Online March 2019 in Hans. /journal/oe https:///10.12677/oe.2019.91008
The Characteristic Analysis of Microwave Photonic Filter Using Cascaded IIR Filter and FIR Filter
2. 级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 的结构和滤波原理
Figure 1. The structure diagram of the microwave photonic filter based on cascaded IIR filter and FIR filter 图 1. 级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 的结构图
聂奎营，胡总华
分光直接进入到 FIR 滤波器中，剩余的 k1 部分的光进入长为 L 的掺饵光纤环中，当经过 FBGs 时，其中 的 R 部分光被 FBGs 反射回来，进入耦合器，其中的(1 − k1)部分沿顺时针方向进入掺饵光纤环中，经过 掺饵光纤放大器后，在 FBGs 的另一端再次反射，再经过放大后进入耦合器，其中的 k1 部分进入 FIR 滤 波器，另外的(1 − k1)部分继续进入掺饵光纤环中传输，如此循环下去。耦合进耦合器 k2 的光信号通过耦 合器 k2 后被分成两束，其中一束光信号经过 M-Z 干涉仪上臂后经过耦合器输出，另一束光经过长为
Keywords
Microwave Photonic Filter, Flatband Pass Filtering, Infinite Impulse Response Filter, Finite Impulse Response Filter
级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器的特性 分析
th th th
Abstract
Based on the thorough research of the technology of microwave filtering, a kind of microwave photonic filter (MPF) using cascaded IIR filter and FIR filter was theoretically analyzed. And the influences of the coupling coefficient of the IIR filter, the gain of Er-doped fiber ring, the reflectivity of the fiber Bragg gratings (FBGs), and the coupling coefficient of the FIR filter on the filtering performance of the MPF were discussed. The results show that the intermodulation of band pass and band stop filtering can be achieved by optimizing the coupling coefficient of the FIR filter, the coupling coefficient, the gain of Er-doped fiber ring and the reflectivity of FBGs of the IIR filter.
如图 4 所示，可以看到当 k2 = 0.5 时，实现了平坦的带通滤波性能，而当 k2 = 0.2 和 k2 = 0.9 时，MPF 的 滤波性能反而呈现出带阻响应。这是因为 FIR 滤波器在 k2 = 0.5 时具有最大的深度，这时利用 IIR 滤波器 的波谷有效补偿了 FIR 滤波器的波峰，从而实现平坦的带通滤波响应特性。而改变 k2 为其他值时，FIR 滤波器的深度都将变小，此时 IIR 滤波器的波谷补偿 FIR 滤波器的波峰，就起到了过补偿的作用，因此 呈现出的是带阻响应。
其中 k1 、 k2 分别是 IIR 和 FIR 中耦合器的耦合系数；g 为掺饵光纤环的增益；R 为 FBGs 的反射率； 2nL jωT 是光信号在光纤环中的延迟时间， n 为光纤环的 z e= e j 2π fT ， f 是微波信号的基波频率， T = = c 折射率， L 为光纤环的长度， c 为光速。
3.1. IIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k1 对 MPF 滤波性能的影响
为了理解 IIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k1 对 MPF 滤波性能的影响， 我们计算了当 FIR 滤波器中耦 合器的耦合系数 k2 = 0.5 ，掺饵光纤环增益 g = 2 、长度 L = 0.5 m ，FBGs 的反射率 R = 0.5，耦合系数 k1 分 别为 0.3、0.45、0.6 时 MPF 的传输特性曲线，如图 3 所示，从图中可以看出，MPF 的滤波效果均呈现带 通响应，主要是由于 k2 = 0.5 保持不变时，FIR 滤波器的滤波深度最大，可以实现深度约为 50 dB 的带通 滤波响应[13]。 而 IIR 滤波器起到了补偿的作用， 所以 MPF 的传输特性呈现带通响应。 从图 3 可以看出， 当 k1 = 0.3 时，补偿效果不好，通带有较大的纹波，而在 k1 = 0.45 时，补偿效果最佳，平坦度最好，随着
微波光子滤波器，平坦带通滤波，无限脉冲响应滤波器，有限脉冲响应滤波器
Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
聂奎营，胡总华
论了IIR滤波器的耦合系数、掺饵光纤环的增益和光纤布拉格光栅(FBGs)的反射率以及FIR滤波器的耦合 系数对微波光子滤波器滤波性能的影响。结果表明通过优化FIR滤波器的耦合系数，IIR滤波器的耦合系 数、掺饵光纤环增益和FBGs的反射率，可以实现平坦带通和平坦带阻滤波性能的互调。
关键词
k1 的继续增大，补偿效果变差，可能出现了过补偿。
3.2. FIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k2 对 MPF 滤波性能的影响
当固定 IIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k1 = 0.45 ，掺饵光纤环增益 g = 2 、FBGs 的反射率 R = 0.5， 长度 L = 0.5 m 时，FIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k2 分别为 0.2、0.5 和 0.9 时，分析 MPF 的滤波性能，
DOI: 10.12677/oe.2019.91008 50 光电子
聂奎营，胡总华
Figure 3. The effect of coupling coefficient k1 with IIR filter on the performance of the microwave photonic filter 图 3. IIR 滤波器中耦合器的耦合系数 k1 对 MPF 滤波性能的影响
根据级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF 结构图，可以得到其信号流程图如图 2 所示，根据信号流 程图，利用自动控制原理可以推导出系统函数的表达式：
(1 − k ) e jωT − ( 2k − 1)(1 − k ) R 2 g 2 1 1 1 k2 − (1 − k2 ) e jωT H (ω ) = 2 jωT 2 2 e R g 1 k − − ( 1)
聂奎营，胡总华
兴义民族师范学院，贵州 兴义 收稿日期：2019年3月6日；录用日期：2019年3月19日；发布日期：2019年3月26日
摘
要
在深入研究微波滤波技术的基础上，理论分析了一种级联IIR和FIR滤波器的微波光子滤波器(MPF)。讨
文章引用: 聂奎营, 胡总华. 级联 IIR 和 FIR 滤波器的微波光子滤波器的特性分析[J]. 光电子, 2019, 9(1): 48-55. DOI: 10.12677/oe.2019.91008
∆L + 2 L 的光纤环后也经过耦合器后输出，其中 ∆L 的光纤环使两路产生的相位差为 π ，从而实现 FIR 微
波光子滤波响应。为了使 IIR 滤波器和 FIR 滤波器有相同的自由光谱范围，M-Z 干涉仪的臂长差减去 ∆L 后是 IIR 滤波器光纤环长 L 的 2 倍。整个微波光子滤波器由 FIR 滤波器和 IIR 滤波器级联形成，通过调 节 k1、k2、FBGs 的反射率 R、掺饵光纤环增益 g 和长度 L 可以实现 MPF 不同的滤波性能。
Kuiying Nie, Zonghua Hu
Xingyi Normal University for Nationalities, Xingyi Guizhou Received: Mar. 6 , 2019; accepted: Mar. 19 , 2019; published: Mar. 26 , 2019
Open Ac(Radio Frequency, RF)系统中的一种重要技术，广泛应用于雷达和通信领域，因此， 微波光子滤波技术近年来备受关注[1] [2]。由于射频系统逐渐增加的复杂性，微波光子滤波器(Microwave Photonic Filter, MPF)正向高频、高 Q 值、可重构和可调谐方向发展。与传统的电子滤波器相比，MPF 突 破了电子器件的带宽限制， 在高采样频率、 可调谐性、 低损耗和抗电磁干扰等方面都具有很大的优势[3] [4]。 由于其优异的性能，MPF 可以满足未来通信领域的大部分需求。 基于无限脉冲响应(Infinite Impulse Response, IIR)的滤波器是 MPF 的一种典型结构， 其原理是利用光 纤环提供无数的加权和延迟输入信号，然而这种 MPF 具有较低的自由光谱范围[5]。MPF 的另外一种常 用结构是基于有限脉冲响应(Finite Impulse Response, FIR)滤波器的， 这种结构是以多抽头延迟线为基础的。 通常，MPF 的光源是由多波长光源或切片宽带光源实现，基于多波长光源的 MPF 因其高 Q 值、可调谐 性、 低噪声而被广泛应用[6] [7]。 众所周知， 在常用的多波长 MPF 中存在正抽头， 通常用作低通滤波器。 许多科研工作者通过使用偏振调制[8] [9]、交叉增益调制[10]、相位调制到强度调制转换[11]、多个电光 调制器与色散介质相结合[12]等实现带通 MPF。但是基于偏振调制和相位调制的 MPF 稳定性能较差；级 联 FIR 滤波器和 IIR 滤波器的 MPF 可以用于实现带通滤波[13]，本文详细分析了一种级联 IIR 滤波器和 FIR 滤波器的 MPF，通过调节 IIR 滤波器的耦合系数、掺饵光纤环的增益和 FBGs 的反射率以及 FIR 滤 波器的耦合系数可以实现平坦带通滤波和带阻滤波的互调。