濾波器的設(shè)計(jì)[文獻(xiàn)綜述]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述</p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　濾波器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要介紹什么是濾波器；巴特沃斯濾波器及其特點(diǎn)；切比雪夫?yàn)V波器

2、種類及特點(diǎn)；貝塞爾濾波器特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)以及不足。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　濾波器；巴特沃斯濾波器；切比雪夫?yàn)V波器；貝塞爾濾波器。</p><p>　　一、濾波器概述[1][2]</p><p>　　濾波器（filter）是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的直流

3、電。對(duì)特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器，其功能就是得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率。</p><p>　　濾波器的分類：按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲。高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。帶通濾波器：它允許一定頻段的信

4、號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。</p><p><b>　　二、濾波器設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　　目前最常用的濾波器設(shè)計(jì)方法是巴特沃斯、切比雪夫、貝塞爾等幾種形式。</p><p><b>　　1、巴特沃斯濾波器</b></p&

5、gt;<p>　　巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器最明顯的特點(diǎn)是通頻帶的頻率響應(yīng)曲線最平滑。這種濾波器最先由英國(guó)工程師斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年發(fā)表在英國(guó)《無(wú)線電工程》期刊的一篇論文中提出的巴特沃斯響應(yīng)（最平坦響應(yīng)） 　　巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦，非常接近DC信號(hào)，然后慢慢衰減至截止頻率點(diǎn)為-3dB，最終逼近-20ndB/

6、decade的衰減率，其中n為濾波器的階數(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用，其對(duì)于維護(hù)增益的平坦性來(lái)說(shuō)非常重要</p><p>　　巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則慢慢下降為零。 在振幅的對(duì)數(shù)對(duì)角頻率的波普?qǐng)D上，從某一邊界角頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐步減少，并趨向負(fù)無(wú)窮大。</p><p>　　一階巴特沃斯濾波器的衰減率為每倍頻6分

7、貝，每十倍頻20分貝。二階巴特沃斯濾波器的衰減率為每倍頻12分貝、 三階巴特沃斯濾波器的衰減率為每倍頻18分貝、如此類推。巴特沃斯濾波器的振幅對(duì)角頻率單調(diào)下降，并且也是唯一的無(wú)論階數(shù)，振幅對(duì)角頻率曲線都保持同樣的形狀的濾波器。只不過(guò)濾波器階數(shù)越高，在阻頻帶振幅衰減速度越快。其他濾波器高階的振幅對(duì)角頻率圖和低級(jí)數(shù)的振幅對(duì)角頻率有不同的形狀。</p><p><b>　　2、切比雪夫?yàn)V波器</b>

8、;</p><p>　　切比雪夫?yàn)V波器（又譯車比雪夫?yàn)V波器）是在通帶或阻帶上頻率響應(yīng)幅度等波紋波動(dòng)的濾波器。在通帶波動(dòng)的為“I型切比雪夫?yàn)V波器”，在阻帶波動(dòng)的為“II型切比雪夫?yàn)V波器”。切比雪夫?yàn)V波器在過(guò)渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，不過(guò)頻率響應(yīng)的幅頻特性不如巴特沃斯濾波器平坦。雖然切比雪夫?yàn)V波器和理想濾波器的頻率響應(yīng)曲線之間的誤差最小，但是在通頻帶內(nèi)存在幅度波動(dòng)。這種濾波器來(lái)自切比雪夫多項(xiàng)式，因此得名，用以紀(jì)念

9、俄羅斯數(shù)學(xué)家巴夫尼提·列波維奇·切比雪夫。其中切貝雪夫響應(yīng)在一些應(yīng)用當(dāng)中，最為重要的因素是濾波器截?cái)嗖槐匾盘?hào)的速度。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。</p><p>　　切比雪夫?yàn)V波器的種類根據(jù)頻率響應(yīng)曲線波動(dòng)位置的不同，切比雪夫?yàn)V波器可以分為以下兩種：I型切比雪夫?yàn)V波器在通帶（或稱“通頻帶”）上頻率響應(yīng)幅度等波紋波動(dòng)的濾波器稱為“I型切比雪夫?yàn)V波器”

10、；II型切比雪夫?yàn)V波器在阻帶（或稱“阻頻帶”）上頻率響應(yīng)幅度等波紋波動(dòng)的濾波器稱為“II型切比雪夫?yàn)V波器”。</p><p>　　切比雪夫?yàn)V波器的特點(diǎn)：該濾波器在過(guò)渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響應(yīng)的幅頻特性不如后者平坦。切比雪夫?yàn)V波器和理想濾波器的頻率響應(yīng)曲線之間的誤差最小，但是在通頻帶內(nèi)存在幅度波動(dòng)。</p><p>　　3、貝塞爾濾波器[3]</p><p&

11、gt;　　電子學(xué)和信號(hào)處理中，貝賽爾(Bessel)濾波器是具有最大平坦的群延遲（線性相位響應(yīng)）的線性過(guò)濾器。貝賽爾濾波器常用在音頻天橋系統(tǒng)中。模擬貝賽爾濾波器描繪為幾乎橫跨整個(gè)通頻帶的恒定的群延遲，因而在通頻帶上保持了被過(guò)濾的信號(hào)波形。濾波器的名字來(lái)自于Friedrich貝賽爾，一位德國(guó)數(shù)學(xué)家（1784–1846），他發(fā)展了濾波器的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。</p><p>　　貝塞爾(Bessel)濾波器具有最平坦的幅度

12、和相位相應(yīng)。帶通（通常為用戶關(guān)注區(qū)域）的相位響應(yīng)近乎呈線性。Bessel濾波器可用于減少所有IIR濾波器固有的非線性相位失真?！　∝惾麪?Bessel)線性相位濾波器正是由于具有向其截止頻率以下的所有頻率提供等量延時(shí)的特性，才被用于音頻設(shè)備中，在音頻設(shè)備中，必須在不損害頻帶內(nèi)多信號(hào)的相位關(guān)系前提下，消除帶外噪聲。另外，貝塞爾濾波器的階躍響應(yīng)很快，并且沒有過(guò)沖或振鈴，這使它在作為音頻DAC輸出端的平滑濾波器，或音頻ADC輸入端的抗混疊濾波

13、器方面，是一種出色的選擇。貝塞爾濾波器還可用于分析D類放大器的輸出，以及消除其它應(yīng)用中的開關(guān)噪聲，來(lái)提高失真測(cè)量和示波器波形測(cè)量的精確度。</p><p>　　雖然貝塞爾濾波器在它的通頻帶內(nèi)提供平坦的幅度和線性相位（即一致的群延時(shí)）響應(yīng)，但它的選擇性比同階（或極數(shù)）的巴特沃斯(Butterworth)濾波器或切比雪夫(Chebyshev)濾波器要差。因此，為了達(dá)到特定的阻帶衰減水平，需要設(shè)計(jì)更高階的貝塞爾濾波器，

14、從而它又需要仔細(xì)選擇放大器和元件來(lái)達(dá)到最低的噪聲和失真度。</p><p><b>　　三、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　雖然目前最常用的濾波器設(shè)計(jì)方法是巴特沃斯、切比雪夫、橢圓函數(shù)等幾種形式，但這些方法在設(shè)計(jì)120MHz濾波器時(shí)，要通過(guò)變換以實(shí)現(xiàn)其帶通，并且它們所設(shè)計(jì)的濾波器的群延遲特性在通帶內(nèi)呈現(xiàn)凹形波形，在其實(shí)際的使用（如在廣播、移動(dòng)通訊中的中頻濾波和二次

15、濾波）中要進(jìn)行群延時(shí)均衡，使設(shè)計(jì)步驟繁瑣且濾波電路復(fù)雜用貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)的帶通濾波器具有最窄過(guò)濾帶，在通帶內(nèi)時(shí)延均衡在實(shí)際的應(yīng)用中不需要加延遲均衡電路，電路容易調(diào)整，由于所有節(jié)點(diǎn)的諧振在相同的頻率上，調(diào)諧比較簡(jiǎn)單，從經(jīng)濟(jì)性和制造容易程度來(lái)考慮，電容耦合電路最適合，而貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器是電容耦合電路，故采用貝塞爾函數(shù)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p>

16、<p>　　[1] 曾志華,賈新章,劉寧,李曉亮.帶通濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可制造性分析[J],西安電子科技大學(xué)報(bào),2003,30(1):66-69.</p><p>　　[2]濾波器[EB/OL],[2011-11-3].百度百科.</p><p>　　[3]貝塞爾濾波器[EB/OL],[2011-7-30].http://zh.wikipedia.org/.</p>

17、;<p>　　[4]陳世勇,雷劍梅,胡旭,楊士中.一種具有傳輸零點(diǎn)的Hairpin帶通濾波器設(shè)[J]計(jì),電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào),vol.10,no.4,pp.145-147,Aug-2005.</p><p>　　[5]宋波，陳江,于再興.調(diào)頻濾波器研制初探[J].軍事通信技術(shù)，2001，22（1）：1-8.</p><p>　　[6]杜大海,熊飛等.高線性度低功耗的4階開關(guān)電容低通

18、濾波器[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010,35(10):12-19</p><p>　　[7]Q.Xue,and J.-X.Chen,“Compact diplexer based on double-sided parallel-strip line,”Electronics Letters[J],vol.44,pp.123-124,Jan. 2007.</p><p>　　[8]李宏軍.脈沖

19、調(diào)制系統(tǒng)濾波器設(shè)計(jì)[J].無(wú)線電工程，2003，33（9）：56-57.</p><p>　　[9]劉正瓊,王瓊.接收機(jī)帶通濾波器的設(shè)計(jì)[J]，安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版.2007，12(4)：12-15. </p><p>　　[10]J.-X.Chen,and Q.Xue,“Dual-mode microstrip bandpass filter with spurious resp

20、onse suppression,”Microwave and Optical Technology Letter[J]s,vol.49, pp. 556-558,Mar.2007.</p><p>　　[11]呂洪江,楊新德.實(shí)用衛(wèi)星通信工程[M]上海：電子工業(yè)出版社，1999.</p><p>　　[12]宋波，陳江，于再興.調(diào)頻濾波器研制初探[J],軍事通信技術(shù).2001，22（1）