濾波器的設計[文獻綜述]

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)文獻綜述</p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p><b>　　濾波器的設計</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；切比雪夫濾波器

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

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

4、號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號，允許該頻段以外的信號通過。</p><p><b>　　二、濾波器設計方法</b></p><p>　　目前最常用的濾波器設計方法是巴特沃斯、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是通頻帶的頻率響應曲線最平滑。這種濾波器最先由英國工程師斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年發(fā)表在英國《無線電工程》期刊的一篇論文中提出的巴特沃斯響應（最平坦響應） 　　巴特沃斯響應能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應非常平坦，非常接近DC信號，然后慢慢衰減至截止頻率點為-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用，其對于維護增益的平坦性來說非常重要</p><p>　　巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶內(nèi)的頻率響應曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則慢慢下降為零。 在振幅的對數(shù)對角頻率的波普圖上，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，并趨向負無窮大。</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角頻率單調(diào)下降，并且也是唯一的無論階數(shù)，振幅對角頻率曲線都保持同樣的形狀的濾波器。只不過濾波器階數(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角頻率圖和低級數(shù)的振幅對角頻率有不同的形狀。</p><p><b>　　2、切比雪夫濾波器</b>

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

9、俄羅斯數(shù)學家巴夫尼提·列波維奇·切比雪夫。其中切貝雪夫響應在一些應用當中，最為重要的因素是濾波器截斷不必要信號的速度。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>　　切比雪夫濾波器的種類根據(jù)頻率響應曲線波動位置的不同，切比雪夫濾波器可以分為以下兩種：I型切比雪夫濾波器在通帶（或稱“通頻帶”）上頻率響應幅度等波紋波動的濾波器稱為“I型切比雪夫濾波器”

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

11、gt;　　電子學和信號處理中，貝賽爾(Bessel)濾波器是具有最大平坦的群延遲（線性相位響應）的線性過濾器。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通頻帶的恒定的群延遲，因而在通頻帶上保持了被過濾的信號波形。濾波器的名字來自于Friedrich貝賽爾，一位德國數(shù)學家（1784–1846），他發(fā)展了濾波器的數(shù)學理論基礎。</p><p>　　貝塞爾(Bessel)濾波器具有最平坦的幅度

12、和相位相應。帶通（通常為用戶關注區(qū)域）的相位響應近乎呈線性。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的特性，才被用于音頻設備中，在音頻設備中，必須在不損害頻帶內(nèi)多信號的相位關系前提下，消除帶外噪聲。另外，貝塞爾濾波器的階躍響應很快，并且沒有過沖或振鈴，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，以及消除其它應用中的開關噪聲，來提高失真測量和示波器波形測量的精確度。</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）響應，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，為了達到特定的阻帶衰減水平，需要設計更高階的貝塞爾濾波器，

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

15、濾波）中要進行群延時均衡，使設計步驟繁瑣且濾波電路復雜用貝塞爾函數(shù)設計的帶通濾波器具有最窄過濾帶，在通帶內(nèi)時延均衡在實際的應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)點的諧振在相同的頻率上，調(diào)諧比較簡單，從經(jīng)濟性和制造容易程度來考慮，電容耦合電路最適合，而貝塞爾函數(shù)設計的濾波器是電容耦合電路，故采用貝塞爾函數(shù)設計。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p>

16、<p>　　[1] 曾志華,賈新章,劉寧,李曉亮.帶通濾波器的優(yōu)化設計和可制造性分析[J],西安電子科技大學報,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.一種具有傳輸零點的Hairpin帶通濾波器設[J]計,電路與系統(tǒng)學報,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，2001，22（1）：1-8.</p><p>　　[6]杜大海,熊飛等.高線性度低功耗的4階開關電容低通

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19、調(diào)制系統(tǒng)濾波器設計[J].無線電工程，2003，33（9）：56-57.</p><p>　　[9]劉正瓊,王瓊.接收機帶通濾波器的設計[J]，安徽工業(yè)大學學報：自然科學版.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.2001，22（1）