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百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心滤波器播报讨论上传视频对信号有处理作用的器件或电路收藏查看我的收藏0有用+10本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除,得到一个特定频率的电源信号,或消除一个特定频率后的电源信号。中文名滤波器外文名filter组 成由电容、电感和电阻作 用对信号有处理作用的器件或电路应 用电子元器件目录1简介2主要参数3主要分类4常用滤波器▪数字滤波器▪程控滤波系统▪无源滤波器▪有源滤波器5注意事项简介播报编辑滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说,凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。滤波器,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)。滤波是信号处理中的一个重要概念,在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑。滤波主要参数播报编辑滤波器的主要参数:中心频率(Center Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。通带带宽:指需要通过的频谱宽度,BW=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。带内波动(Passband Ripple):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR 大于1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR小于1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于20Log10ρ,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB大于1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1,制作难度当然也就越大。延迟(Td):指信号通过滤波器所需要的时间,数值上为传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。带内相位线性度:该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。主要分类播报编辑按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。无源滤波器中按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。低通滤波器:它允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量或干扰和噪声;高通滤波器:它允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量;带通滤波器:它允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声;带阻滤波器:它抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过,又称为陷波滤波器。 [1]全通滤波器:全通滤波器是指在全频带范围内,信号的幅值不会改变,也就是全频带内幅值增益恒等于1。一般全通滤波器用于移相,也就是说,对输入信号的相位进行改变,理想情况是相移与频率成正比,相当于一个时间延时系统。按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。根据滤波器的安放位置不同,一般分为板上滤波器和面板滤波器。板上滤波器安装在线路板上,如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济,缺点是高频滤波效果欠佳。其主要原因是:1、滤波器的输入与输出之间没有隔离,容易发生耦合;2、滤波器的接地阻抗不是很低,削弱了高频旁路效果;3、滤波器与机箱之间的一段连线会产生两种不良作用: 一个是机箱内部空间的电磁干扰会直接感应到这段线上,沿着电缆传出机箱,借助电缆辐射,使滤波器失效;另一个是外界干扰在被板上滤波器滤波之前,借助这段线产生辐射,或直接与线路板上的电路发生耦合,造成敏感度问题;滤波阵列板、滤波连接器等面板滤波器一般都直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接安装在金属面板上,滤波器的输入与输出之间完全隔离,接地良好,电缆上的干扰在机箱端口上被滤除,因此滤波效果相当理想。常用滤波器播报编辑数字滤波器定义数字滤波器是与模拟滤波器相对应的,我们在常用的离散系统中, 使用数字滤波器。它的主要作用是利用离散时间系统的特性,在这里 时间就是一个变量,然后在对外部输入的信号,进行处理,这里的输 入信号一般都是广义上的波形型号,信号可以是电压、电流、功率等。 当然也有类似于频率等这种。在实际的操作中,我们也可以把输入的信号波形变成输出,也就是将输入和输出倒置。从而实现我们将信号的频谱修改的目的。 [2]实现技术手段数字滤波器有多种方式可以实现信号的处理,我们介绍在实际中使用最多的两种,一种是我们集成电路的方式将集成电路的各种元 器件组成一个专用的设备,这种设备称之为数字信号处理机,类似于arm架构或者单片机架构的数字处理机就是我们常用的一种,这种方式对于成套批量的需求商用价值比较高,因为造价成本比较低,受到了市场的欢迎;另一种就是使用我们平常使用的x86/x64的商用或者工控计算机进行模拟仿真,这个完全是使用应用软件进行仿真的,这种方式也在实验室或者大型的数字滤波项目中使用,这种方式成本较高,不适宜与大批量的生产与配套。但是在实验室是最好的一种模拟方式,在高阶模拟和运算中有非常大的优势。 [2]数字滤波器的对比数字滤波器主要有两种,一种是IIR,我们称之为无限的冲激响应滤波器,另外一种是FIR,这种滤波器是与IIR相对应的,这个是有限的冲激响应滤波器。两个系统都是有各自的特点的,FIR的滤波器是没有闭环的反馈的环路信号,它的结构比较简单,可以实现比较严格的线性方程的相位的计算,一般情况下相位的要求不严格一 般不会使用这个滤波器,相反的话,会采用这种滤波器。当然在很多的场景下面,我们要对信号进行一些实时的处理,当现场的信号数据越来越多的情况下,我们对硬件的性能要求就越来越高,市面上很多的单片机已经无法满足我们实际的功能需求,一般的8位的16位的乃至32位的单片机以及ARM芯片已经不能在对算法进行支撑,由于专门为数字处理设计的DSP控制器的出现,提高了我们滤波器的效率,DSP很多情况下可以使用多组总线的方式,并行处理多组实时的数据,独立的一些算法器充分的使用大大提高了我们滤波器的效率。对于硬件上的短板完全可以由DSP的芯片进行弥补,做到对数字信号的实时处理与计算。DSP与普通的微处理器相比有很大的数字信号的处理优势,他是单片机以及ARM的继承,为信号处理做了一些局部的开发和改进,大大的增强了数字处理的能力,它有特定的数据流程格式、有特定的算法器,有特殊的系统结构为解决复杂的数字信号的处理提供了很多优越的条件和基础,通过对DSP的编程可以实现IIR滤波器。 FIR滤波器实际上有一定的缺陷,这类系统只有零点,它不会跟IIR系统的那样容易获取比较好衰减的特性,但是也有更加明显的优势。他是通过非硬件电路实现的,相比硬件电路实现滤波器主要优点有很多,例如,效率很高、有极点、有反馈等。 [2]程控滤波系统程控滤波系统是在传统滤波器的不足中提出的,传统滤波器在工作时产生误差,会影响整个系统的精确度。低精度的滤波器在使用时会造成很多不良后果,而且传统滤波器对波形要求越高就意味着需要更多的运放,这是非常麻烦的。所以程控滤波器的数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,可以有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产 效率和产品的可维护性。 [3]无源滤波器无源滤波器是利用电阻、电抗器和电容器元器件构成的滤波电路。谐振频率时,电路阻抗值最小,非谐振频率时,电路阻抗比很大,将电路元器件数值调整到某一特征谐波频率,则能滤除该次谐波电流;当若干谐波频率的调谐电路组成在一起,则能滤除对应的特征谐波频率,通过低阻抗旁路实现对主要次数谐波(3、5、7)的过滤。主要原理就是针对不同次数谐波,设计该谐波频率的阻抗为很小,实现谐波电流的分流效应,即为预滤除的高次谐波提供旁路通道,实现净化波形。无源滤波器按接线形式可分为电容滤波器、电厂滤波电路、L型RC滤波电路、π形RC滤波电路、多节π形RC 滤波电路、π形LC滤波电路。按功能可分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器。无源滤波器具有如下优势:结构 形式简单、投资费用低,能够补偿系统中的无功分量、改善电网功率因数;工作稳定性较高、维护简单、技术成熟等,在有源滤波器出现以前被广泛采用。无源滤波器的缺点也有很多方面:受电网参数的影响较大,系统阻抗值和主要次数谐振频率往往随着工况发生变化;谐波滤除的频带也较窄,只能滤除主要次数的谐波,或因发生并联谐振,放大一些次数的谐波;滤波和无功补偿及调压之间的协调较困难 ;随着流经滤波器的电流升高,可能造成设备过负荷运行;耗材多,重量和体积都较大;运行稳定性较差等缺点。因此,整体性能更优的有源滤波器得到越来越多的应用。 [4]有源滤波器有源滤波器主要作用不仅能动态追踪并抑制谐波,而且可以补偿电网中较低的无功分量。它能够对幅值和频率都波动的高次谐波分量进行补偿,以及对变化的系统无功分量进行动态补偿,克服了传统型式谐波治理方案和无功补偿的缺点,达到了动态跟踪补偿的效果。APF的基本原理是检测当前系统的电压和电流信号,通过指令电流运算电路的运算,产生补偿电流信号,并将其指令由补偿电流发生电路按谐波信号放大,从而得到补偿电流,再与系统中的高次谐波分量及无功等电流抵消,实现系统波形的正弦化,滤除电网谐波,提高电能质量。有源滤波器和无源滤波器的区别,在于需要电源供电,且既补谐波又补无功。指令电流运算电路和补偿电流发生电路是有源滤波器的两个重要组成部分。指令电流运算电路的作用是检测出系统所需补偿的谐波分量和无功分量等。补偿电流发生电路的作用是按照上述检测到的谐波分量和无功分量,发出补偿电流指令,产生能够抵消的补偿电流,它主要由三部分构成 :电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路。 [4]根据储能元件的不同,有源滤波器可以分为电压型有源滤波器和电流型有源滤波器。电压型有源滤波器,因其损耗少、效率高,被广泛使用。电流型有源滤波器,因损耗大、效率低,而较少采用。按照交直流电源可分为直流 APF 和交流 APF。按照电路拓朴结构分类,可分为串联型 APF、并联型 APF 和串并联型,以及APF和PPF的混合型使用方式。与无源滤波器相比,有源滤波器有许多优点:响应速度快,可控性能非常强;具有自适应功能,能够动态跟踪和补偿系统高次谐波;稳定性高,不受系统阻抗影响,避免谐振的发生;能够抑制闪变;补偿系统不足的无功分量等。机柜式系统采用模块化结构,联络设计细密,可随时根据现场实际需求扩容,可拓展性强,模块化的配置方式和小巧的体积让设计者有更多的选择,并可最大程度节省用户空间,可实现弹性的容量配置,支持后续现场容量扩展。现场安装和维修维护更是简单拔插即可。 抽屉式结构,能够满足用户单独对模块设计,选用优良的架构形式,具备DSP处理能力,运用大型可编程控制器操作,选用大功率电力电子组件,具有可外传的通信端口,还可附于其他盘柜中独立工作。 [4]注意事项播报编辑板上滤波器虽然对高频的滤波效果不理想,但是如果应用得当,可以满足大部分民用产品电磁兼容的要求。在使用时要注意以下事项:如果决定使用板上滤波器,在布线时就要注意在电缆端口处留出一块“干净地”,滤波器和连接器都安装在“干净地”上。通过前面的讨论,可知信号地线上的干扰是十分严重的。如果直接将电缆的滤波电容连接到这种地线上,会造成严重的共模辐射问题。为了取得较好的滤波效果,必须准备一块干净地。并与信号地只能在一点连接起来,这个流通点称为“桥”,所有信号线都从桥上通过,以减小信号环路面积。并排设置:同一组电缆内的所有导线的未滤波部分在—起,已滤波部分在一起。否则,一根导线的耒滤波部分会将另一根导线的已滤波部分重新污染9使电缆整体滤波失效。靠近电缆:滤波器与面板之间的导线的距离应尽量短。必要时,使用金属板遮挡一下,隔离近场干扰。与机箱接:安装滤波器的干净地要与金属机箱可靠地搭接起来,如果机箱不是金属的,就在线路板下方设置一块较大的金属板来作为滤波地。干净地与金属机箱之间的搭接要保证很低的射频阻抗。如有必要,可以使用电磁密封衬垫搭接,增加搭接面积,减小射频阻抗。接地线短:考虑到引脚的电感效应,其重要性前面已讨论,滤波器的局部布线和设计线路板与机箱(金属板)的连接结构时要特别注意。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000全在这里了,滤波器的种类及原理 - 知乎
全在这里了,滤波器的种类及原理 - 知乎切换模式写文章登录/注册全在这里了,滤波器的种类及原理奔跑的奔跑在人生路上的创业者滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说,凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。滤波的概念滤波是信号处理中的一个重要概念,滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分,保留其直流成分,使输出电压纹波系数降低,波形变得比较平滑。一般来说,滤波分为经典滤波和现代滤波。经典滤波是根据傅里叶分析和变换提出的一个工程概念,根据高等数学理论,任何一个满足一定条件的信号,都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说,就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的,组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。只允许一定频率范围内的信号成分正常通过,而阻止另一部分频率成分通过的电路,叫做经典滤波器或滤波电路。在经典滤波和现代滤波中,滤波器模型其实是一样的(硬件方面的滤波器其实进展并不大),但现代滤波还加入了数字滤波的很多概念。滤波电路的原理当流过电感的电流变化时,电感线圈中产生的感应电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时,电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反,阻止电流的增加,同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时,自感电动势与电流方向相同,阻止电流的减小,同时释放出存储的能量,以补偿电流的减小。因此经电感滤波后,不但负载电流及电压的脉动减小,波形变得平滑,而且整流二极管的导通角增大。在电感线圈不变的情况下,负载电阻愈小,输出电压的交流分量愈小。只有在RL>>ωL时才能获得较好的滤波效果。L愈大,滤波效果愈好。滤波器的作用1、将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;2、滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。理想滤波器与实际滤波器理想滤波器使通带内信号的幅值和相位都不失真,阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器,其通带和阻带之间有明显的分界线。实际滤波器理想滤波器是不存在的,在实际滤波器的幅频特性图中,通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制,只会受到不同程度的衰减。当然,希望过渡带越窄越好,也就是希望对通带外的频率成分衰减得越快、越多越好。因此,在设计实际滤波器时,总是通过各种方法使其尽量逼近理想滤波器。1、纹波幅度d在一定频率范围内,实际滤波器的幅频特性可能呈波纹变化,其波动幅度d与幅频特性的平均值A0相比,越小越好,一般应远小于-3dB。2、截止频率fc幅频特性值等于0.707A0所对应的频率称为滤波器的截止频率。以A0为参考值,0.707A0对应于-3dB点,即相对于A0衰减3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率,则所对应的点正好是半功率点。3、带宽B和品质因数Q值上下两截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽,或-3dB带宽,单位为Hz。带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力。在电工学中,通常用Q代表谐振回路的品质因数。在二阶振荡环节中,Q值相当于谐振点的幅值增益系数, Q=1/2ξ(ξ——阻尼率)。对于带通滤波器,通常把中心频率f0( )和带宽 B之比称为滤波器的品质因数Q。例如一个中心频率为500Hz的滤波器,若其中-3dB带宽为10Hz,则称其Q值为50。Q值越大,表明滤波器频率分辨力越高。4、倍频程选择性W在两截止频率外侧,实际滤波器有一个过渡带,这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢,它决定着滤波器对带宽外频率成分衰阻的能力。通常用倍频程选择性来表征。所谓倍频程选择性,是指在上截止频率fc2与 2fc2之间,或者在下截止频率fc1与fc1/2之间幅频特性的衰减值,即频率变化一个倍频程时的衰减量或倍频程衰减量以dB/oct表示(octave,倍频程)。显然,衰减越快(即W值越大),滤波器的选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可用10倍频程衰减数表示之。即[dB/10oct]。5、滤波器因数(或矩形系数)滤波器因数是滤波器选择性的另一种表示方式 ,它是利用滤波器幅频特性的 -60dB带宽与-3dB带宽的比值来衡量滤波器选择性。理想滤波器=1,常用滤波器=1-5,显然, 越接近于1,滤波器选择性越好。滤波器的分类根据滤波器的选频作用分类低通滤波器从0~f2频率之间,幅频特性平直,它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于f2的频率成分受到极大地衰减。高通滤波器与低通滤波相反,从频率f1~∞,其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过,而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。带通滤波器它的通频带在f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过,而其它成分受到衰减。带阻滤波器与带通滤波相反,阻带在频率f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减,其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式,其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器,例如:低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器,低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。低通滤波器与高通滤波器的串联低通滤波器与高通滤波器的并联根据“最佳逼近特性”标准分类巴特沃斯滤波器从幅频特性提出要求,而不考虑相频特性。巴特沃斯滤波器具有最大平坦幅度特性。切贝雪夫滤波器切贝雪夫滤波器也是从幅频特性方面提出逼近要求的。ε是决定通带波纹大小的系数,波纹的产生是由于实际滤波网络中含有电抗元件;Tn是第一类切贝雪夫多项式。与巴特沃斯逼近特性相比较,这种特性虽然在通带内有起伏,但对同样的n值在进入阻带以后衰减更陡峭,更接近理想情况。ε值越小,通带起伏越小,截止频率点衰减的分贝值也越小,但进入阻带后衰减特性变化缓慢。切贝雪夫滤波器与巴特沃斯滤波器进行比较,切贝雪夫滤波器的通带有波纹,过渡带轻陡直,因此,在不允许通带内有纹波的情况下,巴特沃斯型更可取;从相频响应来看,巴特沃斯型要优于切贝雪夫型,通过上面二图比较可以看出,前者的相频响应更接近于直线。贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器又称最平时延或恒时延滤波器。其相移和频率成正比,即为一线性关系。但是由于它的幅频特性欠佳,而往往限制了它的应用。按所采用的元器件分为无源和有源滤波器无源滤波器无源滤波器仅由无源元件组成的滤波器,它是利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的。这类滤波器的优点是:电路比较简单,不需要直流电源供电,可靠性高;缺点是:通带内的信号有能量损耗,负载效应比较明显,使用电感元件时容易引起电磁感应,当电感L较大时滤波器的体积和重量都比较大,在低频域不适用。有源滤波器有源滤波器由无源元件和有源器件组成。这类滤波器的优点是:通带内的信号不仅没有能量损耗,而且还可以放大,负载效应不明显,多级相联时相互影响很小,利用级联的简单方法很容易构成高阶滤波器,并且滤波器的体积小、重量轻、不需要磁屏蔽;缺点是:通带范围受有源器件的带宽限制,需要直流电源供电,可靠性不如无源滤波器高,在高压、高频、大功率的场合不适用。按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器数字滤波器基本原理必须利用采样定理(sampling theorem)进行采样。输入信号经过模拟低通滤波即抗折叠滤波器(anti-aliasing filter)去掉输入信号中的高频分量。经过平滑化的模拟信号再用于采样。另外D-A转换后模拟信号要经过平滑滤波器(smoothing filter)进行平滑处理,该工作可用模拟低通滤波器来完成。另外,数字通信中使用的数字均衡器(digital equalizer)也可以视作一种数字滤波器,但是用数字均衡器直接进行数字信号处理时,就不再需要图中的A-D转换器和D-A转换器。所谓数字滤波器,就是把输入序列通过一定的运算变换成输出序列。这样,x(n)通过系统h(n)的结果是使得输出y(n)中不再含有|w|>wc的频率部分,而使|w| 低通、高通、带通滤波器原理详述 - 知乎首发于IC切换模式写文章登录/注册低通、高通、带通滤波器原理详述L-COM诺通已认证账号滤波器作为一种选频装置,是信号处理中的一个重要概念。目前主要由低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器三种,当然也可以按照电路工作原理分为无源和有源滤波器两大类。以下是低通、高通、带通滤波器的原理详述。一、低通滤波器【定义】电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过,电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小,称为低通滤波器。【原理】利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过;对于需要放行的低频,利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。最简单的低通滤波器由电阻和电容元件构成,如下图。RC无源低通滤波器RC无源低通滤波器的幅频特性曲线该低通滤波器的作用是让低于转折频率f。的低频段信号通过, 而将高于转折频率f。的信号去掉。当输入信号Vin中频率低于转折频率f。的信号加到电路中时,由于C的容抗很大而无分流作用,所以这一低频信号经R输出。当Vin中频率高于转折频率f。时,因C的容抗已很小,故通过R的高频信号由C分流到地而无输出,达到低通的目的。这一RC低通滤波器的转折频率f。上图是主要涉及到的公式。二、高通滤波器【定义】最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”,它的的特性一般用一阶线性微分方程表示,它的左边与一阶低通滤波器完全相同,仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时,没有或几乎没有什么输出,而当较高的频率通过该系统时,将会受到较小的衰减。实际上,对于极高的频率而言,电容器相当于“短路”一样,这些频率,基本上都可以在电阻两端获得输出。换言之,这个系统适宜于通过高频率而对低频率有较大的阻碍作用,是一个最简单的“高通滤波器”,如下图。RC元件构成的高通滤波器RC高通滤波器的幅频特性曲线【工作原理】当频率低于f。的信号输入这一滤波器时,由于C1的容抗很大而受到阻止,输出减小,且频率愈低输出愈小。当频率高于f。的信号输入这一滤波器时,由于C1容抗已很小,故对信号无衰减作用,这样该滤波器具有让高频信号通过,阻止低频信号的作用。这一电路的转折频率f。上图是主要涉及到的公式。三、带通滤波器【定义】带通滤波器是一种仅允许特定频率通过,同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性,故而被广泛地应用现在电子设计中。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对。带通滤波器的作用【工作原理】需要注意的是,在使用过程中,滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。· 5.8 GHz超高Q值4极户外带通滤波器, 全频通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦,开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。发布于 2021-01-29 16:54低通滤波器高通滤波器带通滤波器赞同 1824 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录IC记录IC学 P8:滤波器(Filter) - 知乎首发于孙黑皮的混音之路切换模式写文章登录/注册P8:滤波器(Filter)孙黑皮争渡,争渡,惊起一滩鸥鹭......前言:在混音中,均衡器(EQ)是最常用的一种效果处理器,而均衡器的核心是滤波器。故此,在学习均衡器之前,需先搞懂滤波器,搞懂了滤波器你也就搞懂了均衡器。本篇内容中的滤波器泛指数字滤波器,另外,我们的目的是为了混音,所以本篇幅中不对信号类相关的专业知识做详细的探讨(没这个能力也没这个必要)。请注意,本篇内容的受众方是对混音感兴趣的读者(本章知识对于信号处理类专业的人来说那真是洒洒水啦),推荐用耳机观看本章的配套视频,视频会让你从视觉和听觉上更直观的去感受和理解滤波器。一. 什么是滤波器?滤波器,顾名思义,是过滤掉特定的频率成分。传统的滤波器只有滤波的功能,而当今的滤波器,特别是音频领域内的大部分滤波器,是既有滤波的基础功能,同时又兼有信号放大的能力。在信号领域内,滤波器分为无源滤波器和有源滤波器。有源滤波器是由集成运放和RC网络构成,由于集成运放的增益和输入阻抗都很高,且输出阻抗又很低,故此,有源滤波器还兼有放大信号的作用。另外,滤波器和均衡器两词是可相互代替的,我们将在下一章(均衡器)中来做更细微的定义。作为混音师来说,我们只需要明白,在各种EQ插件中利用不同的滤波器来操作波形时,其对频率的作用是既能衰减又能增益的。对滤波一词的总结:对特定频率进行有效提取,并对提取部分进行特定的处理(增益,衰减,滤除)的动作被叫做滤波。在混音领域中,最常用的滤波器类型有三种:通过式(Pass),搁架式(Shelving)和参量式(Parametric)。滤波器都有一个叫参考频率(Reference Frequency)的东西,在不同类型的滤波器中,具体的叫法会有所不同。二. 通过式滤波器(Pass Filters)通过式滤波器可以让参考频率一侧的频率成分完全通过该滤波器,同时对另一侧的频率成分做线性的衰减,用白话讲就是,一边让通过,一边逐渐被滤除。在信号学中,通过的区域被称为通带,滤除的区域被叫做阻带(图1)。另外,在通过式滤波器中,参考频率通常被称为截止频率。图1高通滤波器(high-pass filters):顾名思义,让截止频率后的高频区域通过,另一侧滤除,通常被简称为HPF(参考图1)。 低通滤波器(low-pass filters):让截止频率前的低频区域通过,另一侧滤除,通常被简称为LPF(参考图1)。 注意:在混音领域中,高通等于低切,低通等于高切。以下是高通滤波器与低通滤波器的核心参数:截止频率(Cut-off frequency):决定了通带(通过的频率部分)与阻带(阻止的频率部分)的分界曲线(参考图2),也就是说,当你需要100hz频率以上的都通过时,那么你就需要设置一个截止频率为100hz的高通滤波器。细心的读者会发现,截止频率的位置并非是在曲线开始弯曲的那个点,而是在-3dB的位置(图2)。以图2左侧的高通滤波器为例,截止频率点之上的部分频率并没有全部被通过,而是有个曲线,在曲线回归平直后其频率才被完全通过。至于为什么要将-3dB的位置设为截止频率,是因为-3dB对于滤波器的设计而言是个非常重要的位置,如果设为其他位置,则会让通过式滤波器的设计变得尤为复杂,所以-3dB这个位置,对于信号工程师来说很重要,对于混音师来说,它就只是个参考频率的位置而已。 图2:高通与低通示意图斜率(Slope):表示的是通带与阻带的分界曲线的倾斜程度,也就是说斜率决定了分界曲线是偏向平缓的,还是偏向垂直的,斜率越大(更陡峭),人工处理的痕迹就越明显。斜率的单位为dB/oct,中文称为分贝每倍频程。虽然绕口,但其实很简单,如6dB/oct,意思为一个倍频程的距离会产生6dB的衰减,数字滤波器常见的斜率选择有6dB/oct,12dB/oct,18dB/oct,24dB/oct,30dB/oct等等(图3)。另外,倍频程其实在P7中有提及到,在此再次说明一下,在频谱图上,两个音程关系为八度的音之间的频率点的距离被称为倍频程,如标准音A为440Hz,其相对高八度音的A(高音A)为880Hz,那么440Hz到880Hz就是一个倍频程的关系。以上纯概念的东西搞清楚了之后,我们再举例说说斜率是怎样影响音色的,如一个截止频率为800hz的低通滤波器,斜率24dB/oct就会比6dB/oct的声音更闷,因为24dB/oct的斜率更加陡峭,高频被滤除的更加干净,所以声音就更加闷(人工处理的痕迹就更明显),本章的配套视频中也有对斜率的演示,观看视频会帮助你更直观的感受这些参数代表的意义。图3:不同的斜率除了截止频率与斜率两个参数,有些通过式滤波器还提供对共振峰处理的功能,常规的通过式滤波器的分界曲线偏向弧形,而带共振峰调整的通过式滤波器,其分界曲线会有个向上凸起的区域(如图4),一般适用于合成器和特殊需求的场景。调整共振峰的参数被称为Q值,Q值在参量式滤波器中是个非常重要的参数,此处按下不表。图4另外,传统(没有增益功能的那种)的带通滤波器和带阻滤波器(参考图5)也应该被归纳为通过式滤波器。其与高通低通一样,也是让一部分频率被通过一部分频率被滤除,只是分界曲线不一样而已。笔者不打算在此处单独讲带通与带阻,原因是因为其滤波曲线的外观与参量式滤波器是类似的,控制参数也差不多,当你理解了参量式滤波器的操作参数,那带通与带阻的的操作参数也就理解了。请注意,带通与带阻的核心是让一部分频率通过,另外一部分则被滤除。而参量式滤波器其核心是选取一个区域对其进行增益或衰减,没被选取到的区域,则不受影响(不增益也不衰减)。图5:带通与带阻总结:高通滤波器与低通滤波器的主要用途是用来滤除不想要的频率成分,截止频率决定了分界曲线的位置,斜率决定了分界曲线的倾斜程度(更陡峭或者更平缓)。三. 搁架式滤波器(Shelving Filters)相比于切除式的滤波器(通过式滤波器),搁架式滤波器则显得平和一些,同时具有增益功能(有些厂牌出的通过式数字滤波器也能对信号进行增益)。衰减型的搁架滤波器没有完全滤除某段频率,其只是衰减了分界曲线一侧的频率而已。由于搁架式滤波器的分界曲线为“Z”型,有点像我们的家中放物品的搁架,所以被称为搁架式滤波器(图6)。搁架式滤波器的参考频率被称为拐点频率(Corner frequency)。图6:搁架式滤波器低频提升型搁架(low shelve filters +): 顾名思义,低频在原有的基础之上进行额外的振幅提升(低频部分响度变大),其它频率不变(参考图6),被笔者简称为LSF+。 低频衰减型搁架(low shelve filters -): 低频部分根据设置的衰减量进行频率衰减,,其他频率不变(参考图6),被笔者简称为LSF-。 高频提升型搁架(high shelve filters +): 高频在原有的基础之上进行额外的振幅提升(高频部分响度变大),其它频率不变(参考图6),被笔者简称为HSF+。 高频衰减型搁架(high shelve filters -): 高频部分根据设置的衰减量进行频率衰减,其它频率不变(参考图6),被笔者简称为HSF-。 小提示:有的均衡器上还提供一边是增益,一边是衰减的搁架式曲线(阴阳曲线),著名的FabFilter Q3就支持这种曲线。以上是对四种搁架式滤波器的简要说明,下面是其核心参数的介绍:拐点频率(Corner frequency):与通过式滤波器不一样,搁架式的参考频率指的是分界曲线开始弯曲的地方(图7),被称为拐点频率,拐点的一侧的将会被增益或者衰减,而另一侧将不发生变化(特殊曲线除外如fabFilter),在曲线地带有一个过渡区。那为什么参考频率不定在截止频率或者中心频率的位置上呢?其实这个问题不重要,对于混音师的工作而言,拐点频率通常就是搁架式滤波器的参考频率————来自《混音指南》的回答。图7:拐点频率增益量(Gain):顾名思义,此参数决定了增益和衰减的量,单位为dB。 如今各种数字滤波器日新月异,有很多搁架式滤波器还提供斜率的控制,斜率在通过式滤波器中已经做过说明,此处不再赘述。总结:搁架式滤波器适合做局部的增益和衰减,如需要突出某乐器的低频部分或者高频部分的时候,选择搁架式滤波器会是一个不错的选择。四. 参量式滤波器(Parametric Filters)参量式滤波器是最为灵活的一种滤波器(参考图8),与搁架式滤波器一样,参量式滤波器除了衰减之外也能进行增益。参量式滤波器与其他类型的滤波器最大的区别是,它不是一侧一侧的进行增益或衰减的,而是对某个区域的频率进行增益或衰减,参量式滤波器的参考频率被称为中心频率(Center frequency)。此类滤波器的分界曲线看起来像凸起来的小山,或者是凹进去的山谷,所以它还有两个截止频率。不过我们通常设置的是中心频率,如果要想设置“小山”的宽度,则需对Q值进行设置。图8:参量式滤波器宽度值在信号学中被称为带宽,而混音领域内的Q值虽然是用来决定带宽的,但我们绝对不能简单的认为Q值就等于带宽。提升型参量式滤波器:对所设定的区域内的频率进行提升,其曲线为凸型(参考图8)。 衰减型参量式滤波器:对所设定的区域内的频率进行衰减,其曲线为凹型(参考图8)。 以上是两种参量式滤波器的介绍,下面是其核心参数:中心频率(Center frequency):此为参考频率点,设定好后,被选区域根据中心频率点来进行两侧的扩张,至于扩张多少量,则是由Q值来决定的(参考图8)。 增益量(Gain):此参数决定了增益和衰减的量,单位为dB,在参量式滤波器中也被称为均衡量。有的参量式滤波器,在调整均衡量(gain)的时候,会对带宽的大小产生影响,这是因为此滤波器的Q值类型为比率型Q值。 Q值(Quality Factor):Quality Factor中文翻译为品质因素,Q值是用来决定频率的带宽的,值得注意的是,Q值它不等于带宽。我们先从带宽的本质说起,带宽是两个频率点间的距离,单位是hz,如100hz-200hz之间的带宽宽度为100hz。在数字滤波器上,频谱图的栅格(P7中有提及到)是根据倍频程的特性来设计的,比如,100hz到200hz它是一个倍频程,其栅格的视觉宽度值假设为3CM,1000hz到2000hz它也是一个倍频程,其栅格的视觉宽度还是3CM(参考图9),这就造成了一个问题,如果直接用信号学中定义的带宽来控制参量式滤波器中的带宽,那么当它的中心频率点由低往高的方向移动时,其带宽视觉图是会变的越来越窄的,这是因为100hz-200hz的带宽与10100-10200的带宽值虽然都是100hz,但其在频谱图上的视觉宽度是大相径庭的。正因为以上阐述的这个特性,所以大多数参量式滤波器都引入了Q值这个概念,Q值是根据一个算法来间接控制带宽的,这个算法会将慢慢变窄的带宽变为恒定的视觉宽度,也就是说,在滤波器上通过Q值进行带宽控制后,其不会因为中心频率点的移动而发生视觉上的改变。举个例子,一个带通滤波器,设定一个Q值,其通过区域是100hz到200hz,这是一个倍频程的距离,然后我们将中心频率移动至1500hz左右,其通过区域从100hz-200hz变成了1000hz-2000hz(所控制的带宽从100hz变成了1000hz),而1000hz-2000hz还是一个倍频程的距离,说白了,Q值是采用倍频程的方式来控制带宽的,从而保持频谱图上的视觉宽度一致。以上啰嗦了一大堆,我们还是回归到Q值本身上来。Q值本身分为比率型Q值和恒定Q值,当为比率型Q值时,调节中心频率会使带宽发生变化,而恒定型的Q值在调节中心频率时,带宽不会发生变化(图10),两种Q值中恒定型的Q值是最为常用的Q值类型。结尾一句话概括:Q值大小决定了带宽大小,Q值越大,则带宽越窄,影响的频率区域也就越少。图9:倍频程图10:Q值类型总结:由于参量式滤波器是最为灵活的一种滤波器,所以其用途多样,需由道友们进行自我探索(这总结含水量真高>_<)。此视频通过宿主的自动化控制功能,对主流滤波器进行了扫频演示,各位最好是用耳机听听感受一番:DAW:studio one EQ:FabFilter Pro Q3滤波器对歌曲进行扫频的体验https://www.zhihu.com/video/1071424410040422400本章只介绍了主流的滤波器,在如今的数字滤波器中,不同种类的滤波曲线简直是琳琅满目(如图11),其中各种妙处则需道友们自行参悟。如果觉得本文有帮助到你,那就点个赞,来一波专栏关注(也欢迎关注笔者)。下一章我们将讨论均衡器(其实均衡器的基础核心都在本章)。图11:FabFilter中“斜线型”的滤波器转载需注明出处(源地址与作者笔名),否则一律视为侵权。本文参考文献(侵删):[图文]常用音频效果器-滤波器 - 百度文库 滤波电路和放大电路 - 百度文库 Roey Izhaki《Mixing Audio》 编辑于 2019-08-27 16:55混音均衡器(Equalizer)数字滤波器赞同 20230 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录孙黑皮的混音之路适合新手们关注的混音专栏,大家一起学混 滤波器基本原理是什么? - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册数字信号处理滤波器数字滤波器滤波器基本原理是什么?关注者36被浏览144,080关注问题写回答邀请回答好问题 2添加评论分享13 个回答默认排序哥廷根数学学派与现代信号处理,机器学习,深度学习,故障诊断那些事 关注滤波器的基本原理就是信号的时频特性,大体包括时域滤波,频域滤波,时频域滤波等发布于 2023-01-03 07:41赞同添加评论分享收藏喜欢收起楚友马通信专业技术人员职业资格证持证人 关注信号处理中,滤波,意味着去除信号中不想要的部分,例如随机噪声;或者提取信号的有用部分,例如一段频率范围内的某个分量。主要有两种类型的滤波器,分为模拟滤波器和数字滤波器。模拟滤波器使用模拟电子电路,例如电阻、电容、运放等,实现滤波效果。数字滤波器,使用数字处理器(PC或者专用DSP),在信号的样本值上进行数值计算,实现滤波。数字滤波相对模拟滤波,有以下优点:数字滤波器是可编程的,其运算由处理器中的程序确定,在软件上容易调整,而模拟滤波器只能通过重新设计硬件电路进行调整;模拟滤波器电路元件性能受温度影响较大,而数字滤波器随时间和温度变化呈现出稳定的性能;数字滤波器可以处理非常低频的信号;数字滤波器可获得线性相位响应;也有不利的方面:速度限制,数字滤波器能实时处理的信号最大带宽,比模拟滤波器低;有限字长效应,数字滤波器遭受ADC噪声和截断噪声等的影响,带来不稳定性;较长的设计开发周期,数字滤波器的硬件开发部分,会比模拟滤波器更久数字滤波器的处理框架示意数字滤波器主要分为两类——FIR和IIR。数字滤波器可由下图所示的冲激响应来表征。数字滤波器的概念表示滤波器的输入和输出信号,根据FIR和IIR,分别表示为: y(n)=\sum_{k=0}^{N-1}{h(k)x(n-k)} \;FIR\tag{1} y(n)=\sum_{k=0}^{\infty}{h(k)x(n-k)} \;IIR\tag{2} IIR 又可以表示成递归形式: y(n)=\sum_{k=0}^{\infty}{h(k)x(n-k)}=\sum_{k=0}^{N}{b_{k}x(n-k)}-\sum_{k=1}^{M}{a_{k}y(n-k)}\tag{3} 从某种意义上而言,IIR是一个反馈系统。FIR和IIR的传递函数:H(z)=\sum_{k=0}^{N-1}{h(k)z^{-k}}\;FIR\tag{4} H(z)=\frac{\sum_{k=0}^{N}{b_{k}z^{-k}}}{1+\sum_{k=1}^{M}{a_{k}z^{-k}}}\;IIR\tag{5} 可以将二者性能对比:FIRIIR有准确的线性相位响应相位响应非线性非递归,稳定无法保证稳定性使用有限数量的比特实现滤波,结果较少严重截断噪声和系数量化误差,结果严重对于陡峭的截止频率,需要更多的系数较少的系数,较少的处理时间和存储没有模拟元件,但更容易实现任意频率响应的滤波器模拟滤波器可以等效变换成IIR数字滤波器注:参考来源 “Digital Signal Processing – A Practical Approach” - Emmanuel C. Ifeachor and Barrie W. Jervis Second Edition发布于 2022-12-30 20:45赞同 8添加评论分享收藏喜欢 滤波器原理及其作用,滤波器的应用有哪些? - RF技术社区 搜索 注册/登录 姓名 退出 首页 资讯 论坛 视频 活动 下载 Qorvo动态 全站 当前频道 文章 行业资讯 详情 滤波器原理及其作用,滤波器的应用有哪些? 发布时间:2021-08-03 17:15:45 来源:RF技术社区 (https://rf.eefocus.com) 标签:滤波器滤波电路信号处理 分享到: 滤波器是由电容、电感和电阻构成的电路,其主要功能是有效地过滤掉电源线中特定频率以外的频率。使用滤波器可以提取出所需的特定频率信号,或者消除电源信号中的特定频率成分。滤波器被认为是一种选择性频率传递装置,能够允许特定频率成分通过,并明显减弱或抑制其他频率成分。通过利用滤波器的特性,我们可以消除干扰噪声或进行频谱分析。准确来说,滤波器是一种用于过滤波形的器件,它可以使特定频率的波形通过,并大幅度降低或阻止其他频率的波形传输。
在电子技术领域,波形通常指物理量随着时间的起伏变化。这种变化可以通过传感器检测并转换为电压或电流的时间函数。这种电压或电流的时间函数又被称为各种物理量的时间波形或信号。因为这些时间是连续取值的,所以这些信号也被称为连续时间信号或模拟信号。
滤波是信号处理中的一种重要技术,其目的是从混合信号中提取我们需要的信号成分或者减小不需要的成分。在直流稳压电源中,滤波电路的主要作用是滤除脉动的直流电压中的交流成分,从而降低输出电压的纹波系数,使波形更加平滑。
具体来说,滤波电路利用某些元件(如电容、电感)的频率特性来吸收或阻止特定频率的信号,从而实现信号的平滑处理。这些元件可以看作是一种“滤波器”,它们能够选择性地让某些频率的信号通过,而阻止其他频率的信号。
例如,在电源中,如果有一个脉动的直流电压信号,其波形可能并不是完全平滑的,而是包含了一些小的波动或纹波。这些纹波通常是由于电源中的交流成分引起的。通过使用滤波电路,我们可以减少这些纹波的影响,从而得到一个更加平滑、稳定的直流输出电压。
总之,滤波电路在直流稳压电源中的作用是帮助提取和保留所需的直流成分,同时减小交流成分的影响,使输出电压更加稳定和平滑。
一、滤波器的关键分类:
根据处理信号类型的不同,滤波器主要分为模拟滤波器和数字滤波器两大类。
1、无源滤波器的五大类别:
无源滤波器则根据所通过信号的频率范围,可以分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。
低通滤波器:这种滤波器主要允许信号中的低频或直流分量通过,而对高频分量或干扰和噪声进行抑制。
高通滤波器:与低通滤波器相反,它主要允许信号中的高频分量通过,而对低频或直流分量进行抑制。
带通滤波器:这种滤波器主要允许一定频段的信号通过,而对低于或高于该频段的信号、干扰和噪声进行抑制。
带阻滤波器:也被称为陷波滤波器,它的作用与带通滤波器相反,主要抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。
全通滤波器:这种滤波器在整个频带范围内,信号的幅值不会改变,也就是说,全频带内幅值增益恒等于1。全通滤波器一般用于改变输入信号的相位,理想情况下,相移与频率成正比,相当于一个时间延时系统。
2、根据滤波器的构成元件分类:
根据所采用的元器件,滤波器可以分为无源和有源滤波器两种。无源滤波器主要由电阻、电容、电感等无源元件构成,而有源滤波器则主要由运算放大器、晶体管等有源元件构成。
3、根据滤波器的位置分类:
根据滤波器的安装位置不同,滤波器一般分为板上滤波器和面板滤波器两种。板上滤波器是安装在电路板上的滤波器,而面板滤波器则是安装在面板上的滤波器。
板上滤波器是安装在电路板上的滤波器,例如PLB和JLB系列滤波器。这种滤波器的优点在于经济实惠,然而其高频滤波效果并不理想。主要原因包括以下几点:
滤波器的输入与输出之间缺乏有效的隔离,因此容易发生信号耦合;
滤波器的接地阻抗较高,这在一定程度上削弱了高频旁路效果;
滤波器与机箱之间的一段连线会产生两种不良作用。首先,机箱内部的电磁干扰可能会直接感应到这段线上,并沿着电缆传播出去,使滤波器失去作用。其次,外界干扰在滤波器滤波之前可能会通过这段线产生辐射,或者直接与电路板上的电路发生耦合,导致敏感度问题;
滤波阵列板和滤波连接器等面板滤波器通常会直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接固定在金属面板上,滤波器的输入与输出之间得到了完全的隔离,接地效果良好。电缆上的干扰在机箱端口处被有效滤除,因此滤波效果相当出色。
二、滤波器的工作原理
低通滤波器
电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过,电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小,称为低通滤波器。
低通滤波器原理很简单,它就是利用电容通高频阻低频、电感通低频阻高频的原理。对于需要截止的高频,利用电容吸收电感、阻碍的方法不使它通过;对于需要放行的低频,利用电容高阻、电感低阻的特点让它通过。
高通滤波器
最简单的高通滤波器是“一阶高通滤波器”,它的的特性一般用一阶线性微分方程表示,它的左边与一阶低通滤波器完全相同,仅右边是激励源的导数而不是激励源本身。当较低的频率通过该系统时,没有或几乎没有什么输出,而当较高的频率通过该系统时,将会受到较小的衰减。
实际上,对于极高的频率而言,电容器相当于“短路”一样,这些频率,基本上都可以在电阻两端获得输出。
高通滤波器除可以用元件外,还可以用LC构成。
带通滤波器
带通滤波器是一种仅允许特定频率通过,同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性,故而被广泛地应用现在电子设计中。比如RLC振荡回路就是一个模拟带通滤波器。带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对。
一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带,在通带内没有放大或者衰减。实际上,并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉,尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象,并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。 通常,滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好,这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而,随着滚降范围越来越小,通带就变得不再平坦,开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显,这种效应称为吉布斯现象。
三、滤波器的作用 滤波器是用于过滤波形的电子器件。在电子技术领域中,“波”通常指的是描述各种物理量随时间变化的过程,这个过程可以通过传感器转换为电压或电流的时间函数,也被称为信号。由于时间连续取值,这些信号被视为连续时间信号或模拟信号。随着数字计算机技术的出现和发展,为了便于计算机对信号进行处理,连续时间信号被转换为离散时间信号的理论和方法得以发展。因此,我们可以将原始模拟信号在一系列离散时间点上的样本值视为原始信号的离散样本,而不丢失任何信息。波形、信号等概念是客观世界中各种物理量变化的表达,也是现代社会赖以生存的各种信息的载体。信息的传递依赖于波形信号的传输,而在其产生、转换和传输的各个环节都可能受到环境和干扰的影响而产生畸变。在很多情况下,这种畸变可能非常严重,导致信号及其所携带的信息被噪声所淹没。 四、滤波器的应用:
在各个行业中,滤波器都扮演着重要的角色。以下是几个行业中滤波器的应用示例:
通信行业:为满足大规模数据中心机房的运行需求,通信配电系统中的UPS容量不断增加。据研究,通信系统中的主要谐波源设备包括UPS、开关电源和变频空调等。这些设备产生的谐波含量较高,并且具有高功率因数。通过使用有源滤波器可以提高通信系统和配电系统的稳定性,延长设备寿命,并使配电系统符合谐波环境的设计规范。
半导体行业:许多半导体企业面临严重的三次谐波问题,主要是由于大量使用单相整流设备所致。三次谐波属于零序谐波,会造成中性线过载甚至引发火灾,对生产安全构成严重威胁。此外,谐波还可能导致断路器跳闸,影响生产进程,并加速变压器老化。因此,在半导体行业中使用有源滤波器可以有效解决这些问题。
石化行业:石化行业中存在大量泵类负载,其中很多配备了变频器。变频器的广泛应用导致配电系统中的谐波含量显著增加。特别是六脉冲整流器会产生5次、7次和11次谐波。这种谐波污染对电力设备效率和寿命产生影响,并引起计量方面的偏差。使用有源滤波器可以有效解决这些问题。
化纤行业:为了提高熔化率和玻璃的熔化质量,以及延长炉龄和节约能源,化纤行业经常使用电助熔加热设备。这些设备产生大量谐波,尤其是三相谐波的频谱和幅值差异较大。
钢铁/中频加热行业:钢铁工业中使用的中频炉、轧机、电弧炉等设备对电网的电能质量产生重大影响。这些设备可能导致电容补偿柜过载保护频繁触发、变压器和供电线路过热、熔断器频繁断开,甚至造成电压下降和闪变现象。
汽车制造业:焊接机是汽车制造业中必不可少的设备。由于焊接机具有随机性、快速性和冲击性,大量使用焊接机会导致严重的电能质量问题,进而影响焊接质量的稳定性。例如,高度自动化的机器人可能因电压波动而无法正常工作,无功补偿系统也无法正常运行。
直流电机谐波治理:大型直流电机场所通常需要通过整流设备将交流电转换为直流电。由于这些工程负载容量较大,交流侧存在严重的谐波污染,导致电压失真。在严重情况下,甚至可能引起事故发生。 继续阅读 『这个知识不太冷』探索 RF 滤波器技术(下) 似乎每年都会为手机、Wi-Fi、汽车等应用分配新的频谱。增加新的频谱是好事,它们会推动无线设备逐步改进。但增加这些额外的频谱有时候会影响到某些区域,导致其中的频段相互重叠。此外,因为 RF 路径增加,会导致系统发热量随之增加。 FBAR滤波器:尖端技术的理论与设计探索 随着无线通信技术的迅猛发展,高效精准的滤波器成为无线设备中不可或缺的核心组件。在这个领域中,表面声波滤波器(Film Bulk Acoustic Resonator,简称FBAR)以其极高的性能和广阔的应用前景脱颖而出。本文将深入探讨FBAR滤波器的理论与设计,揭示其在无线通信中的重要性和创新潜力。 如何化解与V2X相关的频谱挑战 为了让真正的自动驾驶汽车能够在没有人工干预的情况下导航,所有类型的数据都必须与其它车辆及周围的基础设施连续且实时地共享。 传输线全反射状态:射频工程师的必备知识 传输线是射频工程中常见的元件,其设计和优化对于信号传输的稳定性和质量至关重要。在传输线中,全反射状态是一个关键概念。本文将带您深入了解传输线中的全反射状态,揭示其原理、应用以及在射频工程领域的重要性。 LC低通滤波器:信号的守护者与优化者 在电子领域中,LC低通滤波器是一种关键的信号处理元件。它能够让低频信号通过并削弱高频信号,起到筛选和保护信号的作用。通过使用LC低通滤波器,我们可以有效消除噪声、改善信号质量,为各种电子系统提供清晰、稳定的信号。 相关资讯 『这个知识不太冷』探索 RF 滤波器技术(下) FBAR滤波器:尖端技术的理论与设计探索 有源模拟滤波器于CMOS时代的演变 毫米波滤波器设计中应该如何把握尺寸和公差? 一文详解滤波器 温度对滤波器性能的影响与PIM测试设置 更多热门资讯 详解巴伦原理及其应用从零开始了解ChatGPT:实现原理及发展历程探秘IQ信号与IQ调制:数字通信中的核心概念与技术深入比较PCIe 4.0与PCIe 3.0:它们之间有什么不同?滤波器原理及其作用,滤波器的应用有哪些?十个让生活更便捷的RFID技术应用实例实用天线与阻抗匹配调试方法详解:迅速解决问题的指南PAMiD是什么东西?PAMID有哪些应用?对比FIR和IIR滤波器:构造、性能和适用性差异如何解决RS485通信干扰的问题? 更多最新资讯揭秘镜频信号:通信质量的隐形挑战(下)揭秘镜频信号:通信质量的隐形挑战(上)天线极化:理论与应用探索智能交互革新:压感解决方案为汽车的演进铺平道路语义通信技术,让信息传递更高效(下)登月计划是如何推动芯片发展的?激光雷达会对人眼造成伤害?!相位噪声对通信系统性能的影响分析(下)相位噪声对通信系统性能的影响分析(上)扩频通信VS跳频技术:WiFi通信的双核驱动力 技术热帖 【端午福利活动】电机知识分享,大量福利等你来拿!!! 徐老师的HFSS射频仿真设计实例大全——(HFSS15)工程文件 HFSS 2015版软件安装包下载地址及教程 ADS2011和ADS2012最全的教程 Smith圆图阻抗匹配计算软件 【ADS 2016.01】ADS 2016.01 crack 徐兴福——匹配电路设计 看完这篇“史密斯圆图”告别懵逼射频 频率电感电容计算软件 ads2009与cadence联调仿真资料
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LC滤波器的基础知识 LC滤波器 向左滚动 了解产品 选择/搜索 设计/试制 认定/认证 获取/购买 向右滚动 关闭 LC滤波器LC滤波器的基础知识
什么是LC滤波器? LC滤波器的结构 使用LC滤波器的优点 LC滤波器的类型 LC滤波器的术语说明 村田LC滤波器的特点 关联网站 查询 什么是LC滤波器? 什么是高频滤波器? 滤波器(Filter)是从给定信号中只提取所需部分并除去不需要部分的元件。另外,将这种效用称为滤波。
高频指的是电波、声波等波形中频率较高的部分。
高频滤波器是让所需频率信号通过并阻断不需要的频率信号的元件。此类滤波器有时称为RF滤波器。 图1:高频滤波器的滤波示例 什么是LC滤波器? “LC滤波器”是由电感器(L)和电容器(C)组合而成的元件,可以阻断不需要的频率信号或只让所需频率信号通过。
村田的LC滤波器兼容300MHz至40GHz的广泛频带的频率。 图2:电容器、电感器高频特性 LC滤波器的结构 采用温度系数小的LTCC(低温共烧陶瓷)和印刷铜线圈,构成多层结构的LC滤波器。通过将L和C制成多层结构,实现了小型化。
通过更换线圈图案或电容器图案,可以改变滤波器的波形。
图3:LC滤波器结构图 什么是LTCC? LTCC是Low Temperature Co-fired Ceramics的首字母缩写,指的是低温共烧陶瓷。
LTCC的特点是,通过在通常在1500°C以上的高温下烧成的陶瓷材料中混合玻璃成分,可以将烧成温度降低至900°C左右。这使得能够在内置布线中使用导体电阻较低的铜和银。
村田的LTCC通过在内部电极中使用铜,阻止了离子迁移*的发生,实现了损耗低、电气特性出众的“LC滤波器”的产品化。
*离子迁移:在湿度高的环境下施加电压时,位于布线图案阳极的金属发生离子化,移动到对面的阴极,并在阴极重新作为金属生成的现象。这可能会导致短路故障。 使用LC滤波器的优点 下面是LPWA(Low Power Aria Network)的电路图示例。
左图使用10个电感器(L)和电容器(C),构成了868MHz的低通滤波器+巴仑。
右图是采用LC滤波器,将其替换为单个元件的示例。通过采用LC滤波器,带来了以下四个优点。
易于设计 减少元件偏差 减少设计空间 减少元件数量 图4:LPWA(Low Power Aria Network)的电路图示例 LC滤波器的类型 根据提取频率的不同,LC滤波器大致分为四种类型。 低通滤波器:Low Pass Filter(简称:LPF) 仅提取低频(Low)侧频率的滤波器。因为是让低于阻断频率的频率通过的滤波器,所以被称为低通滤波器。 高通滤波器:High Pass Filter(简称:HPF) 仅提取高频(High)侧频率的滤波器。因为是让高于阻断频率的频率通过的滤波器,所以被称为高通滤波器。 带通滤波器:Band Pass Filter(简称:BPF) 仅提取特定频率范围的滤波器。因为是只让所设定频率范围通过的滤波器,所以被称为带通滤波器。 带阻滤波器:Band Elimination Filter(简称:BEF) 因为是只阻断特定频率范围的滤波器,所以被称为带阻滤波器。 LC滤波器的术语说明 我们对使用LC滤波器时常用的术语进行说明。 插入损耗:Insertion Loss 插入损耗英文称为Insertion Loss(插入损耗),简称为IL。
IL指的是想要通过的频带的信号在通过产品时损耗的量,单位为dB。如果IL良好,则称为滤波器的损耗低或IL低。如果IL不良,则想要通过的信号会损耗,使得信号无法通过。
因此,可以说具有良好IL特性的产品是优质产品。
衰减量:Attenuation 衰减量英文称为Attenuation(衰减),简称为ATT。
衰减指的是想要衰减的频带的信号在通过产品时衰减的量,单位为dB。如果衰减良好,则称为滤波器的衰减量高或衰减大。如果衰减不良,则不想通过的噪声等信号就会通过。
当进行注重IL的设计时,衰减特性会有恶化倾向,因此滤波器开发人员会考虑IL和衰减特性两者之间的平衡进行开发。
反射特性:Return Loss 反射特性英文称为Return Loss(回波损耗),缩写为RL。
Return Loss指的是将信号输入到产品时反射的信号量,单位为dB。如果Return Loss良好,则想要通过的信号被滤波器反射的量会较小,这意味着会有较多信号通过滤波器而不被反射。
Return Loss是与IL相关的特性,如果IL良好,则Return Loss也有良好倾向。
通带宽度:Band Width 通带宽度英文称为Band Width(带宽),缩写为BW。
通带宽度是允许信号通过的频带,单位为Hz。1Hz的一千倍为kHz、一百万倍为MHz、十亿倍为GHz。
1Hz表示交流信号每秒在正负之间切换一次的波。1MHz表示每秒有一百万次的波。
图5:LC滤波器波形 术语说明 村田LC滤波器的特点 村田的LC滤波器采用了CC Co-fire(CC共烧)技术。
CC Co-fire是通过将多种陶瓷材料(最多三种)一同进行烧结来实现高性能滤波器特性的技术。
高介电常数(ε)的介质材料用于电容器层,而低介电常数(ε)的介质材料用于电感器层。该技术可实现小型化和低插入损耗,而且还支持高功能化。
此外,还可以实现薄型化,这对于开发适用于模块内置元件的产品也很有帮助。
在此处查看LC滤波器的产品阵容 关联网站 LC滤波器产品信息页首 可以查看LC滤波器的产品阵容和PDF商品目录等产品信息。 LC滤波器产品搜索 可以搜索LC滤波器的产品型号,并查看各产品型号的形状、规格等详细数据。 查询 联系我们 申请样品 报价询问 技术支持 电子元器件 滤波器 LC滤波器 LC滤波器的基础知识 村田制作所的电子邮件杂志订阅
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器_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10电子滤波器播报上传视频可执行信号处理功能的装置本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。电子滤波器(Electronic Filters)是可执行信号处理功能的电子线路、元件或装置,专门用于去除信号中不想要的成分或者增强所需成分。中文名电子滤波器外文名Electronic Filters功 能执行信号处理功能时 间19世纪80年代类 型线性滤波器装 置音频滤波器目录1基本信息2历史3按照滤波技术分类▪无源滤波器(被动式滤波)▪有源滤波器(主动式滤波)▪开关电容(Switched Capacitor)滤波器▪数字滤波器▪电源滤波器▪其它滤波器技术4主要分类5特殊设计的滤波器基本信息播报编辑电子滤波器有音频滤波器(Wave Filter)与噪声滤波器(Noise Filter)等应用装置,可以是:无源的或者有源的模拟的或者数字的离散时间(采样)的或者连续时间的线性的或者非线性的无限脉冲响应(IIR)或者有限脉冲响应(FIR)不管它们的设计有什么不同,最常见的电子滤波器类型是线性滤波器。参见线性滤波器方面的文章中关于它们的设计和分析的详细内容。历史播报编辑早在19世纪80年代,电阻、电容滤波电路就已经出现。具有频率选择功能的电感、电容谐振电路可作为最简单的滤波器。1915年德国K.W.华格纳和美国贝尔实验室的G.A.坎贝尔,分别提出关于滤波器的论文,已被世界公认为滤波器的独立发明者。1923年以后,贝尔实验室的O.J.查贝尔提出定K型、m诱导型影像参数滤波器设计方法。1939年德国W.考尔和美国S.达灵顿分别提出工作参数滤波器设计理论。由于许多电路和系统都要区分不同频率的信号,滤波器遂被广泛地用在通讯、广播、雷达以及许多仪器和设备中。许多复杂的多极 LC 滤波器也已经存在多年了,有许多这方面的书籍讲述这类滤波器的工作。最古老的电子滤波器形式是使用电阻和电容或者电阻和电感构建的无源模拟线性滤波器,它们分别叫做 RC 和 RL 单极滤波器。人们也开发了一些混合滤波器,典型的例子有将模拟放大器与机械共鸣器或者延时线组合在一起。如CCD延时线这样的设备也用作离散时间滤波器。由于数字信号处理的广泛应用,有源数字滤波器已经变得常见。按照滤波技术分类播报编辑无源滤波器(被动式滤波)单极型最简单的线性滤波器的电子实现是电阻、电感和电容的组合。这些滤波器有RC、RL、LC和RLC等多种形式。所有这些类型的滤波器总称为无源滤波器,这是因为它们都不需外部电源供电。电感阻止高频信号通过而允许低频信号通过,电容的特性却相反。信号能够通过电感的滤波器、或者通过电容连接到地的滤波器对于低频信号的衰减要比高频信号小,称为低通滤波器。如果信号通过电容、或者通过电感连接到地,那么滤波器对于高频信号的衰减要比低频信号小,称为高通滤波器。电阻自身没有频率选择的特性,但是加入到电感和电容一起决定电路的时间常数,因此也决定了相应的频率。在大概超过 100 MHz 这样非常高的频率,有时电感由一个单环或者金属片组成,电容由相邻的金属片组成,它们称为 stubs。多极型二阶滤波器用品质或Q因数来衡量。如果一个滤波器通过或者阻止的频率带宽与中心频率相比非常狭窄,那么就说这个滤波器有很高的Q因数(Q值)。Q 定义为中心频率/3dB频宽。有源滤波器(主动式滤波)有源滤波器使用无源和有源放大元件组成,运算放大器经常用于有源滤波器设计。有源滤波器能够不使用电感就实现高Q因子和谐振。但是,它们的频率上限受制于所用放大器的频宽。开关电容(Switched Capacitor)滤波器和有源滤波相比,以开关电容(Switched Capacitor)电路代替电阻的滤波器。数字滤波器数字信号处理可以用于廉价地构建不同类型的滤波器。信号经过采样、模数转换转变成数字流,经常使用运行在中央处理器或者特殊的数字信号处理器的计算机程序而不是硬体算法来计算输出的数字流,它的输出然后通过数模转换转变成信号。在转换过程中可能会产生噪声,但是对于许多有用的滤波器来说它们可以被控制和限制。由于涉及到采样,所以输入信号必须限定在一定的频率,否则就会产生混叠。电源滤波器电源滤波器专用电容电源滤波器是指装设于交流电源侧的噪声滤波器(Noise Filter),用来消除干扰杂波的器件,将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流电,可将内部噪声控制于内部中,防止噪声借由电缆线传导到其他电器中。其它滤波器技术石英滤波器和压电技术在二十世纪三十年代晚期,工程师发现如石英这样的坚硬材料制成的小型机械系统会在从可听见的声音频率到几百兆赫兹的无线电频率发生声学谐振。一些早期的谐振器是用钢制成的,但是很快石英就流行起来。石英的最大优点是它是压电式的,这就意味著石英振荡器可以直接将它们自身的运动转化成电子信号。另外石英随温度变化的系数很小,这就是说石英振荡器能够在很大的温度变化范围内保持稳定的频率。石英晶体滤波器的质量因数远远高於 LCR 滤波器。当需要更高的稳定性时,晶体和驱动电路能够放到一个「晶体箱」中控制温度变化。对于极窄频宽的滤波器,有时需要串行使用几个晶体。工程师发现可以在石英晶体上蒸发金属成梳状从而可以将多个晶体叠加成一个元件,在这种机制下,「抽头(tapped)延时线」在声波滑过石英晶体表面时能够增强所要频率。抽头延时线已经成为多种实现高Q滤波器方法的一个通用机制。表面声波滤波器表面声波滤波器是经常用于无线电频率应用的机电设备,电子信号在压电晶体中转化为机械波;这个波在通过晶体传播时发生延时;后面的电极将它转换成电讯号。延时的输出信号组合在一起成为有限脉冲响应滤波器的一个直接的模拟实现。这种混合滤波技术也见于模拟采样滤波器中。石榴石滤波器另外一种实现从 800MHz 到 5GHz 微波频率滤波的方法是使用一个钇和铁化合作用制造的单晶钇铁石榴石球(YIGF或者钇铁石榴石滤波器)。石榴石位于电晶体驱动的金属带上,一个小型的环形天线连到球体顶端。电磁场将会改变石榴石允许通过的频率。这种方法的一个优点是能够通过改变磁场强度在很宽的范围内调整频率。原子滤波器对于更高频率和更高精度要求,需要使用原子震动。原子钟使用铯激励器作为超高 Q 滤波器稳定主振荡器。另外一个用于带有微弱无线电信号的高固定频率场合的方法是使用红宝石激励器 tapped 延时线。主要分类播报编辑按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻、全通滤波器等:低通滤波器:允许信号中的低频或直流分量通过,抑制高频分量、干扰和噪声。高通滤波器:允许信号中的高频分量通过,抑制低频或直流分量。带通滤波器:允许一定频段的信号通过,抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声。带阻滤波器:抑制一定频段内的信号,允许该频段以外的信号通过。全通滤波器:具有平坦的频率响应,并不衰减任何频率的信号。由此可见,全通滤波器虽然也叫滤波器,但它并不具有通常所说的滤波作用,而是通过改变输入信号的相位,用于相位校正、延时器、延迟均衡等作用。按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。 [1]根据滤波器的物理安放位置不同,一般分为板上滤波器和面板滤波器。特殊设计的滤波器播报编辑切比雪夫滤波器(Chebyshev Filter):是在通带或阻带上频率响应幅度等波纹波动的滤波器。高斯滤波器(Gaussian Filter):是根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑低通滤波器,适用于消除高高斯噪声,广泛应用于信号或图像处理的减噪过程 [2]。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000
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度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心滤波[lǜ bō]播报讨论上传视频通信术语收藏查看我的收藏0有用+10滤波(Wave filtering)是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施,滤波分为经典滤波和现代滤波。中文名滤波外文名Wave filtering实 质将信号中特定波段频率滤除的操作用 于抑制和防止干扰分 类经典滤波和现代滤波目录1简介▪定义▪起源2基本概念▪经典滤波▪滤波器▪现代滤波3滤波问题及分类▪维纳滤波▪卡尔曼滤波▪非线性滤波简介播报编辑滤波定义滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。是根据观察某一随机过程的结果,对另一与之有关的随机过程进行估计的概率理论与方法。起源滤波一词起源于通信理论,它是从含有干扰的接收信号中提取有用信号的一种技术。“接收信号”相当于被观测的随机过程,“有用信号”相当于被估计的随机过程。例如用雷达跟踪飞机,测得的飞机位置的数据中,含有测量误差及其他随机干扰,如何利用这些数据尽可能准确地估计出飞机在每一时刻的位置、速度、加速度等,并预测飞机未来的位置,就是一个滤波与预测问题。这类问题在电子技术、航天科学、控制工程及其他科学技术部门中都是大量存在的。历史上最早考虑的是维纳滤波,后来R.E.卡尔曼和R.S.布西于20世纪60年代提出了卡尔曼滤波。现对一般的非线性滤波问题的研究相当活跃。基本概念播报编辑滤波滤波是信号处理中的一个重要概念,滤波分经典滤波和现代滤波两种。经典滤波滤波经典滤波的概念,是根据傅立叶分析和变换提出的一个工程概念。根据高等数学理论,任何一个满足一定条件的信号,都可以被看成是由无限个正弦波叠加而成。换句话说,就是工程信号是不同频率的正弦波线性叠加而成的,组成信号的不同频率的正弦波叫做信号的频率成分或叫做谐波成分。滤波器只允许一定频率范围内的信号成分正常通过,而阻止另一部分频率成分通过的电路,叫做经典滤波器或滤波电路。实际上,任何一个电子系统都具有自己的频带宽度(对信号最高频率的限制),频率特性反映出了电子系统的这个基本特点。而滤波器,则是根据电路参数对电路频带宽度的影响而设计出来的工程应用电路。现代滤波滤波用模拟电子电路对模拟信号进行滤波,其基本原理就是利用电路的频率特性实现对信号中频率成分的选择。根据频率滤波时,是把信号看成是由不同频率正弦波叠加而成的模拟信号,通过选择不同的频率成分来实现信号滤波。滤波1、当允许信号中较高频率的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做高通滤波器。2、当允许信号中较低频率的成分通过滤波器时,这种滤波器叫做低通滤波器。3、设低频段的截止频率为fp1,高频段的截止频率为fp2:1)频率在fp1与fp2之间的信号能通过其它频率的信号被衰减的滤波器叫做带通滤波器。2)反之,频率在fp1到fp2的范围之间的被衰减,之外能通过的滤波器叫做带阻滤波器。滤波理想滤波器的行为特性通常用幅度-频率特性图描述,也叫做滤波器电路的幅频特性。滤波问题及分类播报编辑滤波对于滤波器,增益幅度不为零的频率范围叫做通频带,简称通带,增益幅度为零的频率范围叫做阻带。例如对于LP,从-w1到w1之间,叫做LP的通带,其他频率部分叫做阻带。通带所表示的是能够通过滤波器而不会产生衰减的信号频率成分,阻带所表示的是被滤波器衰减掉的信号频率成分。通带内信号所获得的增益,叫做通带增益,阻带中信号所得到的衰减,叫做阻带衰减。在工程实际中,一般使用dB作为滤波器的幅度增益单位。滤波按照滤波是在一整段时间上进行或只是在某些采样点上进行,可分为连续时间滤波与离散时间滤波。前者的时间参数集T可取为实半轴【0,∞)或实轴(-∞,∞);后者的T可取为非负整数集{0,1,2,…}或整数集{…,-2,-1,0,1,2,…}。设X={X,t∈T={Y,t∈T)有穷,即其中X为被估计过程,它不能被直接观测;Y为被观测过程,它包含了X的某些信息。用表示到时刻t为止的观测数据全体,如果能找到中诸元的一个函数?(),使其均方误差达到极小,就称为Xt的最优滤波;如果取极小值的范围限于线性函数, 就称为Xt的线性最优滤波。可以证明,最优滤波与线性最优滤波都以概率1惟一存在。对于前者,悯t就是Xt关于σ()(生成的σ域)的条件期望,记作对于后者,若进一步设均值EXt呏EYt呏0,则悯t就是Xt在所张成的希尔伯特空间上的投影,记作如果 (X,Y)是二维正态过程,则最优滤波与线性最优滤波是一致的。滤波为了应用和叙述的方便,有时还把上面的定义更细致地加以分类。设τ 为一确定的实数或整数,且考虑被估计过程。按照τ=0、τ>0、τ<0,分别称为最优滤波、(τ步)预测或外推、(τ步)平滑或内插,分别为对应的误差与均方误差,而统称这类问题为滤波问题。滤波问题的主要课题是研究对哪些类型的随机过程X和Y,可以并且如何用观测结果的某种解析表示式,或微分方程,或递推公式等形式,表达出并进而研究它们的种种性质。此外,上面所指的一维随机过程X、Y,都可以推广为多维随机过程。维纳滤波滤波历史上最先考虑的是宽平稳过程(见平稳过程)的线性预测和滤波问题,它的一般模型是Yt=Xt+Nt,其中(X,N)为二维宽平稳过程或序列,其谱分布函数已知,其均值为零。设从-∞到时刻t为止的全部Y的值都已被观测到,求X的τ步线性预测及其均方误差。如果限于考虑N=0、τ>0的情形,则变成在无误差观测条件下X本身的线性预测问题;如果N≠0、τ≤0,则变成从受到噪声N干扰的接收信号Y中提取有用信号X的滤波问题。1939~1941年,Α。Η.柯尔莫哥洛夫利用平稳序列的沃尔德分解(见平稳过程),给出了线性预测的一般理论与处理办法,随即被推广到连续时间的平稳过程。N.维纳则在1942年对于平稳序列与过程的谱密度存在且满足某种正则条件的情形,利用谱分解导出了线性最优预测和滤波的明显表达式,即维纳滤波公式,并在防空火力控制、电子工程等部门获得了应用。上述模型在50年代被推广到仅在有限时间区间内进行观测的平稳过程以及某些特殊的非平稳过程,其应用范围也扩充到更多的领域。至今它仍是处理各种动态数据(如气象、水文、地震勘探等)及预测未来的有力工具之一。滤波滤波维纳滤波公式是通过平稳过程的谱分解导出的,难以推广到较一般的非平稳过程和多维情形,因而应用范围受到限制。另一方面,在不断增加观测结果时,不易从已算出的滤波值及新的观测值较简单地求出新的滤波值,特别是不能满足在电子计算机上快速处理大量数据的需要。卡尔曼滤波滤波由于高速电子计算机的发展以及测定人造卫星轨道和导航等技术问题的需要,R.E.卡尔曼与R.S.布西于20世纪60年代初期提出了一类新的线性滤波的模型与方法,通称为卡尔曼滤波。其基本假设是,被估计过程X为随机噪声影响下的有限阶多维线性动态系统的输出,而被观测的Yt则是Xt的部分分量或其线性函数与测量噪声的叠加,这里并不要求平稳性,但要求不同时刻的噪声值是不相关的。此外,观测只需从某一确定时刻开始,而不必是无穷长的观测区间。更重要的是,适应电子计算机的特点,卡尔曼滤波公式不是将估计值表成观测值的明显的函数形式,而是给出它的一种递推算法(即实时算法)。具体地说,对于离散时间滤波,只要适当增大X的维数,就可以将t时刻的滤波值表成为前一时刻的滤波值与本时刻的观测值Yt的某种线性组合。对于连续时间滤波,则可以给出与Yt所应满足的线性随机微分方程。在需要不断增加观测结果和输出滤波值的情形,这样的算法加快了处理数据的速度,而且减少了数据存贮量。卡尔曼还证明,如果所考虑的线性系统满足某种“可控性”和“可观测性”(这是现代控制理论中由卡尔曼提出的两个重要概念),那么最优滤波一定是“渐近稳定”的。大致说来,就是由初始误差、舍入误差及其他的不准确性所引起的效应,将随着滤波时间的延长而逐渐消失或趋于稳定, 不致形成误差的积累。这在实际应用上是很重要的。滤波卡尔曼滤波也有多种形式的推广,例如放宽对噪声不相关性的限制,用线性系统逼近非线性系统,以及所谓“自适应滤波”,等等,并获得了日益广泛的应用。非线性滤波滤波前已说明,一般的非线性最优滤波可归结为求条件期望的问题。对于有限多个观测值的情形,条件期望原则上可以用贝叶斯公式来计算。但即使在比较简单的场合,这样得出的结果也是相当繁杂的,无论对实际应用或理论研究都很不方便。与卡尔曼滤波类似,人们也希望能给出非线性滤波的某种递推算法或它所满足的随机微分方程。但一般它们并不存在,因此必须对所讨论的过程X与Y加以适当的限制。非线性滤波的研究工作相当活跃,它涉及随机过程论的许多近代成果,如随机过程一般理论、鞅、随机微分方程、点过程等。其中一个十分重要的问题,是研究在什么条件下,存在一个鞅M,使得在任何时刻,M和Y都包含同样的信息;这样的M称为Y的新息过程。对于一类所谓“条件正态过程”,已经给出了非线性最优滤波的可严格实现的递推算式。在实际应用上,对非线性滤波问题往往采用各种线性近似的方法。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000-1.7
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