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滤波器的设计PPT讲解
3.带通滤波器
功能：让有限带宽（ wL w wH ）内的交流信号 顺利通过，让频率范围之外的交流信号受到衰减。
wL ——下限频率， wH ——上限频率，
带宽：Bw wH wL
中心角频率：
w0 wn wH wL
A0 s n / 2 带通滤波器传递函数的一般表达式为： A((s) D( s )
A0 为常数， D ( s ) 为多项式， s
jw
A((s ) 的零点在 w 处。 二阶低通滤波器传递 2 A w 0 n 函数的典型表达式为： A( s) wn 2 2 s s wn wn 为特征角频率，Q 为等效品质因数。 Q
2.高通滤波器（HPF） 让高于截止频率 wc 的高频信号通过， 而对从0到阻带频率 ws 的低频频率受到衰减。
三、参数
3、阻尼系数与品质因数
– 阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用， 是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。 –阻尼系数的倒数称为品质因数，是评价带通与带阻滤波器 频率选择特性的一个重要指标，Q= w0/△w。式中的△w为 带通或带阻滤波器的3dB带宽， w0为中心频率。
4、灵敏度
–滤波电路由许多元件构成，每个元件参数值的变化都会影 响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x 变化的灵敏度记作Sxy，定义为： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 –该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念，该 灵敏度越小，标志着电路容错能力越强，稳定性也越高。
A0 A( S ) n S an1 S n1 a1 S a0
多项式系数 an1 , a1 , a0 可根据不同的 次n查表得到 。
和阶
3. 贝赛尔滤波器：
滤波器基本知识介绍
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。
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。
RF 第6讲 滤波器基本原理
0.1 10 LAs 1 1 cosh 100.1 LAr 1 N cosh 1 s
α为调整通带内 波纹的常数因子
cosh 是双曲余弦， cosh x =(ex + e－x)/2
切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器比巴特沃斯滤波器具有更陡峭的过渡带特性。对 于较高的归一化频率Ω ，其衰减特性相当于提高了约(22N)/4倍。
在通带内幅度波动，用最大值和最小值之差定义 波纹系数，其单位为dB或奈贝（Neper）
每倍频程衰减（dB/Octave）
离开截止频率一个倍频程衰减（dB）
矩形系数（shape factor）
定义为
BW (60dB点) BW (3dB点)
滤波器技术指标和主要参数
相频特性：
能是消除影响信号处理的各类噪声。 滤波器的基本原理是根据频率不同产生不同的 增益，使得特定的信号被突显出来，其他频率 的信号则被衰减，达到消除噪声的目的。
带通滤波器用作收发机和频谱分析仪中的选频装置 低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波 高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声 带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器
2
lg(100.1 LAS 1) 若要求在ΩS的衰减为LAS，则 N 2lg s
巴特沃斯滤波器
当Ω>>1时，损耗因数按Ω2N增加，即频率每增加一 个量级，损耗增加20NdB。 N取不同值时滤波器衰减和频率的对应关系如下图
根据设计参数要求，所需 滤波器的阶数可以由以下 公式确定或者查找右图确 定
对于低通、高通、带通、带阻四种类型的滤波器， 一一自始至终地进行综合设计太过复杂。 简单的方法是只需要把低通原型滤波器分析清楚， 然后利用频率和阻抗变换把实际的低通、高通、带 通、带阻滤波器变换成低通原型来综合设计。
α为调整通带内 波纹的常数因子
cosh 是双曲余弦， cosh x =(ex + e－x)/2
切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器比巴特沃斯滤波器具有更陡峭的过渡带特性。对 于较高的归一化频率Ω ，其衰减特性相当于提高了约(22N)/4倍。
在通带内幅度波动，用最大值和最小值之差定义 波纹系数，其单位为dB或奈贝（Neper）
每倍频程衰减（dB/Octave）
离开截止频率一个倍频程衰减（dB）
矩形系数（shape factor）
定义为
BW (60dB点) BW (3dB点)
滤波器技术指标和主要参数
相频特性：
能是消除影响信号处理的各类噪声。 滤波器的基本原理是根据频率不同产生不同的 增益，使得特定的信号被突显出来，其他频率 的信号则被衰减，达到消除噪声的目的。
带通滤波器用作收发机和频谱分析仪中的选频装置 低通滤波器用作数字信号分析系统中的抗频混滤波 高通滤波器被用于声发射检测仪中剔除低频干扰噪声 带阻滤波器用作电涡流测振仪中的陷波器
2
lg(100.1 LAS 1) 若要求在ΩS的衰减为LAS，则 N 2lg s
巴特沃斯滤波器
当Ω>>1时，损耗因数按Ω2N增加，即频率每增加一 个量级，损耗增加20NdB。 N取不同值时滤波器衰减和频率的对应关系如下图
根据设计参数要求，所需 滤波器的阶数可以由以下 公式确定或者查找右图确 定
对于低通、高通、带通、带阻四种类型的滤波器， 一一自始至终地进行综合设计太过复杂。 简单的方法是只需要把低通原型滤波器分析清楚， 然后利用频率和阻抗变换把实际的低通、高通、带 通、带阻滤波器变换成低通原型来综合设计。
滤波器PPT课件
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 )
滤波器简介介绍
THANKS
谢谢您的观看
滤波器的频率特性
频率响应
滤波器对不同频率信号 的增益和相位响应称为
频率响应。
带宽
滤波器的频率响应在通 带和阻带之间的过渡区
域称为带宽。
截止频率
滤波器在频率响应的下 降沿处的频率称为截止
频率。
阶数
滤波器的阶数表示其频 率响应的极值数量。
滤波器的传递函数
01
02
03
04
传递函数
滤波器的传递函数表示其输出 与输入之间的函数关系。
05
滤波器的发展趋势与挑战
滤波器技术的发展趋势
1 2
数字化
随着数字信号处理技术的发展，数字滤波器逐渐 取代了模拟滤波器，具有更高的性能和更低的成 本。
小型化
为了满足便携式设备的需求，滤波器逐渐向小型 化方向发展，出现了许多小型化滤波器产品。
3
高性能
为了满足通信、雷达等高端应用的需求，高性能 滤波器逐渐成为研究热点，如超宽带、高抑制、 低插损等高性能滤波器。
滤波器面临的挑战与问题
频率资源紧张
01
随着通信技术的发展，频率资源越来越紧张，如何有效利用频
率资源成为滤波器设计的关键问题。
多频带应用
02
多频带应用对滤波器的设计提出了更高的要求，需要同时满足
多个频带的要求。
线性相位
03
在某些应用中，需要滤波器具有线性相位响应，以保证信号的
完整性，这也是滤波器设计的一个难点。
02
滤波器的基本原理
滤波器的数学模型
01
02
03
线性时不变模型
滤波器是线性时不变系统 ，其输出与输入的关系由 卷积运算描述。
滤波器基本知识介绍课件
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。
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。
光学滤波器详解
注:交叉项频率是光载波频率的两倍,在光检测器的响应能力之外,因而去除.
欲将1和2复用到输出端口2,则1L/2=及2L/2=/2 ,或
者： (12) L2 nef f 1 1 1 2 L
则干涉仪两臂长度差：L2neff111212necf f
利用3个22MZI元件构成四通道复用器：
1
3 ＋2
锗的光纤时,光纤的折射率将随光强而发生永久性 改变. • 人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分 布光栅,称为光纤光栅. • 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低,结构简单,便 于与光纤耦合,而且它具有高波长选择性.
光纤光栅的产生
1 干涉法 干涉法是利用双光束干涉原理,将一束紫外 光分成两束平行光,并在光纤外形成干涉场, 调节两干涉臂长,使得形成的干涉条纹周期 满足制作光纤光栅的要求.
2. 切趾型光栅： 两端折射率分布逐渐递减至零,消除了折射率突 变,从而使反射谱不存在旁瓣
高斯切趾
平均值为零 的升余弦切
趾
3. 啁啾光栅：
折射率调制幅度不变,而周期沿光栅轴向变化,反射 谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器 5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
• 注意：相位差可以由不同的路径长度用L给出 或n1n2 时的折射率差产生.这里,考虑两臂具有相同的折射率,并
且n1=n2 =neff波导中的有效折射率,于是：
.
• 式 对中一给＝定2的n相eff/位.差L,与之相对应的传输矩阵为：
exjp L/(2)
0
M
0
ex jp L (/2)
Ein,1
工作原理
0
0
/2
欲将1和2复用到输出端口2,则1L/2=及2L/2=/2 ,或
者： (12) L2 nef f 1 1 1 2 L
则干涉仪两臂长度差：L2neff111212necf f
利用3个22MZI元件构成四通道复用器：
1
3 ＋2
锗的光纤时,光纤的折射率将随光强而发生永久性 改变. • 人们利用这种效应可在几厘米之内写入折射率分 布光栅,称为光纤光栅. • 光纤光栅最显著的优点是插入损耗低,结构简单,便 于与光纤耦合,而且它具有高波长选择性.
光纤光栅的产生
1 干涉法 干涉法是利用双光束干涉原理,将一束紫外 光分成两束平行光,并在光纤外形成干涉场, 调节两干涉臂长,使得形成的干涉条纹周期 满足制作光纤光栅的要求.
2. 切趾型光栅： 两端折射率分布逐渐递减至零,消除了折射率突 变,从而使反射谱不存在旁瓣
高斯切趾
平均值为零 的升余弦切
趾
3. 啁啾光栅：
折射率调制幅度不变,而周期沿光栅轴向变化,反射 谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器 5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
• 注意：相位差可以由不同的路径长度用L给出 或n1n2 时的折射率差产生.这里,考虑两臂具有相同的折射率,并
且n1=n2 =neff波导中的有效折射率,于是：
.
• 式 对中一给＝定2的n相eff/位.差L,与之相对应的传输矩阵为：
exjp L/(2)
0
M
0
ex jp L (/2)
Ein,1
工作原理
0
0
/2
无源滤波器原理介绍及简单设计(培训资料)培训课件
阶跃响应的计算
根据滤波器的传递函数， 通过时间域的积分可以得 到滤波器的阶跃响应。
阶跃响应的特性
阶跃响应具有时域的特性， 可以反映滤波器对信号突 变和噪声的抑制能力。
03 无源滤波器的设计方法
巴特沃斯滤波器设计
巴特沃斯滤波器是一种常见的无源滤波器，其特 点是通带和阻带都有平坦的频率响应。
设计巴特沃斯滤波器需要确定滤波器的阶数和截 止频率，然后使用公式计算滤波器的参数。
要求。
阻带衰减
测试滤波器在阻带区的衰减性 能，确保信号被有效抑制。
通带波动
测试滤波器在通带区的波动， 以衡量信号的纯净度。
群时延
测试滤波器在不同频率下的信 号延迟，确保信号的完整性。
调整元件参数优化性能
电容和电感值
通过调整电容和电感的值， 可以改变滤波器的频率响 应和阻抗特性。
电路元件布局
优化元件在电路板上的布 局，可以减小电磁干扰和 信号损失。
04
无源滤波器的应用场景
电源滤波
用于抑制电源线上的高频干扰信号，提高电 源质量。
信号处理
用于提取或滤除特定频率的信号，如音频处 理、射频通信等。
电子测量
用于消除测量中的噪声干扰，提高测量精度。
自动控制
用于控制系统中的信号处理，提高系统的稳 定性。
02 无源滤波器的工作原理
滤波器的传递函数
传递函数定义
物联网领域
随着物联网技术的快速发展，无源滤波器在物联网终端设备中的应用越来越广 泛，用于实现信号的筛选和优化。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能、风能等，无源滤波器可用于优化能源转换效率，提 高能源利用水平。
无源滤波器未来的发展方向
智能化
滤波器原理与结构课件
使用相应的算法计算滤波器系 数。
使用仿真软件对滤波器的性能 进行仿真和验证，并根据仿真
结果对系数进行优化。
CHAPTER 05
滤波器在信号处理中的应用
在通信系统中的应用
01
去除噪声
在通信系统中，信号常常会受到噪声的干扰，滤波器可以通过抑制特定
频率范围的噪声，提高信号的信噪比，从而提高通信质量。
02
发展历程
滤波器最早起源于20世纪初，随着电子技术和信号处理技术的不断发展，滤波 器的性能和种类也不断提高。
应用领域
滤波器广泛应用于通信、雷达、音频处理、视频处理、医学影像等领域。
CHAPTER 02
滤波器原理
一维滤波器
01
02
03
均值滤波器
通过计算像素点周围一定 范围内像素的平均值来替 代该像素点的值，有效减 少图像中的随机噪声。
高斯滤波器
用一个高斯函数对图像进 行卷积，使图像中的每个 像素点都受到周围像素的 影响，从而平滑图像。
中值滤波器
将像素点周围一定范围内 的像素值排序，取中值作 为该像素点的值，能够去 除椒盐噪声。
滤波器的数学原理
卷积定理
在图像处理中，卷积定理指出任何在 空间域中有效的滤波器都可以通过其 相应的卷积核在频域中实现。
去除噪声
在声音处理中，滤波器可以通过 抑制特定频率范围的噪声，提高 声音的信噪比，实现声音的清晰
处理。
音色处理
滤波器也可以用于对声音的音色 进行处理，通过对声音的频率和 振幅进行调节，实现声音的变调
、均衡等处理。
声音压缩
滤波器还可以用于声音的压缩， 通过对声音信号的频谱分析，实 现声音的压缩和编码，便于存储
提取特征
滤波器基本原理汇总
LA(ω)=10log(Pin/PL)=-log(1-|Γin (ω)|2） (dB)
RF通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性
滤波器的分类
可以 从不同角度对滤波器 进行分类 按功能分：
低通滤波器，高通滤波器， 带通滤波器，带阻滤波器， 可调滤波器
按使用的元件分：
集总参数滤波器，分布参数 滤波器，无源滤波器，有源 滤波器，晶体滤波器，声表 面波滤波器，等等
绝对衰减（Absolute attenuation）
回波损耗（Return loss）
表示滤波器的匹配情况，单位：dB
Preflected Return Loss（RL) = 10 log = Pincident
20 log G
dB
滤波器技术指标和主要参数
矩形度指标：
带内波纹（passband ripple）
滤波器的分类
除了以上几种基本分类法，还有以下几种常见的分 类方法：
根据相对带宽 窄带：
f 1% f
f 20% 宽带： f
根据功率容量 低功率、中功率和高功率滤波器 根据中心频率 固定频带和可调谐滤波器 根据阻带功率流向 反射式和吸收式滤波器
滤波器技术指标和主要参数
提出目标，即理想响应； 选用可能的函数去逼近理想响应； 设法实现具有逼近函数特性的网络。
滤波器设计理论
为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学 多项式来逼近滤波器特性：
最平坦型用巴特沃斯(Butterworth) 等波纹型用切比雪夫(Tchebeshev) 等延时用贝塞尔多项式(Bessel) 陡峭型用椭圆函数型(Elliptic)，也称考尔(Cauer)滤波器
RF通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性
滤波器的分类
可以 从不同角度对滤波器 进行分类 按功能分：
低通滤波器，高通滤波器， 带通滤波器，带阻滤波器， 可调滤波器
按使用的元件分：
集总参数滤波器，分布参数 滤波器，无源滤波器，有源 滤波器，晶体滤波器，声表 面波滤波器，等等
绝对衰减（Absolute attenuation）
回波损耗（Return loss）
表示滤波器的匹配情况，单位：dB
Preflected Return Loss（RL) = 10 log = Pincident
20 log G
dB
滤波器技术指标和主要参数
矩形度指标：
带内波纹（passband ripple）
滤波器的分类
除了以上几种基本分类法，还有以下几种常见的分 类方法：
根据相对带宽 窄带：
f 1% f
f 20% 宽带： f
根据功率容量 低功率、中功率和高功率滤波器 根据中心频率 固定频带和可调谐滤波器 根据阻带功率流向 反射式和吸收式滤波器
滤波器技术指标和主要参数
提出目标，即理想响应； 选用可能的函数去逼近理想响应； 设法实现具有逼近函数特性的网络。
滤波器设计理论
为了描述衰减特性与频率的相关性，通常使用数学 多项式来逼近滤波器特性：
最平坦型用巴特沃斯(Butterworth) 等波纹型用切比雪夫(Tchebeshev) 等延时用贝塞尔多项式(Bessel) 陡峭型用椭圆函数型(Elliptic)，也称考尔(Cauer)滤波器
滤波器原理及结构PPT学习教案
对于例题6-2可以通过如下MATLAB程序完成。
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二、切比雪夫滤波器的设计方法
stoprad=12000; passgain=0-1; stopgain=60; t1=sqrt(10^(0-1*passgain)-1); t2=sqrt(10^(0-1*stopgain)-1); n=ceil(acosh(t2/t1)/acosh(stoprad/passrad)); [z,p,k]=cheb1ap(n,passgain); syms ra passrad=3000; hs1=k/(i*rad/passrad-p(1))/(i*rad/passrad-p(2))/(i*rad/passrad-p(3))/ (i*rad/passrad-p(4))/(i*rad/passrad-p(5)); hs2=10*log10((abs(hs1))^2); ezplot(hs2,[-12000,12000]); grid on;
二、切比雪夫滤波器的设计方法
切比雪夫滤波器的幅频特性具有等波纹特性，可用阶数较低的系 统满足要求。它有两种型式：幅频特性在通带内是等波纹的、在 阻带内是单调的切比雪夫Ⅰ型滤波器；幅频特性在通带内是单调 的、在阻带内是等波纹的切比雪夫II型滤波器。采用何种型式切比 雪夫滤波器取决于实际用途。
第16页/共83页
低通G j， 则高通 H用j下 式转换
H j G j 1
（6-44）
低通和高通的边界频率也用式（6-43）转换。
❖ 模拟高通滤波器的设计步骤如下
❖ （1）确定高通滤波器的技术指标 通带下限频
率
' p
，阻带上限频率
，s' 通带最大衰减
，p 阻带最
小衰减 。s
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二、切比雪夫滤波器的设计方法
stoprad=12000; passgain=0-1; stopgain=60; t1=sqrt(10^(0-1*passgain)-1); t2=sqrt(10^(0-1*stopgain)-1); n=ceil(acosh(t2/t1)/acosh(stoprad/passrad)); [z,p,k]=cheb1ap(n,passgain); syms ra passrad=3000; hs1=k/(i*rad/passrad-p(1))/(i*rad/passrad-p(2))/(i*rad/passrad-p(3))/ (i*rad/passrad-p(4))/(i*rad/passrad-p(5)); hs2=10*log10((abs(hs1))^2); ezplot(hs2,[-12000,12000]); grid on;
二、切比雪夫滤波器的设计方法
切比雪夫滤波器的幅频特性具有等波纹特性，可用阶数较低的系 统满足要求。它有两种型式：幅频特性在通带内是等波纹的、在 阻带内是单调的切比雪夫Ⅰ型滤波器；幅频特性在通带内是单调 的、在阻带内是等波纹的切比雪夫II型滤波器。采用何种型式切比 雪夫滤波器取决于实际用途。
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低通G j， 则高通 H用j下 式转换
H j G j 1
（6-44）
低通和高通的边界频率也用式（6-43）转换。
❖ 模拟高通滤波器的设计步骤如下
❖ （1）确定高通滤波器的技术指标 通带下限频
率
' p
，阻带上限频率
，s' 通带最大衰减
，p 阻带最
小衰减 。s
滤波器基本知识介绍演示幻灯片PPT共28页
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
滤波器内复几时，曷不委心任去 留。
•
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
▪
谢谢！
28
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电磁场通过谐振腔之间的窗口 耦合；耦合螺杆的加入，“吸引” 电力线向螺杆集中，从而加强两相 邻腔的耦合效果。
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。
相邻耦合两腔电场分布图
物理结构实现
优 化
电 磁 软
件
仿
真
结构设计
物理模型
自主开发的仿真软件
自主开发团队 界面友好，仿真效率高 仿真效果好 持续优化
模型
仿真
相关软件 完整的分析场分布和电压分布 温度补偿仿真 准确预测窗口尺寸和Q值 减少设计周期 完整有效的设计流程
测试
测试软件 完整的自动测试套件 简化的测试流程 优化的测试周期 完整有效的测试方法 降低操作错误可能 成本降低
滤波器主要类型
通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性:
LA
10lg
Pin PL
(dB)
式中，Pin和PL分别为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。
根据衰减特性不同，滤波器通常分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
低通
带通
高通
带阻
带通滤波器的工作原理
原始信号
滤波器响应
滤波后的信号
带通滤波器的结构
容飞 感飞
几种传输零点
图为三种传输零点的响应。 传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带；飞 杆越弱，则零点越远离通带。
双工器介绍
典型双工器模型
双工器由一个接收端滤波器和一个发射端 滤波器组成，实现收/发共用； 高/低端滤波器可以是带通、带阻、低通、 高通滤波器； 可以由各种谐振器滤波器组合； 最常见的是同轴谐振器带通滤波器组成的 双工器； 详细的介绍可以参考滤波器的介绍
头设计，会导致输入能量较
b
多被反射，S11较大，驻波调
不下来，通带插损增大。
c
金属同轴滤波器的电耦合方式有两种，一种是探针耦合（b），一 种是直接馈电耦合（a）。
对于a中抽头，通过壁电流直接馈电，可以适用于带宽较宽的情况 ，结构稳定性好，是最常用的一种抽头方式。
对于b中的探针馈电方式，通过电场使得外部电路和第一个谐振腔 进行耦合，可以适用于窄带情况下，结构稳定性不好，不常用。
抽头为带通滤波器的馈电
装置。其结构关系到馈电强
度，以及与外部接口的匹配，
不同带宽，不同种类的滤波器
所用到的抽头是不一样的。总
的来讲有两种形式：
电耦合：通过电流或者电场
a
来进行耦合。 磁耦合：通过磁场进行耦合，
也称感性耦合。
对于同轴谐振器带通滤波
器，必须将输入/输出端的
抽头都设计到位，才能保证
通带驻波较小。不合理的抽
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）
带通滤波器的水池模型
过滤水池 带通滤波器
阀门Leabharlann 抽头通过水闸 窗口
过滤单元 谐振器
入水阀门 一级过滤 通过水闸 二级过滤 通过水闸……出水阀门
*阀门要求开得最大，保证最大的水流量； *每级过滤单元要求正常工作； *过滤单元密封良好、做工精良，避免水流失或者被损耗； *每级通过水闸要求大小适中，保证过滤单元有足够的工作时间，并且不阻塞水流
滤波器抽头模型（阀门）
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；
同样加入调谐螺杆，也相当 于加大端接电容，螺杆进得越深， 端接电容值越大，谐振频率越低。
所以，将所有的调谐螺杆往 里进，则滤波器通带低偏。
单腔谐振器电场分布图
单腔谐振器磁场分布图
两个谐振器的耦合模型（水闸）
左上图为两个圆形谐振腔相互 耦合的电场分布模型。
设计软件
例: 带通滤波器设计过程
设计过程 :
数学模型
网络综合
电路模型
L1 Q=Q1
C1 Q=Q2
L3 Q=Q1
C3 Q=Q2
L1 Q=Q1
C1 Q=Q2
L2 Q =Q 1
C2 Q =Q 2
L2 Q =Q 1
C2 Q =Q 2
S122() 12
1
FN2() PN2()
1
12KN2()
以WCDMA的一个产品为例介绍滤波器的设计流程
谢 谢！
2019/9/2
29
谢谢
相邻耦合两腔磁场分布图
相邻耦合两腔表面电流分布图
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
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。
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。
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
带通双工器响应
带阻双工器响应
几种常见的双工器
同轴带通双工器
波导带通双工器
螺旋带阻双工器
陶瓷带通双工器
二、双工器设计简介
目前我司可根据客户要求定制各种规格各种类型 无源器件产品类型： CDMA GSM WDMA TD-SCDMA WIMAX LTE…… 室内/室外 单模块/机箱一体化 双工器/耦合器/LNA/报警器……一体化设计 滤波器/双工器/低通滤波器/陷波器……集成化设计
目录
一、双工器在基站中的作用 一、滤波器原理简介 二、双工器设计简介
一、双工器在基站中的作用
双工器在基站中的 作用是将发射和接 收信号相隔离，保 证接收和发射都能 同时正常工作.它是 由两组不同频率的 带通滤波器组成， 避免发射信号对接 收信号进行干扰。
二、滤波器原理简介
滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有 频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成 某些频率的信号。
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。
相邻耦合两腔电场分布图
物理结构实现
优 化
电 磁 软
件
仿
真
结构设计
物理模型
自主开发的仿真软件
自主开发团队 界面友好，仿真效率高 仿真效果好 持续优化
模型
仿真
相关软件 完整的分析场分布和电压分布 温度补偿仿真 准确预测窗口尺寸和Q值 减少设计周期 完整有效的设计流程
测试
测试软件 完整的自动测试套件 简化的测试流程 优化的测试周期 完整有效的测试方法 降低操作错误可能 成本降低
滤波器主要类型
通常采用工作衰减来描述滤波器的幅值特性:
LA
10lg
Pin PL
(dB)
式中，Pin和PL分别为输出端接匹配负载时滤波器输入功率和负载吸收功率。
根据衰减特性不同，滤波器通常分为低通、高通、带通和带阻滤波器。
低通
带通
高通
带阻
带通滤波器的工作原理
原始信号
滤波器响应
滤波后的信号
带通滤波器的结构
容飞 感飞
几种传输零点
图为三种传输零点的响应。 传输零点可以增加相应频点的S12衰减。飞杆越强，则零点越靠近通带；飞 杆越弱，则零点越远离通带。
双工器介绍
典型双工器模型
双工器由一个接收端滤波器和一个发射端 滤波器组成，实现收/发共用； 高/低端滤波器可以是带通、带阻、低通、 高通滤波器； 可以由各种谐振器滤波器组合； 最常见的是同轴谐振器带通滤波器组成的 双工器； 详细的介绍可以参考滤波器的介绍
头设计，会导致输入能量较
b
多被反射，S11较大，驻波调
不下来，通带插损增大。
c
金属同轴滤波器的电耦合方式有两种，一种是探针耦合（b），一 种是直接馈电耦合（a）。
对于a中抽头，通过壁电流直接馈电，可以适用于带宽较宽的情况 ，结构稳定性好，是最常用的一种抽头方式。
对于b中的探针馈电方式，通过电场使得外部电路和第一个谐振腔 进行耦合，可以适用于窄带情况下，结构稳定性不好，不常用。
抽头为带通滤波器的馈电
装置。其结构关系到馈电强
度，以及与外部接口的匹配，
不同带宽，不同种类的滤波器
所用到的抽头是不一样的。总
的来讲有两种形式：
电耦合：通过电流或者电场
a
来进行耦合。 磁耦合：通过磁场进行耦合，
也称感性耦合。
对于同轴谐振器带通滤波
器，必须将输入/输出端的
抽头都设计到位，才能保证
通带驻波较小。不合理的抽
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）
带通滤波器的水池模型
过滤水池 带通滤波器
阀门Leabharlann 抽头通过水闸 窗口
过滤单元 谐振器
入水阀门 一级过滤 通过水闸 二级过滤 通过水闸……出水阀门
*阀门要求开得最大，保证最大的水流量； *每级过滤单元要求正常工作； *过滤单元密封良好、做工精良，避免水流失或者被损耗； *每级通过水闸要求大小适中，保证过滤单元有足够的工作时间，并且不阻塞水流
滤波器抽头模型（阀门）
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；
同样加入调谐螺杆，也相当 于加大端接电容，螺杆进得越深， 端接电容值越大，谐振频率越低。
所以，将所有的调谐螺杆往 里进，则滤波器通带低偏。
单腔谐振器电场分布图
单腔谐振器磁场分布图
两个谐振器的耦合模型（水闸）
左上图为两个圆形谐振腔相互 耦合的电场分布模型。
设计软件
例: 带通滤波器设计过程
设计过程 :
数学模型
网络综合
电路模型
L1 Q=Q1
C1 Q=Q2
L3 Q=Q1
C3 Q=Q2
L1 Q=Q1
C1 Q=Q2
L2 Q =Q 1
C2 Q =Q 2
L2 Q =Q 1
C2 Q =Q 2
S122() 12
1
FN2() PN2()
1
12KN2()
以WCDMA的一个产品为例介绍滤波器的设计流程
谢 谢！
2019/9/2
29
谢谢
相邻耦合两腔磁场分布图
相邻耦合两腔表面电流分布图
带通滤波器的飞杆（额外水闸）
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。
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。
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
带通双工器响应
带阻双工器响应
几种常见的双工器
同轴带通双工器
波导带通双工器
螺旋带阻双工器
陶瓷带通双工器
二、双工器设计简介
目前我司可根据客户要求定制各种规格各种类型 无源器件产品类型： CDMA GSM WDMA TD-SCDMA WIMAX LTE…… 室内/室外 单模块/机箱一体化 双工器/耦合器/LNA/报警器……一体化设计 滤波器/双工器/低通滤波器/陷波器……集成化设计
目录
一、双工器在基站中的作用 一、滤波器原理简介 二、双工器设计简介
一、双工器在基站中的作用
双工器在基站中的 作用是将发射和接 收信号相隔离，保 证接收和发射都能 同时正常工作.它是 由两组不同频率的 带通滤波器组成， 避免发射信号对接 收信号进行干扰。
二、滤波器原理简介
滤波器是通信工程中常用的重要器件，它对信号具有 频率选择性，在通信系统中通过或阻断、分开或合成 某些频率的信号。