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濾波器主要有哪些參數(shù)?

發(fā)布時間:2023-11-12

濾波器的主要參數(shù)(definitions):
中心頻率(center frequency):濾波器通帶的頻率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1db或3db邊頻點。窄帶濾波器常以插損最小點為中心頻率計算通帶帶寬。
截止頻率(cutoff frequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1db或3db相對損耗點來標準定義。相對損耗的參考基準為:低通以dc處插損為基準,高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準。
通帶帶寬(bwxdb):指需要通過的頻譜寬度,bwxdb=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準,下降x(db)處對應的左、右邊頻點。通常用x=3、1、0.5即bw3db、bw1db、bw0.5db表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分數(shù)帶寬(fractional bandwidth)=bw3db/f0×100[%],也常用來表征濾波器通帶帶寬。
插入損耗(insertion loss):由于濾波器的引入對電路中原有信號帶來的衰耗,以中心或截止頻率處損耗表征,如要求全帶內(nèi)插損需強調(diào)。
紋波(ripple):指1db或3db帶寬(截止頻率)范圍內(nèi),插損隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰-峰值。
帶內(nèi)波動(passband riplpe):通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1db帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動是1db。
帶內(nèi)駐波比(vswr):衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜恕@硐肫ヅ鋠swr=1:1,失配時vswr&lt;1。對于一個實際的濾波器而言,滿足vswr&lt;1 bwdbbwdbdiv&gt;
在入射波和反射波相位相同的地方,電壓振幅相加為最大電壓振幅vmax,形成波腹;在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅vmin,形成波節(jié)。其它各點的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。駐波比是駐波波腹處的電壓幅值vmax與波節(jié)處的電壓幅值vmin之比。
回波損耗(return loss):端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝(db)數(shù),也等于|20log10ρ|,ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時回波損耗為無窮大。
回波損耗,又稱為反射損耗。是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射,是一對線自身的反射。
從數(shù)學角度看,回波損耗為-10lg[(反射功率)/(入射功率)]。
回波損耗愈大愈好,以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。
阻帶抑制度:衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標。該指標越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法:一種為要求對某一給定帶外頻率fs抑制多少db,計算方法為fs處衰減量as-il;另一種為提出表征濾波器幅頻響應與理想矩形接近程度的指標——矩形系數(shù)(kxdb&lt;1),kxdb=bwxdb/bw3db,(x可為40db、30db、20db等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高——即k越接近理想值1,制作難度當然也就越大。
延遲(td):指信號通過濾波器所需要的時間,數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導數(shù),即td=df/dv。
帶內(nèi)相位線性度:該指標表征濾波器對通帶內(nèi)傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應函數(shù)設計的濾波器具有良好的相位線性度。
l特性指標
1、特征頻率:
1)通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點的頻率,在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限;
2)阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率,在該點信號衰耗下降到一人為規(guī)定的下限;
3)轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號功率衰減到1/2(約3db)時的頻率,在很多情況下,常以fc作為通帶或阻帶截頻;
4)固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時,濾波器的諧振頻率,復雜電路往往有多個固有頻率。
2、增益與衰耗
濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。
1)對低通濾波器通帶增益kp一般指w=0時的增益;高通指w→∞時的增益;帶通則指中心頻率處的增益;
2)對帶阻濾波器,應給出阻帶衰耗,衰耗定義為增益的倒數(shù);
3)通帶增益變化量△kp指通帶內(nèi)各點增益的最大變化量,如果△kp以db為單位,則指增益db值的變化量。
3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)
阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為w0信號的作用,是濾波器中表示能量衰耗的一項指標。
阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù),是*價帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標,q=w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3db帶寬,w0為中心頻率,在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。
品質(zhì)因數(shù)
電學和磁學的量。表示一個儲能器件(如電感線圈、電容等)、諧振電路中所儲能量同每周期損耗能量之比的一種質(zhì)量指標;串聯(lián)諧振回路中電抗元件的q值等于它的電抗與其等效串聯(lián)電阻的比值;元件的q值愈大,用該元件組成的電路或網(wǎng)絡的選擇性愈佳。
在串聯(lián)電路中,電路的品質(zhì)因數(shù)q有兩種測量方法,一是根據(jù)公式q=ul/u0=uc/u0測定,uc與ul分別為諧振時電容器c與電感線圈l上的電壓;另一種方法是通過測量諧振曲線的通頻帶寬度△f=f2-f1,再根據(jù)q=f0/(f2-f1)求出q值。式中f0為諧振頻率,f2與f1是失諧時,亦即輸出電壓的幅度下降到最大值的1/√2(=0.707)倍時的上、下頻率點。q值越大,曲線越尖銳,通頻帶越窄,電路的選擇性越好。
4、靈敏度
濾波電路由許多元件構成,每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標y對某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作sxy,定義為:sxy=(dy/y)/(dx/x)。
該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念,該靈敏度越小,標志著電路容錯能力越強,穩(wěn)定性也越高。
5、群時延函數(shù)
當濾波器幅頻特性滿足設計要求時,為保證輸出信號失真度不超過允許范圍,對其相頻特性∮(w)也應提出一定要求。在濾波器設計中,常用群時延函數(shù)d∮(w)/dw*價信號經(jīng)濾波后相位失真程度。群時延函數(shù)d∮(w)/dw越接近常數(shù)。
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