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给定滤波器的幅度响应和相位响应,设计滤波器。可实现的传输函数能够逼近这些指标,逼近的要求是在通带内,幅度满足
在阻带内
在边界点的频率
大多数情况下传输函数
把前面定义的波纹峰值取对数,得到的量定义为峰值通带波纹
通过归一化,可以定义最大通带幅度偏离是通带幅度的最小值,记为
最大阻带幅度记为
最大通带衰减为峰值通带波纹
容易证明,
设计IIR滤波器时,传输函数是实有理函数
为了降低计算复杂度,
将数字滤波器的设计指标转化成模拟低通滤波器的设计指标,从而确定满足指标的模拟低通滤波器的传输函数,然后再将它变成数字滤波器的传输函数。
将模拟传输函数
共形映射
将
模拟滤波器也定义了峰值通带波纹和最小阻带衰减,归一化后,通带波纹和最大阻带波纹与数字滤波器定义一致。
定义过渡比为通带边界频率和阻带边界频率之比
定义分辨参数
一个
根据通带波纹和最大阻带波纹的定义得到
滤波器阶数
巴特沃斯低通滤波器的传输函数表达式为
其中
分母是巴特沃斯多项式,可以查表。
切比雪夫1型逼近幅度特性在通带内等波纹,在阻带内单调。
不同阶数的幅度响应在
传输函数的阶数通过阻带中在一个特定频率上的衰减指标来确定。
传输函数用极点形式表示为
其中
切比雪夫2型逼近的幅度响应在通带内单调,在阻带内等波纹。表达式为
它既有零点又有极点,
其中
椭圆低通滤波器的平方幅度响应为
其中
分子的根在
滤波器的阶数估计为
其中
3dB截止频率为
根据前面的结果将z变换为s的映射为
带入后得到
其中
为了得到截止频率为
得到巴特沃斯高通模拟滤波器的传输函数为
巴特沃斯高通数字滤波器的传输函数为
定理:通带边界频率为的模拟低通传输函数在变换
下变成边界频率为和的模拟带通传输函数。
频率0映射到频率,为带通滤波器的通带中心频率。
对一阶巴特沃斯低通滤波器进行变换得到二阶模拟带通滤波器的传输函数为
在变换到
其中
对模拟带通滤波器的传输函数使用反演变换
将通带中心频率
变换到
变换参数
设计满足下面条件的滤波器:通带边界频率为
这要求
对应于数字边界频率的模拟边界频率为
计算得
估算滤波器的阶数为
因此滤波器的阶数取为3。
根据下面的式子
求出
使用MATLAB函数buttap得到三阶归一化低通巴特沃斯传输函数为
这个函数计算出的3dB频率为
再变换到
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