目录
1引言 (1)
2 关于MATLAB (1)
3 数字滤波的基本概念 (2)
4设计方案 (3)
4.1数字滤波器设计的基本步骤 (3)
4.1.1确定指标 (3)
4.1.2模型逼近 (3)
4.1.3实现性能分析和计算机仿真 (3)
4.2基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真 (3)
4.3基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计 (7)
4.3.1 IIR数字滤波器的设计原理 (7)
4.3.2 IIR数字滤波器的传统设计方法 (7)
4.3.3 IIR数字滤波器的设计 (8)
4.3.4 IIR数字滤波器的程序设计 (9)
4.3.5 IIR数字滤波器的仿真 (10)
5 FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的比较 (11)
6 结论 (12)
参考文献 (12)
摘要
数字滤波器是一个离散系统。该系统能对输入的离散信号进行处理，从而获得所需的有用信息。现代数字滤波器的设计大体可以分为IIR和FIR两大类，可以用软件和硬件两种方法来实现，而选用MATAB信号处理工具箱为设计通用滤波器带来了极大的方便。本文按设计指标要求设计了滤波器，其中IIR采用巴特沃什，FIR采用布莱克曼窗进行设计，得出了与之对应的幅度响应曲线和相位响应曲线，最后对IIR和FIR的实现形式和性能等方面进行比较。
关键词：MATLAB；IIR；FIR
Abstract
The digital filter is a discrete system. The system can be able to handle discrete signals. So it can achieve required important information. There are two major kinds of design principle of digital filter, which are finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR). The modern digital filter can be received by two kinds of method of software and hardware. But using MATLAB signal disposing tool case to design the digital filter is more convenient and universally applied.The main body of the paper is demanded to design a digital filter according to the designing index. IIR adopts Butterworth and FIR adopts the Blackman window to design the digital filter. Finally, carry out comparison on IIR and the FIR realization and function aspect.
Key words: MATLAB; IIR; FIR
1引言
理想滤波器就是一个让输入信号中的某些有用频谱分量无任何变化的通过，同时又能完全抑制另外那些不需要的成分的具有某种选择性的器件、网络或计算机硬件支持的计算程序。根据对不同信号的处理可将滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器两种。模拟滤波器和数字滤波器的概念相同，只是信号的形式和实现滤波的方法不同。数字滤波器是指输入输出都是数字信号的滤波器。滤波器的滤波原理就是根据信号与噪声占据不同的频带，将噪声的频率放在滤波器的阻带中而由于阻带的响应为零，这样就滤去了噪声。
数字滤波器可以分为两大类：一类是经典滤波器，即一般的滤波器，特点是输入信号中有用的频率成分和希望滤去的频率成分各占不同的频率带，通过一个合适的选频滤波器达到滤波的目的，这种滤波器主要是无限冲激响应滤波器和有限冲激响应滤波器；另外一类滤波器是现代滤波器，当信号和干扰的频带相互重叠，经典滤波器不能完成对干扰的有效去除时，可以采用现代滤波器，这些滤波器可以按照随即信号部的一些统计分布规律，从干扰中最佳的提取信号。这种滤波器主要有维纳滤波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器等[10]。
与模拟滤波器相同，数字滤波器从功能上可以分为四类，即低通（LP）、高通（HP）、带通（BP）、带阻（BS）滤波器等。
数字滤波器在数字信号处理的各种应用中发挥着十分重要的作用，任何数字系统都可看成一个数字滤波器，因此数字滤波器的应用相当广泛。
设计任务：设计一数字带通滤波器，分别用IIR和FIR两种类型来实现。
2 关于MATLAB
MATLAB是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写。它是美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理的数学计算环境，现已发展成为一个具有高性能数值计算和可视化功能的科学计算环境，问题的提出和解答只需以数学方式表达和描述，不需要大量原始而传统的编程过程。该软件包括：数值分析、矩阵计算、数字信号处理、建模和系统控制等应用程序。MATLAB语言简洁、紧凑、使用方便，有丰富的运算符号和函数库，还具有结构化的控制语句和面向对象编程的特点。随着其版本的不断提高，各种工
具箱的扩充和完善，MATLAB的功能越来越强大，从而被广泛应用于仿真技术、自动控制和数字信号处理等领域。
MATLAB是一个交互式系统，特别适用于研究、解决工程和数学问题，典型应用包括：一般的数值计算、算法原型以及通过矩阵公式解决一些特殊问题，促进了统计、数字信号处理等科学的发展。MATLAB功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。特别是MATLAB还具有信号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。
MATLAB的信号处理工具箱提供了丰富而简便的设计、实现IIR和FIR的方法，使原来烦琐的程序设计简化成函数的调用，特别是滤波器的表达方式和滤波器形式之间的相互转换显得十分简便，为滤波器的设计和实现开辟了一片广阔的天地。
数字滤波器采用传统的设计方法要进行大量复杂的运算，而利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，就可以快速要效的设计数字滤波器，大大的简化计算量，直观简便。MATLAB的信号处理工具箱包含了各种经典的和现代的数字信号处理技术，是一个非常优秀的算法研究和辅助设计的工具。在设计数字滤波器时，通常采用信号处理工具箱提供的设计模拟和数字滤波器的MATLAB函数采用编程的方法和仿真实现，亦可以利用信号处理工具箱提供的滤波器设计和分析工具（Filter Design & Analysis Tool）实现。
MATLAB的一种重要的工作方式就是M文件的编程工作方式。M文件有两种形式，一种是脚本文件，另一种是函数文件。M文件的扩展名为“.m”。M文件可以通过任何纯文本编辑器进行编辑，MATLAB也自带有文本编辑器，使用“edit”命令即可开启。
3 数字滤波的基本概念
滤波器的种类很多，从功能上可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器，每一种又有模拟滤波器和数字滤波器两种形式。如果滤波器的输入和输出都是离散时间信号，则该滤波器的冲击响应也必然是离散的，这种滤波器称之为数字滤波器。该滤波器通过对时域中离散的采样数据作差分运算实现滤波。一个线性时不变数字滤波器可以用常系数线性差分方程表示为
式中x(n),y(n)分辨是输入和输出信号序列；ai，bk分别是滤波系数。当上式bk中系数全部为零时，就有
这种形式的滤波器为有限冲激响应滤波器，简称FIR 型。此事系统的输出仅与输入有关。它的实现一般采用非递归算法。
4设计方案
4.1 数字滤波器设计的基本步骤
4.1.1确定指标
在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要来确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中， 数字滤波器常被用来实现选频操作。因此指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。
4.1.2模型逼近
一旦确定了技术指标，就可以利用已学习过的基本原理和关系式，提出一个滤波器模型来逼近给定的技术指标。这是滤波器设计所要研究的主要问题。
4.1.3实现性能分析和计算机仿真
以上两步的结果得到的滤波器，通常是以差分方程、系统函数或脉冲响应描述的。根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求；或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断。
4.2 基于MATLAB 的FIR 数字滤波器的设计与仿真
利用MATLAB 设计滤波器，可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数，直观简便，极减轻了工作量，有利于滤波器设计的优化。
FIR 滤波器的设计方法有窗函数法、最优化设计法及约束最小二乘逼近法。MATLAB 信号处理工具箱中提供了滤波器设计方法的工具函数，编程中可以根据设计要求直接调用相应函数，方便快捷。
本设计数字滤波器的性能指标为：πωρ2.0=，B R B A d 25.0d 50s .03p s ===，，πω，要求用窗函数设计一个高通滤波器。
本例采用凯泽窗函数设计该高通滤波器，原程序节选如下：
As=50;
ws=0.2*Pi;
wp=0.3*Pi;
tr_width=wp-ws;
M=ceil((As-7.95)*2*pi/(14.36*tr_width)+l)+l; disp([‘滤波器的长度为’,num2str(M)]);
beta=0.1102*(AS-8.7);
n=【0:l:M-l]:
disp([‘线性相位斜率为’,num2str(beta)]);
w_k ai=(kaiser(M,beta))’;
wc=(ws+wp)/2:
hd=ideal_lp(pi,M)-ideal_lp(wc,M);
h==hd.*w_kai;
[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,[1]);
delta_w=2*pi/l000;
Rp=-(min(db(wp/delta_w+l:l:501)));
disp([‘实际通带波动为’,num2str(Rp)]);
As=-round(max(db(l:l:ws/delta_w+l)));
disp([‘最小阻带衰减为’,num2str(As)]); subplot(l,l,l);
subplot(2,2,l);
stem(n,hd);
titl e(‘理想脉冲响应’);
axis([0,M-l -0,4 0.8]);
yl abel(‘hd(n)’);
subplot(2,2,2):
stem(n,w_kai):
title(‘凯泽窗’):
axis([0,M-1 0 1.1]);
ylabel(‘w(n)’);
subplot(2,2,3);
东北大学 研究生考试试卷 考试科目： 课程编号： 阅卷人: 考试日期： 姓名：xl 学号： 注意事项 1.考前研究生将上述项目填写清楚. 2.字迹要清楚,保持卷面清洁. 3.交卷时请将本试卷和题签一起上交. 4.课程考试后二周内授课教师完成评卷工作,公共课成绩单与试卷交研究生院培养办公室, 专业课成绩单与试卷交各学院,各学院把成绩单交研究生院培养办公室. 东北大学研究生院培养办公室
数字滤波器设计 技术指标： 通带最大衰减： =3dB ， 通带边界频率： ＝100Hz 阻带最小衰减： ＝20dB 阻带边界频率： ＝200Hz 采样频率：Fs=200Hz 目标： 1、根据性能指标设计一个巴特沃斯低通模拟滤波器。 2、通过双线性变换将该模拟滤波器转变为数字滤波器。 原理： 一、模拟滤波器设计 每一个滤波器的频率范围将直接取决于应用目的，因此必然是千差万别。为了使设计规范化，需要将滤波器的频率参数作归一化处理。设所给的实际频 率为Ω（或f ），归一化后的频率为λ，对低通模拟滤波器令λ＝p ΩΩ/，则1 =p λ， p s s ΩΩ=/λ。令归一化复数变量为p ，λj p =，则p p s j j p Ω=ΩΩ==//λ。所以巴 特沃思模拟低通滤波器的设计可按以下三个步骤来进行。 (1)将实际频率Ω规一化 (2)求Ωc 和N 11010/2-=P C α s p s N λααlg 1 10 110lg 10 /10/--= 这样Ωc 和N 可求。 p x fp s x s f
根据滤波器设计要求＝3dB ，则C ＝1，这样巴特沃思滤波器的设计就只剩一个参数N ，这时 N p N j G 222 )/(11 11)(ΩΩ+= += λλ (3)确定)(s G 因为λj p =，根据上面公式有 N N N p j p p G p G 22)1(11 )/(11)()(-+= += - 由 0)1(12=-+N N p 解得 )221 2exp(πN N k j p k -+=，k ＝1，2， (2) 这样可得 1 )21 2cos(21 ) )((1 )(21+-+-= --= -+πN N k p p p p p p p G k N k k 求得)(p G 后，用p s Ω/代替变量p ，即得实际需要得)(s G 。 二、双线性变换法 双线性变换法是将s 平面压缩变换到某一中介1s 平面的一条横带里，再通过标准变换关系)*1exp(T s z =将此带变换到整个z 平面上去，这样就使s 平面与z 平面之间建立一一对应的单值关系，消除了多值变换性。 为了将s 平面的Ωj 轴压缩到1s 平面的1Ωj 轴上的pi -到pi 一段上，可以通过以下的正切变换来实现： )21 tan(21T T Ω= Ω 这样当1Ω由T pi -经0变化到T pi 时，Ω由∞-经过0变化到∞+，也映射到了整个Ωj 轴。将这个关系延拓到整个s 平面和1s 平面，则可以得到
实验一 交叉耦合滤波器设计与仿真 一、 实验目的 1.设计一个交叉耦合滤波器 2.查看并分析该交叉耦合滤波器的S 参数 二、 实验设备 装有HFSS 13.0软件的笔记本电脑一台 三、 实验原理 具有带外有限传输零点的滤波器，常常采用谐振腔多耦合的形式实现。这种形式的特点是在谐振腔级联的基础上，非相邻腔之间可以相互耦合即“交叉耦合”，甚至可以采用源与负载也向多腔耦合，以及源与负载之间的耦合。交叉耦合带通滤波器的等效电路如下图所示。在等效电路模型中，e1表示激励电压源，R1、R2分别为电源内阻和负载电阻，ik （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的回路电流，Mij 表示第i 个谐振腔与第k 个谐振腔之间的互耦合系数(i,j=1,2,…,N ，且i ≠j)。在这里取ω0=1，即各谐振回路的电感L 和电容C 均取单位值。Mkk （k=1,2,3,…,N ）表示各谐振腔的自耦合系数。 n 腔交叉耦合带通滤波器等效电路如下图所示: ...1F 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1/2H 1H 1F 1F 1F ...i 1 i 2 i k i N i N M N ,1M k 1M kN M N 1 ,2-M 12 M k 2M N k 1 ,-M N N ,1-e 1 R 1 R 2 1F 1H 这个电路的回路方程可以写为 ?? ? ??? ? ?? ? ???????????????????????? ? ?? ???++=????????????????????---------N N N N N N N N N N N N n N N N N N i i i i i R s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s jM jM jM jM jM s R e 13212,1321,11,31,21,131 ,3231321,22312 11,11312110000M Λ ΛM M ΛM M M ΛΛΛM 或者写成矩阵方程的形式：I R M sU ZI E )(0++==j
信息与电气工程学院 电子电路仿真及设计CDIO三级项目 设计说明书 （2013/2014学年第二学期） 题目：高通滤波器系统仿真及设计 专业班级：通信工程班
目录 第一章文氏桥振荡器-------------------------------------------------1 1.1振荡器的设计及要求 ---------------------------------------------1 1.2系统工作原理 ---------------------------------------------------1 1.3电路设计原理图，实物图, 参数计算及仿真 --------------------------2第二章高通滤波器---------------------------------------------------6 2.1实际滤波器的基本参数--------------------------------------------6 2.2滤波器的设计目的------------------------------------------------6 2.3设计要求--------------------------------------------------------7 2.4系统的设计方案--------------------------------------------------7 2.5系统工作原理----------------------------------------------------7 2.6滤波器设计仿真，仿真结果，实物图，实测结果----------------------7 第三章合成电路----------------------------------------------------11 3.1合成电路仿真图-------------------------------------------------11 3.2焊接成品-------------------------------------------------------12 第四章心得体会----------------------------------------------------14 附录---------------------------------------------------------------14 参考文献-----------------------------------------------------------14
微带低通滤波器的设计与仿真 分类： 电路设计 嘿嘿，学完微波技术与天线，老师要求我们设计一个微带元器件，可以代替实验室里的元器件，小弟不才，只设计了一个低通滤波 器。现把它放到网上，以供大家参考。 带低通滤波器的设计 一、题目 第三题：低通滤波器的设计 f < 800MHz ；通带插入损耗 ；带外 100MHz 损耗 ；特性阻抗 Z0=50 Ohm 。 二、设计过程 1、参数确定：设计一个微带低通滤波器，其技术参数为 f < 800MHz ;通带插入损耗；带外100MHz 损耗；特性阻抗Z0=50 Ohm 。 介质材料：介电常数 ￡r = 2.65，板厚 1mm 。 2、设计方法：用高、底阻抗线实现滤波器的设计，高阻抗线可以等效为串联电感，低阻抗线可以等效为并联电容，计算各阻抗线的 宽度及长度，确保各段长度均小于 X /8(入为带内波长)。 3、设计过程： (1)确定原型滤波器：选择切比雪夫滤波器， ?s = fs/fc = 1.82 , ?s -1 = 0.82及Lr = 0.2dB , Ls >= 30，查表得N=5,原型滤波器的归 一化元件参数值如下： g1 = g5 = 1 .3394， g2 = g4 = 1.3370，g3 = 2.1660，gL= 1 .0000。 该滤波器的电路图如图 1 所示： O H 技术参数： 仿真软件： HFSS 、 ADS 或 IE3D 介质材料： 介电常数 ￡ r = 2.65板厚1mm
(2)计算各元件的真实值：终端特性阻抗为Z0=50?，则有 C1 = C5 =g1/(2*pi*f0*Z0) = 1.3394/(2*3.1416*8*10^8*50) = 5.3293pF , C3 = g3/(2*pi*f0*Z0) = 2.1660/(2*3.1416*8*10^8*50)= 8.6182pF , L2 = L4 = Z0*g2/(2* pi*f0) = 50*1.3370/(2*3.1416*8*10^8) = 13.2994nH。 (3)计算微带低通滤波器的实际尺寸: 设低阻抗(电容)为Z0I = 15?。 经过计算可得W/d = 12.3656, ￡ e = 2.443,贝U 微带宽度W1 = W3 = W5 = W = 1.000*12.3656 = 12.3656mm , 各段长度I1 = I5 = Z0I*V pl *C1 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*5.3293*10A-12 =15.3412mm， I3 = Z0I*V pl*C3 = 15* 3*10A11/sqrt(2.4437)*8.6182*10A-12 =24.8088mm， 可知各段均小于入/8符合要求。 设高阻抗(电感)为Z0h = 95? 。 经过计算可得W/d =0.85，￡ e = 2.0402则 微带宽度W2 = W4 = W =1.0000*0.85 =0.85mm ， 各段长度l2 = l4 = Vph*L2/Z0h = 29.4031mm ， 带内波长入=Vpl/f = 3*10^11/(sqrt(2.0402)*8*10^8) = 262.5396mm,入/8 = 32.8175mm 可知各段均小于入/8符合要求。
信号与系统课程设计 题目巴特沃斯滤波器的设计与仿真 学院英才实验学院 学号2015180201019 学生姓名洪 健 指导教师王玲芳
巴特沃斯滤波器的设计与仿真 英才一班 洪健 2015180201019 摘 要：工程实践中，为了得到较纯净的真实信号，常采用滤波器对真实信号进行处理。本文对巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性、设计方法及设计步骤进行了研究，并利用Matlab 程序和Multisim 软件，设计了巴特沃斯模拟滤波器，并分析了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性。利用 Matlab 程序绘制了巴特沃斯模拟滤波器的幅频特性曲线，并利用Matlab 实现了模拟滤波器原型到模拟低通、高通、带通、带阻滤波器的转换。通过Multisim 软件，在电路中设计出巴特沃斯滤波器。由模拟滤波器原型设计模拟高通滤波器的实例说明了滤波器频率转换效果。同时通过电路对巴特沃斯滤波器进行实现，说明了其在工程实践中的应用价值。 关键词：巴特沃斯滤波器 幅频特性 Matlab Multisim 引言 滤波器是一种允许某一特定频带内的信号通过，而衰减此频带以外的一切信号的电路，处理模拟信号的滤波器称为模拟滤波器。滤波器在如今的电信设备和各类控制系统里应用范围最广，技术最为复杂，滤波器的好坏直接决定着产品的优劣。滤波器主要分成经典滤波器和数字滤波器两类。从滤波特性上来看，经典滤波器大致分为低通、高通、带通和带阻等。 模拟滤波器可以分为无源和有源滤波器。 无源滤波器：这种电路主要有无源元件R、L 和C 组成。有源滤波器：集成运放和R、C 组成，具有不用电感、体积小、重量轻等优点。集成运放的开环电压增益和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大和缓冲作用。但集成运放带宽有限，所以目前的有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 MATLAB 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。 Multisim10 是美国NI 公司推出的EDA 软件的一种，它是早期EWB5.0、Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9等版本的升级换代产品，是一个完全的电路设计和仿真的工具软件。该软件基于PC 平台，采用图形操作界面虚拟仿真了一个如同真实的电子电路实验平台，它几乎可以完成实验室进行的所有的电子电路实验，已被广泛应用于电子电路的分析，设计和仿真等工作中，是目前世界上最为流行的EDA 软件之一。 本文主要对低通模拟滤波器做主要研究，首先利用MATLAB 软件对巴特沃斯滤波器幅频特性曲线进行研究，并计算相应电路参数，最后利用Multisim 软件实现有源巴特沃斯滤波器。 正文 1巴特沃斯低通滤波器 巴特沃斯（Butterworth）滤波器的幅频特性如该幅频特性的特点如下： ① 最大平坦性。可以证明，在ω=０处，有最大值|H(0)|=1，幅频特性的前２n－１阶导数均为零。这表示它在ω＝０点附近是很平坦的。 ② 幅频特性是单调下降的，相 频 特 性 也 是 单 调 下降的。因此， 巴特沃斯滤波器对有用信号产生的幅值畸变和相位畸变都很小。 ③ 无论阶数ｎ是什么数，都会通过C = ，并且此时|()|H j ，而且ｎ 越大，其幅频响应就越逼近理想情况。
二阶低通滤波器部分 1、设计任务 信号放大后，需要进行滤波，滤除干扰，温度信号是一个缓慢变化的信号，在此需要设计出一个截止频率为10Hz 左右的低通放大器。因二阶低通滤波器的频率特性比一阶低通滤波器好，故决定采用由型号为OP07的运算放大器组成的二阶低通滤波器，OP07运放特点：OP07具有非常低的输入失调电压，所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施，具有低温度漂移特性。另外，需要求滤波电路的幅频特性在通带内有最大平坦度，要求品质因数Q=0.707. 2、电路元件参数计算和电路设计： 根据二阶低通滤波器的基础电路进行设计，如图3.1所示。 图3.1二阶低通滤波器的基础电路 该电路（1）、传输函数为：)()()(i o s V s V s A =2 F F )()-(31sCR sCR A A V V ++= （2）、通带增益 ：F 0V A A = （3）、截止频率：RC f c π21=其中RC 1c =ω称为特征角频率 （4）品质因数：O A Q -= 31， Q 是f=fc 时放大倍数与通带内放大倍数之比 注： 时，即当 3 03 F F <>-V V A A 滤波电路才能稳定工作。 由O A Q -=31=0.707得放大倍数586.1==O VF A A 一般来说，滤波器中电容容量要小于F μ，电阻器的阻值至少要Ωk 级。 由RC f c π21==10Hz,取C=0.5F μ，计算得R ≈31.8Ωk 又因为集成运放要求两个输入端的外接电阻对称，可得：R R R A VF 2//)1(11=-
求得：Ω=k R 1.1721 电路仿真与分析： （1）采用EDA 仿真软件multisim 13.0对有源二阶低通滤波器进行仿真分析、调试，从而对电路进行优化。Multisim 仿真电路图如图3.2所示 图3.2二阶低通滤波器仿真电路图 （2）通过仿真软件中的万用表验证电路是否符合要求： 设输入电压有效值为1V 当f=1Hz 时，输出如图3.3所示。 图3.3 由图可知，在通带内有增益585.1==VF O A A ,与理论值1.586相近 当Hz f f c 10==时，输出如图3.4所示。
基于Matlab的模拟滤波器设计与仿真 0 引言建立在拉普拉斯变换基础之上的模拟滤波器的理论和设计方法已 经发展得相当成熟，且有若干典型滤波器供人们选择，如巴特沃斯(But- terworth)滤波器、切比雪夫(Chebyshev)滤波器等。但是关于滤波器实现的电路 元件参数的选取和计算却是件繁琐的工作。在此提出基于Ma-tlab 将电路参数 计算程序化的方法，并通过效果仿真达到优化电路参数的目的，而且程序具有 扩展功能。l 模拟滤波器的设计流程模拟低通滤波器的设计指标有ap，Ωp，as，Ωs，其中Ωp和Ωs分别为通带截止频率和阻带截止频率；ap 是 通带Ω中最大衰减系数；as 是阻带Ω≥Ωs的最小衰减系数ap 和Ωs一般用dB 表示。在此希望幅度平方函数满足给定的技术指标ap，Ωp，as，Ωs。(1)巴特沃斯滤波器幅频特性模的平方为：式中：N 为滤波器的阶数；wc 滤波器截止 角频率。(2)切比雪夫滤波器式中：ε决定通带内起伏大小的波纹参数；TN 为 第一类切比雪夫多项式：LC 一端口网络的T 型电路和∏型电路对应不同的 Ha(s)函数的连分式展开形式。在设计时，先求出归一化低通元件值，然后反演 出电路元件实际值。2 运用Matlab 编程实现的模拟电路设计并仿真(1)无源单 端口模拟滤波器的设计举例技术指标：通带内允许起伏：-1 dB，O≤Ω≤2 π×104rad／s；阻带衰减：≤-15dB，2 π×2×104rad／s≤Ω+∞：信源内阻Rs 和负载电阻RL 相等，均取600 Ω。运用Matlab 语言进行编程计算出如图1 所示 巴特沃斯T 型和∏型电路图的电路元件参数。图2 为切比雪夫T 型和∏型电路 图的电路元件参数。 图3 为设计巴特沃斯T 型和∏型电路图输出电压幅频特性Matlab 仿真图。 图4 为切比雪夫输出电路幅频特性Matlab 仿真图。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
带通滤波器的设计和仿真 学院信息学院 姓名吴建亮 学号201203090224 班级电信1202 时间2014年10月
1.设计要求 设计带通为300Hz ～10KHz 的带通滤波器并仿真。 2.原理与方案 2.1工作原理： 带通滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制，本实验通过一个4阶低通滤波器和一个4阶高通滤波器的级联实现带通滤波器。 2.2总体方案 易知低通滤波电路的截止角频率ωH 大于高通滤波电路的截止角频率ωn ，两者覆盖的通带就提供了一个带通响应。先设计4阶的低通滤波器1A 0=，截止频率z 10f f c kH H ==，选取第一级高通滤波器的541.01=Q ,第二级的高通滤波器的306.12=Q 。 主要参数： 电容,p 1000 2F C =则 基准电阻Ω== 5.15945f 21 2 c 0C R π， F C A Q C p 2341)1(400112 =+=，取标称值2400pF ， Ω== 1470920 10 1A Q R R ,取标称值14.7k Ω， Ω==k R A R 7.14102，取标称值14.7k Ω， Ω=+= 7354) 1(2010 3A Q R R ，取标称值7.32k Ω， Ω== 609320 20 4A Q R R ,取标称值6.04k Ω， Ω==k R A R 04.6405， F C A Q C p 13645)1(440232=+=,取标称值0.013μF,
Ω=+= 3046) 1(2020 6A Q R R ,取标称值3.01?Ω， 同理，设计一个4阶高通滤波器，通带增益1A 0=，截止频率z 300f f c H L ==，选取第一级高通滤波器的541.03=Q ,第二级的高通滤波器的306.14=Q 。 主要参数如下： 电容F C C C μ033.0~0105==， ， Ω== k R 08.16C f 21 0C 0π Ω=+= k A Q R R 9.9) /12(030 7，取标称值10k Ω， Ω=+=k A Q R R 1.26)21(0308，取标称值27k Ω， Ω=+= k A Q R R 10.4) /12(040 9 ，取标称值3.9k Ω， Ω=+=k A Q R R 98.62)21(04010，取标称值62k Ω。 3 电路设计 图3-1 高通滤波器
下模拟滤波器的仿真设计 摘要:本文提出了用MATLAB简化设计模拟滤波器的方法,着重对巴特沃思滤波器的编程设计进行了研究,并绘制出其幅频特性曲线。 关键词:MATLAB设计模拟滤波器 在信号处理时,通常都会遇到有用信号中混入噪声的问题,因此需要用滤波器来消除或减弱噪声对信号的干扰。模拟滤波器的设计一般包括两个方面:首先是根据设计的技术指标即滤波器的幅频特性,确定滤波器的传递函数H(s);其次是设计实际网络实现这一传递函数。解决滤波器H(s)设计的关键是要找到这种逼近函数,目前已找到了多种逼近函数。然而,不论哪种设计都需要进行非常繁琐的计算,计算出结果还需要查表。MATLAB中提供了相当强的函数用于模拟滤波器的设计,通过编程可以很容易的实现低通、高通、带通、带阻滤波器,并画出滤波器的幅频特性曲线。本文主要研究用MATLAB实现巴特沃斯滤波器。 1设计低通滤波器: 要求在通带截止频率fc=2kHz处,衰减3dB,阻带始点频
率fz=4kHz处,衰减15dB。 按照传统的求法,计算n需要代入公式 n==2.468n取整,n=3. 然后查表,得传递函数模型。 由此可以看出,计算复杂,并且如果没有表,就写不出传递函数。 下面用MATLAB来设计该滤波器,计算阶数、截止频率,并画出滤波器幅频特性。 wp=2000*2*pi; ws=4000*2*pi; Rp=3; Rs=15; [N,Wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs,'s')%计算阶数和截止频率 Fc=Wn/(2*pi); [b,a]=butter(N,Wn,'s');%计算滤波器传递函数多项式系数[z,p,k]=butter(N,Wn,'s');%得到滤波器零点、极点和增益w=linspace(1,4000,1000)*2*pi; H=freqs(b,a,w); magH=abs(H); phaH=unwrap(angle(H)); plot(w/(2*pi),20*log10(magH),'k'); xlabel('频率(Hz)');
电磁场与微波技术 课程设计报告 课程题目：低通滤波器的设计与仿真姓名： 指导老师： 系别：电子信息与电气工程系专业：通信工程 班级： 学号： 完成时间：
低通滤波器的设计与仿真 摘要：微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。在微波电路系统中，滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响，因此如何设计出一个具有高性能的滤波器，对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小，重量轻、频带宽等诸多优点，近年来在微波电路系统应用广泛，其中用微带做滤波器是其主要应用之一。 关键词：ads；微带线；低通滤波器
一、设计思路 1、设计要求：截止频率：1.1GHz，通带内波纹小于0.2dB，在 1.21GHz 处具有不小于 25dB 的带外衰减。 2、方案选择 利用椭圆函数滤波器设计并仿真，经过优化后，结果调出来的波形能达到指标，但波形会形成带阻波形，只能实现在一定范围内低通。所以不选。 利用切比雪夫滤波器设计并仿真，经过优化调试后可用。 3、设计法案 首先用 LC 设计低通滤波器集总参数模型当频率工作在高频时，要用微带线代替 LC 元件。高阻抗微带线代替串联电感，低阻抗微带线代替并联电容。一般取 Zhigh=120Ω，Zlow=20Ω。在输入和输出加上 50Ω微带线。然后根据设计要求通过 ADS 自带的Linecalc 计算转换过来的微带线长和宽。在进行设计时，主要以滤波器的 S 参数作为优化目标进行优化仿真。 S21（S12） S（表示传输参数，滤波器的通带，阻带的位置以及衰减，起伏全部表现在 S21（S12）随频率变化的曲线上。S11（S22）参数是输入、输出端口的反射系数，由它可以换算输入输出的电压驻波比。如果反射系数过大，就会导致反射损耗过大，影响系统的后级匹配，使系统性能下降。 板材设置：H（基板厚度）=0.8mm，Er（基板相对介电常数）=2.2，Mur （磁导率）=1，Cond（金属电导率）=1E+50，Hu（封装高度）=1E+033mm，T （金属层厚度）=0.01mm，TanD （损耗角正切）=0。 二、仿真过程及电路原理图、版图、S 参数等 经过ADS软件的仿真和折中，以下就以相对比较好的方案为例介绍详细过程以及电路和版图仿真的情况。
实验七 滤波电路的设计与仿真 1、实验目的 1) 熟悉有源滤波器结构和特性。 2) 掌握利用向导设计二阶滤波电路的方法。 2、实验原理 常用的一阶有源低通滤波器由一个集成运放和一个RC 电路所组成。其中，左侧的RC 电路的主要作用是确定电路的截止频率，即选频作用。其所限定的截止频率为01f RC =。右侧的集成运放主要有两个作用：提高低通滤波器电路的放大倍数和提高滤波电路的带负载能力，一阶有源低通滤波电路的通带电压放大倍数为011f A R R =+，图2-18所示的低通滤波器由于在集成运放的反相输入端接入电阻R 3为1K Ω，而反馈电阻R 2为4 K Ω，所以其放大倍数为5. 3、实验内容 1) 一阶有源滤波电路： （1）按照图2-18连接电路。
（2）运行电路，双击波特仪面板，得到其幅频相频特性曲线。获得该滤波电路的截止频率。 分析： 滤波电路的截止频率为：167.117Hz （3）输入信号幅度不变，调整输入信号频率，测量输出电压对应下列表格值时，对应的输入信号频率。 分析： 输入信号频率，测量输出电压这变化图
2) 滤波电路的定制：Multisim中提供用户自动定制滤波器功能。单击Tools/Filter Wizard，弹出如图2-20所示滤波器创建向导对话框。 设计一个巴特沃斯模拟低通滤波器，要求通带截止频率为2KHz，通带允许最大衰减为3dB，阻带截止频率为10000Hz，阻带应该达到的最小衰减为30dB。 （1）按照图2-21设置电路参数。点击Verify来检验参数的设置是否合理，如果合理，则在对话框中出现calculation was successfully completed，否则将继续完善参数的设计。然后，单击Build Circuit （2）利用频谱分析仪测试图2-21的频谱特性，验证其是否符合设计标准，并记录相应数据。
目录 1引言 (1) 2 关于MATLAB (1) 3 数字滤波的基本概念 (2) 4设计方案 (3) 4.1数字滤波器设计的基本步骤 (3) 4.1.1确定指标 (3) 4.1.2模型逼近 (3) 4.1.3实现性能分析和计算机仿真 (3) 4.2基于MATLAB的FIR数字滤波器的设计与仿真 (3) 4.3基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计 (7) 4.3.1 IIR数字滤波器的设计原理 (7) 4.3.2 IIR数字滤波器的传统设计方法 (7) 4.3.3 IIR数字滤波器的设计 (8) 4.3.4 IIR数字滤波器的程序设计 (9) 4.3.5 IIR数字滤波器的仿真 (10) 5 FIR数字滤波器与IIR数字滤波器的比较 (11) 6 结论 (12) 参考文献 (12)
摘要 数字滤波器是一个离散系统。该系统能对输入的离散信号进行处理，从而获得所需的有用信息。现代数字滤波器的设计大体可以分为IIR和FIR两大类，可以用软件和硬件两种方法来实现，而选用MATAB信号处理工具箱为设计通用滤波器带来了极大的方便。本文按设计指标要求设计了滤波器，其中IIR采用巴特沃什，FIR采用布莱克曼窗进行设计，得出了与之对应的幅度响应曲线和相位响应曲线，最后对IIR和FIR的实现形式和性能等方面进行比较。 关键词：MATLAB；IIR；FIR
Abstract The digital filter is a discrete system. The system can be able to handle discrete signals. So it can achieve required important information. There are two major kinds of design principle of digital filter, which are finite impulse response (FIR) and infinite impulse response (IIR). The modern digital filter can be received by two kinds of method of software and hardware. But using MATLAB signal disposing tool case to design the digital filter is more convenient and universally applied.The main body of the paper is demanded to design a digital filter according to the designing index. IIR adopts Butterworth and FIR adopts the Blackman window to design the digital filter. Finally, carry out comparison on IIR and the FIR realization and function aspect. Key words: MATLAB; IIR; FIR
雷达系统匹配滤波器的仿真 一．匹配滤波器原理 在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为)(t x ： )()()(t n t s t x += （1.1） 其中：)(t s 为确知信号，)(t n 为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为 2/No 。 设线性滤波器系统的冲击响应为)(t h ，其频率响应为)(ωH ，其输出响应： )()()(t n t s t y o o += （1.2） 输入信号能量： ∞<=?∞ ∞-dt t s s E )()(2 （1.3） 输入、输出信号频谱函数： dt e t s S t j ?∞ ∞ --=ωω)()( )()()(ωωωS H S o = ωωωπ ωωd e S H t s t j o ?∞ - = )()(21 )( （1.4） 输出噪声的平均功率： ωωωπ ωωπ d P H d P t n E n n o o ? ? ∞ ∞ -∞ ∞ -= = )()(21)(21 )]([22 （1.5） ) ()()(21)()(212 2 ωωωπ ωωπ ω ωd P H d e S H SNR n t j o o ? ? ∞ ∞ -∞ ∞-= （1.6） 利用Schwarz 不等式得： ωωωπ d P S SNR n o ? ∞ ∞ -≤ ) () (21 2 （1.7） 上式取等号时，滤波器输出功率信噪比o SNR 最大取等号条件：
o t j n e P S H ωωωαω-=) ()()(* (1.8) 当滤波器输入功率谱密度是2/)(o n N P =ω的白噪声时，MF 的系统函数为： ,)()(*o t j e kS H ωωω-=o N k α 2= (1.9) k 为常数1，)(*ωS 为输入函数频谱的复共轭，)()(*ωω-=S S ，也是滤波器的传输函数)(ωH 。 o s o N E SNR 2= (1.10) Es 为输入信号)(t s 的能量，白噪声)(t n 的功率谱为2/o N o SNR 只输入信号)(t s 的能量Es 和白噪声功率谱密度有关。 白噪声条件下，匹配滤波器的脉冲响应： )()(*t t ks t h o -= (1.11) 如果输入信号为实函数，则与)(t s 匹配的匹配滤波器的脉冲响应为： )()(t t ks t h o -= (1.12) k 为滤波器的相对放大量，一般1=k 。 匹配滤波器的输出信号： )()(*)()(o o o t t kR t h t s t s -== (1.13) 匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的k 倍，因此匹配滤波器可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器，通常k =1。 二．线性调频信号（LFM ） 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
电子科技大学学院电子工程系 学生实验报告 课程名称HFSS电磁仿真实验实验名称实验一-带通滤波器的仿真 班级，分组14无线技术实验时间 2017年03月07日，学号指导教师袁海军 报告容 一、实验目的 （1）加深对滤波器理论方面的理解，提高用程序实现相关信号处理的能力； （2）掌握HFSS实现带通滤波器混频的方法和步骤； （3）掌握用HFSS实现带通滤波器的设计方法和过程，为以后的设计打下良好的基础。 二、实验原理和电路说明 带通滤波器是指能通过某一频率围的频率分量、但将其他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。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。 这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生. 三、实验容和数据记录 为了方便创建模型，在Tools>Options>HFSSOptions中将Duplicate boundaries with geometry 复选框选中，这样可以使得在复制模型的同时，所设置的边界也一同复制。 2）设置求解类型 将求解类型设置为激励求解类型： （1）在菜单栏中点击HFSS>SolutionType。 （2）如图5-1-7所示，在弹出的SolutionType窗口中： (a)选择DrivenModal。 (b)点击OK按钮。
图5-1-7设置求解类型 3）设置模型单位 （1）在菜单栏中点击3DModeler>Units。 （2）在弹出的如图5-1-8所示的窗口中设置模型单位，在此可选择：mm。 图5-1-8设置单位 4）建立滤波器模型 （1）首先建立介质基片，建立后的模型如图5-1-9所示。 图5-1-9建立介质基片 （a）在菜单栏中点击Draw>Box或者在工具栏中点击按钮，这时可以在3D窗口中创建长方体模型。 （b）在右下角的坐标输入栏中输入长方体的起始点位置坐标，即X：-20，Y：-35，Z：0.0 按回车键结束输入。输入各坐标时，可用Tab键来切换。 （c）输入长方体X、Y、Z三个方向的尺寸，即 dX：40，dY：70，dZ：-1.27 按回车键结束坐标输入。 （d）在特性（Property）窗口中选择Attribute标签，将该长方体的名字修改为Substrate。 （e）点击Material对应的按钮，在弹出的材料设置窗口中点击AddMaterial按钮，添加介电常数为10.8的介质，将其命名为sub。 （2）建立Ring-1。 （a）在菜单栏中点击Draw>Rectangle以创建矩形模型。
2.1系统功能介绍 一个实际的应用系统中，总存在各种干扰。数字滤波器在语音信号处理、信号频谱估计、信号去噪、无线通信中的数字变频以及图像信号等各种信号处理中都有广泛的应用，数字滤波器也是使用最为广泛的信号处理算法之一。 在本设计中，使用MATLAB模拟产生合成信号，然后利用CCS进行滤波。设定模拟信号的采样频率为48000Hz，。设计一个FIR低通滤波器，其参数为：滤波器名称：FIR低通滤波器 采样频率：Fs=48000Hz 通带截止频率：15000Hz 阻带截止频率：16000Hz 通带最大衰减：0.1dB 阻带最少衰减：80dB 滤波器系数：由MATLAB根据前述参数求得。 2.2 总体设计方案流程图 图1 总体设计方案
主要内容和步骤 3.1 滤波器原理 对于一个FIR 滤波器系统，它的冲击响应总是又限长的，其系统函数可记为： ()()10 N n n H z h n z --==∑ 其中1N -是FIR 的滤波器的阶数，n z -为延时结，()h n 为端口信号函数。 最基本的FIR 滤波器可用下式表示： ()()()10 N k y n h k x n k -==-∑ 其中()x n k -输入采样序列，()h k 是滤波器系数，N 是滤波器的阶数()Y n 表示滤波器的输出序列，也可以用卷积来表示输出序列()y n 与()x n 、()h n 的关系，如下： ()()()y n x n h n =* 3.2 操作步骤 （1）打开FDATOOL ,根据滤波要求设置滤波器类型、通带截止频率、指定阶数、采样频率等。指定完设计参数后单击按钮Design Filter ，生成滤波器系数。 （2）把生成的滤波器系数传到目标DSP 。选择菜单Targets->Export to Code Composer Studio(tm)IDE ，打开Export to C Header File 对话框，选择C header file ，指定变量名(滤波器阶数和系数向量)，输出数据类型可选浮点型或32 b ，16 b 整型等，根据自己安装选择目标板板号和处理器号，单击OK ，保存该头文件，需指定文件名(filtercoeff ．h)和路径(保存在c ：\ti\myprojects\fir 工程中)。 （3）修改CCS 汇编程序，删掉数据前的所有文字，在开头加上.data ，第二行加coeff .word ,在每行的前面加上.word ，比且把每行的最后的逗号去掉。 （4）编译汇编程序，如果有错误，按错误进行修改；没错误，则往下执行。 （5）加载初始化DATA 数据。运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试
基于Matlab的FIR滤波器的设计与仿真
西南科技大学 通信原理设计报告 课程名称：通信原理课程设计 设计名称：数字FIR滤波器设计与仿真分析 姓名： XXXXXX 学号: XXXXXXXX 班级： XXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 起止日期： 2014/6/26—2014/7/5
西南科技大学信息工程学院制
方向设计任务书 学生班级：XXXXXXX 学生姓名：XXXXXX 学号：XXXXXXXXX 设计名称：数字FIR滤波器设计与仿真分析 起止日期：2014/6/22-2014/7/5 指导教师：XXXXXXXX 方向设计学生日志
数字FIR滤波器设计与仿真分析 一、摘要 传统的数字滤波器设计计算繁琐，尤其是设计高阶滤波器时工作量大，利用Matlab可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。本文介绍了有限长单位冲激响应FIR数字滤波器的传统设计思想和步骤，同时也介绍了利用MATLAB对FIR数字滤波器进行设计的方法、设计的操作步骤以及对设计的滤波器的仿真。 二、设计目的和意义 1.通过此次专业方向设计，了解有限长单位冲激响应FIR数字滤波器的传统设计方法； 2.了解Matlab信号处理箱并掌握FDATool专用滤波器设计分析工具； 3.学习如何使用Matlab，学会用Matlab解决实际问题。 三、设计原理 数字滤波器，是具有一定传输选择特性的数字信号处理装置，其输入和输出均为数字信号，实质上是一个由有限精度算法实现的线性时不变离散系统。可以把它理解为是一个计算程序或算法，它把代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按照预定的形式变化。 数字滤波器有多种分类，从数字滤波器功能上分可分为低通、高通、带阻、带通滤波器，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应滤波器（IIR）和有限长冲激响应滤波器（FIR）。 1.有限长冲激响应滤波器FIR滤波器及其传统设计方法 FIR滤波器的单位冲击响应是有限长的，h(n)在范围内有值，其系统函数为，它是的（N-1）阶多项式，H(z)在有限z平面（）有N-1个零点；在z平面原点z=0处有N-1阶极点。 2.FIR滤波器的Matlab设计 Matlab是 MATHWORK公司推出的一套面向科学和数值计算的可视化语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，是一个高度集成系统具有友好的用户界面和良好的帮助功能。 Matlab自带的信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）具有强大的信号处理和分析功能，利用Matlab软件优越的数字分析及仿真功能，对理解数字滤波器及数字滤波具有一定参考价值。
射频滤波器的设计与仿真 摘要 射频滤波器，主要用于电子设备、频率高工作更大的衰减高频电子设备产生的干扰信号。射频滤波器是最基本射频设备。能够由微带线组成，也能够由电阻,电容等组成。 由实践可知，很多射频系统中的元件不存在准确频率选择性，因此往往需要添加滤波器，用来极其准确地完成设定的选择特性，所以对射频滤波器的设计有重要的意义。在射频有源电路的各级之间都可以借助滤波器对射频信号进行隔离、选择或是重新组合。 在设计模拟电路时，需要对高频信号在特定频率或频段内的频率分量做放大或衰减处理。这是十分重要的任务，因此本文将重点研究如何设计和实现这个任务的射频电路——射频滤波器。 关键词：射频，微波滤波器，微带线，workbench ,Advanced Design System；
The design and simulation of radio frequency filters ABSTRACT Rf filter, mainly used in electronic devices, high frequency work greater interference signal attenuation of high frequency electronic device. Rf filter is the most basic radio frequency devices. Can consist of microstrip line, also can by resistance, capacitance, etc. The practice shows that a lot of rf components do not exist in the system accurate frequency selective, so often need to add the filter, used extremely accurately complete set of selected features, so the design of rf filter has an important significance. Between active rf circuit at all levels can use filter to segregate, choice or rearrange the rf signal. In analog circuit design, the need for high frequency signal at a particular frequency or frequency component in the spectrum for amplification or decay process. It is very important task, so this article will focus on how to design and implement the task of rf circuit, rf filter. Keywords: R f, Microwave filter, Microstrip line, The workbench; ADS;