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濾波器的主要參數(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。分數帶寬(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,如要求全帶內插損需強調。
紋波(Ripple):指1dB或3dB帶寬(截止頻率)范圍內,插損隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰-峰值。
帶內波動(Passband Riplpe):通帶內插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內的帶內波動是1dB。
帶內駐波比(VSWR):衡量濾波器通帶內信號是否良好匹配傳輸的一項重要指標。理想匹配VSWR=1:1,失配時VSWR>1。對于一個實際的濾波器而言,滿足VSWR<1.5:1的帶寬一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例與濾波器階數和插損相關。
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,也等于|20Log10ρ|,ρ為電壓反射系數。輸入功率被端口全部吸收時回波損耗為無窮大。
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(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數越多矩形度越高——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,數值上為傳輸相位函數對角頻率的導數,即Td=df/dv。
帶內相位線性度:該指標表征濾波器對通帶內傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應函數設計的濾波器具有良好的相位線性度。
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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定的下限;
3)轉折頻率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
濾波器在通帶內的增益并非常數。
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;
3)通帶增益變化量△Kp指通帶內各點增益的大變化量,如果△Kp以dB為單位,則指增益dB值的變化量。
3、阻尼系數與品質因數
阻尼系數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。
阻尼系數的倒數稱為品質因數,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。
4、靈敏度
濾波電路由許多元件構成,每個元件參數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,穩定性也越高。
5、群時延函數
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d∮(w)/dw*價信號經濾波后相位失真程度。群時延函數d∮(w)/dw越接近常數。
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