滤波器综合（滤波器综合法设计原理黄席椿）

本文目录一览：

• 1、滤波器的工作原理和作用是什么
• 2、如何正确选择滤波器
• 3、求设计滤波器。本人想设计一滤波器，已知频响，即FIR滤波器综合自适应模拟。请问用MATLAB怎么设计？
• 4、动态无功补偿与谐波治理（有源滤波）综合装置 是干什么用的？

滤波器的工作原理和作用是什么

1.基本原则滤波器由电感和电容组成的低通滤波电路构成，允许有用信号的电流通过，衰减较高频率的干扰信号。因为有两种干扰信号:差模和共模，所以滤波器应链档该衰减这两种干扰。有三个基本原则:(1)利用电容器高频低频隔离的特性，将火线和零线的高频干扰电流引入地线(共模)，或将火线的高频干扰电流引入零线(差模)；(2)利用电感的阻抗特性将高频干扰电流反射回干扰源；(3)利用干扰抑制铁氧体可以吸收某一频段的干扰信号并转化为热量的特性，可以根据干扰信号的频段，将合适的干扰抑制铁氧体磁环和磁珠直接套在待滤波的电缆上。过滤器形状2.过滤的概念滤波器是信号处理中的一个重要概念。滤波电路的作用是尽可能减小脉动DC电压的交流分量，保持其DC分量，降低盯尺输出电压的纹波系数，使波形更加平滑。滤波前后的波形一般来说，过滤可以分为古典过滤和现代过滤。经典滤波是基于傅立叶分析和变换的工程概念。根据高等数学的理论，任何满足一定条件的信号都可以看作是无限个正弦波的叠加。换句话说，工程信号是不同频率的正弦波的线性叠加，组成信号的不同频率的正弦波称为信号的频率分量或谐波分量。只允许某一频率范围内的信号分量正常通过，而阻止其他频率分量通过的电路称为经典滤波器或滤波电路。滤波时域和频域图在经典滤波和现代滤波中，滤波器模型其实是一样的(硬件滤波器并没有太大的进步)，但是现代滤波也加入了很多数字滤波的概念。3.主要参数带宽:指需要通过的频谱宽度，BW=(f2-f1)。F1和f2基于中心频率f0处的插入损耗。通带波纹:通带中插入损耗随频率的变化。1dB带宽内的带内波动为1dB。纹波:指在1dB或3dB带宽(截止频率)范围内，以损耗平均曲线为基础，插入损耗随频率波动的峰值。延迟(Td):指信号通过滤波器所需的时间，在数值上是传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。带内相位线性度:该指标表示滤波器在通带中引入传输信号的相位失真幅度。根据线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。插入损耗:由于滤波器的引入导致电路中原始信号的衰减，表现为中心或截止频率处的损耗。如果需要全频带插入损耗，就要强调。回波损耗:端口信号输入功率与入射功率之比的分贝数(dB)，也等于20Log10ρ，其中ρ为电压反射系数。当输入功率被端口完全吸收时，回波损耗为无穷大。中心频率:滤波器通带的频率f0一般取为f0=(f1+f2)/2，f1和f2为带通或带阻滤波器左右相对减少1dB或3dB的边缘频率点。窄带滤波器通常以插入损耗最小点为中心频率来计算通带带宽。截止频率:指低通滤波器通带的右频点，高通滤波器通带的左频点。一般用相对损耗点1dB或3dB来定义。相对损耗的参考标准是:低通基于DC处的插入损耗，高通基于无寄生阻带的高通带频率处的插入损耗。带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号与传输是否匹配良好的重要指标。理想VSWR=1:1，不匹配时VSWR1。对于一个实际的滤波器，VSWR1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(x可以是40dB，30dB，20dB等。)都满足了。滤波器的阶数越多，矩形越高——也就是说，k越接近理想值1，就越难制作。4.作用(1)分离有用信号和噪声，提高信号的抗干扰性和信噪比；(2)滤除不感兴趣的频率成分，提高分析精度；(3)从复杂的频率分量中分离出单个频率分量。过滤器形状图5过滤器形状使用滤波器用于改善电源质量，提高电路的线性度，减少各种杂波、非线性失真干扰和谐波干扰。对于武器系统，使用过滤器的地方有:(1)除了安装在主配电系统和配电系统上的电力滤波器外，还应在进入设备的电源棚则乱上安装滤波器。最好使用线对线滤波器，而不是线对地滤波器。(2)对脉冲干扰和瞬态干扰敏感的设备，当采用隔离变压器供电时，应在负端装设滤波器。(3)向含有电爆炸装置的武器系统供电时，应加装滤波器。必要时，电爆炸装置的引线还应装有滤波器。(4)在每个子系统或设备之间的接口处，应有一个滤波器来抑制干扰，保证兼容性。(5)对于设备和子系统的控制信号，应在输入和输出端增加滤波器或旁路电容。本文概述了该过滤器的原理、过滤概念、参数、功能及注意事项。过滤器有很多种，每种过滤器都有不同的性能特征。因此，在选择滤网时，通常需要综合考虑客户的实际使用环境及其性能要求，才能做出正确、有效、可靠的选择。

如何正确选择滤波器

几种低通原型滤波器是现代网络综合法设计滤波器的基础，各种低通、高通、带通、带阻滤波器大都是根据此特性推导出来的。正因如此，才使得滤波器的设计得以简化，精度得以提高。

理想的低通滤波器应该能使所有低于截止频率的信号无损通过，而所有高于截止频率的信号都应拿御该被无限的衰减，从而在幅频特性曲线上呈现矩形，故而也称为矩形滤波器（brick-wallfilter）。遗憾的是山敏谨逗基，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。根据所选的逼近函数的不同，可以得到不同的响应。虽然逼近函数多种多样，但是考虑到实际电路的使用需求，通常会选用“巴特沃斯响应”或“切比雪夫响应”。

“巴特沃斯响应”带通滤波器具有平坦的响应特性，而“切比雪夫响应”带通滤波器却具有更陡的衰减特性。所以具体选用何种特性，需要根据电路或系统的具体要求而定。但是，“切比雪夫响应”滤波器对于元件的变化最不敏感，而且兼具良好的选择性与很好的驻波特性（位于通带的中部），所以在一般的应用中，推荐使用“切比雪夫响应”滤波器。

求设计滤波器。本人想设计一滤波器，已知频响，即FIR滤波器综合自适应模拟。请问用MATLAB怎么设计？

fs=200;%注意采样率歼袭应该大于最大频率的2倍多，注意刚好两倍效果也不好

t = (0:500)/ fs ;

sl = sin(2*pi*15*t) ;

s2 = sin(2*pi*55*t) ;

s3 = sin(2*pi*75*t) ;

s =sin(2*pi*15*t) + sin(2*pi*55*t ) +sin(2*pi*75*t) ;

% axes('position', [0.1 0.43 0.5 .23] )

subplot(411),plot(t,s) ;

% axis( [0 1 -4 4] )

xlabel ('time/ Second'唤链, 'fontsize' ,8)

ylabel ('time wave','fontsize',8)

%set(gca ,'fontsize',8)

%generate a 38 _ order FIR bandpass filter ,

%band width is 30Hz- 60Hz

%设计的带通滤波器

b =fir1(38,[0.30 0.60]) ;%改变滤波器阶数38

[h,f] =freqz(b,1,512) ;

% axes('position' , [0.1 0.76 0.5 .23] )

subplot(412),plot( f*100/pi ,20*log10(abs(h)))

% axis( [0 100 -100 0] )

xlabel ('frequency/ Hz','fontsize',8)

ylabel('magresponse/Db', 'fontsize',8)

% set(gca,'fontsize',8) % select s2 sig n al f r oms

sf =filter(b,1,s) ;%滤波后的信号

% axes('position' , [0.1 0.1 0.5 .23] )

subplot(413),plot(t, sf)

% axis( [0.2 1 -0.1 0.1] )

xlabel ('time/Second','fontsize',8)

ylabel ('time wave' , 'fontsize' ,8)

% set (gca ,'fontsize',8)

subplot(414),plot(t, s2)

xlabel('原始信号时间')

% axis( [0 5 -2 2] )

%滤波前后的幅值

siglength=length(s);

halflength=floor(siglength/2);

f=fs*(0:halflength)/siglength;

aq=fft(s,siglength);

pq=aq.*conj(aq)/siglength;

figure

% halflength=floor(length(t)/2);

% f=fs*(0:halflength)/length(t);

% subplot(211),plot(f,pq(1:halflength+1));

subplot(211),plot(f,pq(1:halflength+1));

title('滤波前的功率谱和改孙')

ah=fft(sf,siglength);

ph=ah.*conj(ah)/siglength;

subplot(212),plot(f,ph(1:halflength+1));

title('滤波后的功率谱')

动态无功补偿与谐波治理（有源滤波）综合装置 是干什么用的？

1.从根本上来说是不能省电的。但是，通过谐波治理，减少了无功分量，也就可以减少用户变压器到负荷之间的视在功率（视在电流），那么，可以减少用户在设备上的投入。很简单的例子，比如你以前的变压器是500KVA才能满足要求，减少谐波后，可能315就能满足，其他如电缆、断路器等等都可以相对的减少，那么实际的投入是不是也就变少了呢？

2.产生谐波大的地方很容易对设备产生不利影响，特别是电子设备和补偿电容器组。严重的会引起电子设备无法工作，以及补偿电容器组损坏，我见过由于谐波过大，造成变压器爆炸的事故。

3.无功分量过大，供电局是会罚款的。也是一笔投入。

上海坤友电气有限公司针对不同的工况，总结了以下四种解决方法：

对于低谐波的系统，只要谐波含量低于5％以下的，采用上海坤友电气有限公司自主研发的“KYXBY谐波抑制器”，用以“抑制”谐波，使投入无功补偿用的电容器回路不与系统产生“谐振”，在投切过程中，不产生“合闸涌流”，能使电容器平安的投入，投入后能平安的运行。这种方法最省钱，又能在原来的柜壳内进行改造。每一个回路增加磨好200～300余元就够了。

对于谐波含量较高，但不采取滤波手段也可以，而用KYXBY谐波抑制器又不能凑效时，采用KY－DR串联电抗器的方法，进行“抑制”，同时，少量的滤除一部分谐波，滤除率一般在20％以下。同时，保证用于无功补偿的电容器能平安的投入，以提高功率因数补偿无功。这种工况一般是指系统中的谐波源不太多，系统中的谐波含量在国标限额的左右位置，不太严重，这种方法的造价比第一种方法要高，每一个回路要增加壹仟元以上，而在原有的柜中改造，有时是不可能的，因增加的KY－DR串联电抗器安排不下。

对于谐波含量高，且系统中的谐波含量已超出了国标的限额，用“抑制”已无法解决问题时，就要毫不犹豫地采用滤波的手段，针对某一次或某几次大含量的谐波进行“滤除”，这就是当前人们说到的最多的“滤波”了。这时，滤除谐波，以保证系统中的谐波含量低于国标的限额，即同时能保证系统平安运行。滤除谐波的手段很多，可以使用上海坤友电气有限公司的KYYLB有源滤波装置，也可以使用KYLB无源滤波装置，这要看用户对供电质量的要求而定，高要求，大投入，低要求，小投入。也视解决问题的要求而定，只要掘郑对用户的设备影响不大，滤除部分谐波，能提高无功就行了，但有的用户对用电质量的要求较高，一般而言，由计算机控制的单位，其对电能质量的要求就较高些。

对于小功率精密设备或对谐波更为敏感的产品，如：精密设备、电脑、PLC、传感器、无线设备的保护。可以使用上海坤友电气有限公司的KYXBQ谐波保护器，KYXBQ谐波保护器，它能吸收各种频率、各种能量的谐波干扰，将谐波消除在发生源，自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰。通过该智能谐波保护器能够净化电源、保护用电设备和功率因数补偿设备、防止瞎散铅保护装置的误跳闸，从而保护设备安全、高效地运行。

总之，上海坤友电气有限公司之所以把系统中的谐波分成四类，主要是区别对待，减少用户的投入，使得用户获得最大的收益。

任何事物都不是一尘不变的，都会有种种区别，而我们对于谐波的处理，也不能只遵循一个准则，即一定要滤波。如何把谐波的污染降低到最低限度，又不要花太多的钱，这是一个值得大家讨论和研究的问题。

关键词：电感和电容 滤波器综合 电容 电缆 FIR滤波器 电容器