常规滤波器（滤波器常数）

本文目录一览：

• 1、怎样用MATLAB得到IIR滤波器参数
• 2、电源滤波器原理
• 3、给定系统函数怎么在MATLAB中在fitter design中设计滤波器
• 4、什么是滤波器？其分类有那些？工作原理？
• 5、关于滤波器的Q值
• 6、超导滤波器是什么？和普通滤波器用什么区别和优点？为什么基站要用超导滤波器？

怎样用MATLAB得到IIR滤波器参数

用fdtool，在橡滑界面上就可以出入滤波器参数，包括它的通带，截止频率，以及使用的设计模型。然后把参数利用export选项导到workspace里。研究下fdtool的使用，常梁猜腊规滤波器都可以使兆宽用它设计出来。

电源滤波器原理

滤波器是由电感和电容组成的低通滤波电路所构成，它允盯陆许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减。由于干扰信号有差模和共模两种，因此滤波器要对这两种干扰都具有衰减作用。其基本原理有饥指三种：

(1)利用电容通高频隔低频的特性，将火线、零线高频干扰电流导入地线(共模)，或将火线高频干扰电流导入零线(差模);

(2)利用电感线圈的阻抗特性，将高频干扰电流反射回干扰源;

(3)利用干扰抑制铁氧体可将一定频段的干扰信号吸收转化为热量的特性，针对某干扰凯肢顷信号的频段选择合适的干扰抑制铁氧体磁环、磁珠直接套在需要滤波的电缆上即可。

给定系统函数怎么在MATLAB中在fitter design中设计滤波器

基于MATLAB信号处理工具箱的数字滤波器设计与仿真

摘要：传统的数字滤波器的设计过程复杂，计算工作量大，滤波特性调整困难，影响了它的应用。本文介绍了一种利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器的设计方法。给出了使用MATLAB语言进行程序设计和利用信号处理工具箱的FDATool工具进行界面设计的详细步骤。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，极大的减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。本文还介绍了如何利用MATLAB环境下的仿真软件Simulink对所设计的滤波器进行模拟仿真。

关键词：数字滤波器 MATLAB FIR IIR

引言：

在电力系统微机保护和二次控制中，很多信号的处理与分析都是基于对正弦基波和某些整次谐波的分析，而系统电压电流信号（尤其是故障瞬变过程）中混有各种复杂成分，所以滤波器一直是电力系统二次装置的关键部件【1】。目前微机保护和二桥悉滑次信号处理软件主要采用数字滤波器。传统的数字滤波器设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）可以快速有效的实现数字滤波器的设计与仿真。

1 数字滤波器及传统设计方法

数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表陆迹输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，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（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。

IIR数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配。所以IIR滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。FIR数字滤波器的单位脉冲响应是有限长序列。它的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数问题，设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。

在对滤波器实际设计时，整个过程的运算量是很大的。例如利用窗函数法【2】设计M阶FIR低通滤波器时，首先要根据（1）式计算出理想低通滤波器的单位冲激响应序列，然后根据（2）式计算出M个滤波器系数。当滤波器阶数比较高时，计算量比较大，设计过程中改变参数或滤波器类型时都要重新计算。

（1）

（2）

设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频相频响应特性，运算量也是很大的。我们平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，很多时候都是要根据设计要求和滤波效果不断的调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器的设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成设计。利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效的设计数字滤波器，大大的简化了计算量，直观简便。

2数字滤波器的MATLAB设计

2.1 FDATool界面设计

2.1.1 FDATool的介绍

FDATool（Filter Design Analysis Tool）是MATLAB信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，MATLAB6.0以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱（Filter Design Toolbox）。FDATool可以设计几乎所有的基本的常规滤波器，包括FIR和IIR的各种敏腊设计方法。它操作简单，方便灵活。

FDATool界面总共分两大部分，一部分是Design Filter，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。Design Filter部分主要分为：

Filter Type（滤波器类型）选项，包括Lowpass（低通）、Highpass（高通）、Bandpass（带通）、Bandstop（带阻）和特殊的FIR滤波器。

Design Method（设计方法）选项，包括IIR滤波器的Butterworth（巴特沃思）法、Chebyshev Type I（切比雪夫I型）法、 Chebyshev Type II（切比雪夫II型） 法、Elliptic（椭圆滤波器）法和FIR滤波器的Equiripple法、Least-Squares（最小乘方）法、Window（窗函数）法。

Filter Order（滤波器阶数）选项，定义滤波器的阶数，包括Specify Order（指定阶数）和Minimum Order（最小阶数）。在Specify Order中填入所要设计的滤波器的阶数（N阶滤波器，Specify Order＝N-1），如果选择Minimum Order则MATLAB根据所选择的滤波器类型自动使用最小阶数。

Frenquency Specifications选项，可以详细定义频带的各参数，包括采样频率Fs和频带的截止频率。它的具体选项由Filter Type选项和Design Method选项决定，例如Bandpass（带通）滤波器需要定义Fstop1（下阻带截止频率）、Fpass1（通带下限截止频率）、Fpass2（通带上限截止频率）、Fstop2（上阻带截止频率），而Lowpass（低通）滤波器只需要定义Fstop1、Fpass1。采用窗函数设计滤波器时，由于过渡带是由窗函数的类型和阶数所决定的，所以只需要定义通带截止频率，而不必定义阻带参数。

Magnitude Specifications选项，可以定义幅值衰减的情况。例如设计带通滤波器时，可以定义Wstop1（频率Fstop1处的幅值衰减）、Wpass（通带范围内的幅值衰减）、Wstop2（频率Fstop2处的幅值衰减）。当采用窗函数设计时，通带截止频率处的幅值衰减固定为6db，所以不必定义。

Window Specifications选项，当选取采用窗函数设计时，该选项可定义，它包含了各种窗函数。

2.1.2 带通滤波器设计实例

本文将以一个FIR 滤波器的设计为例来说明如何使用MATLAB设计数字滤波器：在小电流接地系统中注入83.3Hz的正弦信号，对其进行跟踪分析，要求设计一带通数字滤波器，滤除工频及整次谐波，以便在非常复杂的信号中分离出该注入信号。参数要求：96阶FIR数字滤波器，采样频率1000Hz，采用Hamming窗函数设计。

本例中，首先在Filter Type中选择Bandpass（带通滤波器）；在Design Method选项中选择FIR Window（FIR滤波器窗函数法），接着在Window Specifications选项中选取Hamming；指定Filter Order项中的Specify Order＝95；由于采用窗函数法设计，只要给出通带下限截止频率Fc1和通带上限截止频率Fc2，选取Fc1＝70Hz，Fc2＝84Hz。设置完以后点击Design Filter即可得到所设计的FIR滤波器。通过菜单选项Analysis可以在特性区看到所设计滤波器的幅频响应、相频响应、零极点配置和滤波器系数等各种特性。设计完成后将结果保存为1.fda文件。

在设计过程中，可以对比滤波器幅频相频特性和设计要求，随时调整参数和滤波器类型，

以便得到最佳效果。其它类型的FIR滤波器和IIR滤波器也都可以使用FDATool来设计。

图1 滤波器幅频和相频响应（特性区）

Fig.1 Magnitude Response and Phase Response of the filter

2.2 程序设计法

在MATLAB中，对各种滤波器的设计都有相应的计算振幅响应的函数【3】，可以用来做滤波器的程序设计。

上例的带通滤波器可以用程序设计：

c=95; ％定义滤波器阶数96阶

w1=2*pi*fc1/fs;

w2=2*pi*fc2/fs; %参数转换，将模拟滤波器的技术指标转换为数字滤波器的技术指标

window=hamming(c+1); %使用hamming窗函数

h=fir1(c,[w1/pi w2/pi],window); ％使用标准响应的加窗设计函数fir1

freqz(h,1,512); ％数字滤波器频率响应

在MATLAB环境下运行该程序即可得到滤波器幅频相频响应曲线和滤波器系数h。篇幅所限，这里不再将源程序详细列出。

3 Simulink仿真

本文通过调用Simulink中的功能模块构成数字滤波器的仿真框图，在仿真过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。例如构造以基波为主的原始信号，，通过Simulink环境下的Digital Filter Design（数字滤波器设计）模块导入2.1.2中FDATool所设计的滤波器文件1.fda。仿真图和滤波效果图如图2所示。

图2 Simulink仿真图及滤波效果图

Fig.2 Simulated connections and waveform

可以看到经过离散采样、数字滤波后分离出了83.3Hz的频率分量（scope1）。之所以选取上面的叠加信号作为原始信号，是由于在实际工作中是要对已经经过差分滤波的信号进一步做带通滤波，信号的各分量基本同一致，可以反映实际的情况。本例设计的滤波器已在实际工作中应用，取得了不错的效果。

4 结论

利用MATLAB的强大运算功能，基于MATLAB信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）的数字滤波器设计法可以快速有效的设计由软件组成的常规数字滤波器，设计方便、快捷，极大的减轻了工作量。在设计过程中可以对比滤波器特性，随时更改参数，以达到滤波器设计的最优化。利用MATLAB设计数字滤波器在电力系统二次信号处理软件和微机保护中，有着广泛的应用前景。

参考文献

1． 陈德树. 计算机继电保护原理与技术【M】北京：水利电力出版社，1992.

2． 蒋志凯. 数字滤波与卡尔曼滤波【M】北京：中国科学技术出版社，1993

3． 楼顺天、李博菡. 基于MATLAB的系统分析与设计－信号处理【M】西安：西安电子科技大学出版社，1998.

4． 胡广书. 数字信号处理：理论、算法与实现【M】.北京：清华大学出版社，1997.

5． 蒙以正. MATLAB5.X应用与技巧【M】北京：科学出版社，1999.

什么是滤波器？其分类有那些？工作原理？

分类: 教育/科学 科学技术 工程技术科学

解析:

• 滤波器的种类很多，分类方法也不同。

• 1.从功能上分；低、带、高、带阻。

• 2.从实现方法上分:FIR、IIR

• 3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯）

• 4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器

• 等等。

·滤波器与漏电流

电网滤波器漏电流定义为:在额定陵裤交流电压下滤波器外壳到交流进线任应一端的电流，如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的,则漏电流的值主要取决于共模电容CY的漏电流，即主要取决于CY的容量。由于滤波器漏电流的大小，设计到人身安全，国际上各国对插都有严格的标准规定。对于是20V/50Hz交流电网供电，一般要求噪声滤波器的漏电流小于1mA。

·滤波器与试验电压

对于交流电网噪声滤波器，试验电压分为两种：一种是加在交流进线两端，即线—线试验电压。若电感线圈及引线是良好的，它取决于电容器CX的耐压。另一种是加在交流进线任一端与机壳地之间，即线—地试验电压。它取决于CX的耐压。

漏电流和试验电压对是噪声滤波器的安全性能参数，是滤波器中电感线圈、绝缘和电容器CX、CY安全性能的具体体现，并且与设备及人身安全紧密相关。因此在电网噪声滤波器的设计、生产和使用中，都要加以重视，把这些技术参汪闭数的认证和检验放在首位。

[7] 滤波器的技术参数及正确使用

(1)插入损耗是噪声滤波器的重要技术参数之一，在设计和选用时应予主要考虑。在滤波器的安全常规电气性能、环境及机械条件都满足要求时，应尽量选择插入损耗值大些。

插入损耗的定义如图3所示，当没接滤波器时，信号源输出电压为V点，当滤波器接入后，在滤波器的输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输出阻抗与接收机输入阻抗相等，都是50Ω，则滤波器的插入损耗为：

IL=20log(V1/V2)

因为电源噪声滤波器能衰减共模噪声和差模噪声，所以它即有共模插入损耗，和差模插入损耗。

但在实际选用滤波器时，应注意产品手册给出的插入损耗曲线，都是按照标准规定，在其输入和输出阻抗都为50Ω条件下测得的。因为实际的滤波器两端阻抗不一定在全频率范围内是不是50Ω，所以它对EMI信号的衰减，并不等于产品手册中给出的插入损耗值。特别当使用安装不当时，还会远远小于标准给定的插入损耗值。

(2)电源噪声滤波器是一种具有互易性的无源网络。在实际应用中为使它有效地抑制噪声应合理配接。按图4所示组合来选择滤波器的网络结构和参考，才能得到较好的EMI抑制效果。

当滤波器的输出阻抗与负载阻抗不相等时，在此端口上会产生反射，两个阻抗相差越大，端口产生的反射也越大。当滤波器两端阻抗都与外部阻抗不相等时，则EMI信号将在其输入和输出端产生反射。这时电源滤波器对电磁干扰噪声的衰减，就与滤波器固有的插入损耗和反射损耗有关，可利困汪裂用这点更有效地抑制电磁干扰噪声。在实际设计和选择使用EMI滤波器时，要注意滤波器阻抗的正确连接，以造成尽可能大的反射，使滤波器在很宽的频率范围内造成较大的阻抗失配，从而得到更好的电磁干扰抑制性能。

(3)在电源滤波器的实际应用中，要求其外壳与系统地之间有良好的电气连接，且应使地线尽可能短，因为过长的接地线会加大接地电阻和电感，而严重削减滤波器的共模抑制能力，同时也会产生公共接地阻抗耦合的问题。如图5所示，接地线过长，则滤波器输入和输出之间的公共耦合阻抗Zg也会过大，负载上电压为：

Vo=Vz+Vg=Vz+(Ii-Io)Zg --(2)

式中：Ii为滤波器交流输入电路的噪声电流。

Io为滤波器输出电路的噪声电流。

关于滤波器的Q值

滤波器中的Q表示品质因数，定义 Q=中心频率÷滤波器带宽。如常规的销庆31段均衡器，绝禅有100HZ、125HZ和160HZ几个频点并斗尘，中心频率为125HZ，125HZ这个滤波器的Q=125/(160-100)=2.08。

详细可以去Baidu文库找相应资料学习。

超导滤波器是什么？和普通滤波器用什么区别和优点？为什么基站要用超导滤波器？

超导滤波器是什么？

导体在超低温【接近绝对0°K（-273℃），实际上为77°K（-196℃）】时，电阻将趋于零，称为超导体。用超导体制作的高阶滤波吵核器可以实现高陡峭度的滤波特性（陡峭度＞30dB/MHz）。超导滤波器应用到移动通信基站接收机的输入端，可以有效地抑制各种类型的，包括邻近通带边缘仅1.5MHz的干扰，从而降低带内互调干扰和底噪声，提高信号传输质量和容量。

与普通滤波器的区别？

通常在有用信号通带相邻处产生较强的干扰时，现有基站常规腔体滤波器无法抑制该干扰。该干扰信号进入基站接收机后，由于基站接收机输入部份的低噪放（LNA）和混频器产生的非线性互调失真，将会使互调产物落在接收机有用信号带内，对接收机形成无法滤除的干扰。轻者使带内底噪声增加，信号传输质量下降；重者将会使通信中断。 而采用超导滤波器可以将该邻频强干扰拒之于接收机之门外，进不到接收机的LNA和混频器，所以可以大大降低接收宴碰粗机的互调干扰（下图显示超导滤波器降低邻频干扰效果的示意图）。这将有效解决我国“TD”与“WCDMA”以及“GSM”与“CDMA”间相邻5MHz～10MHz所产生干扰。

为什么选用超导滤波器？

利用导体在-200℃时，表面电阻近似为零的特性制成的滤波器，Q值可达10万，高于目前采用腔体滤波器的Q值20倍。因此具有极小的通带插损（0.1dB），极高的阻带抑制（60dB）和极陡峭的过渡带（最高可达-100dB/400KHz）。

同时在超导滤波器之后配备有在超低温工作条件下的低噪放（LNA）（增益：12dB），具有极低的噪声系数（0.5dB），用它作为基站接收机的射频前端设备，能彻底抑制基站接收机的各种干扰，提高了接收机的灵敏度，晌镇解决了移动通信上行信号弱的瓶颈问题。而且超导滤波器安装在基站主接收机和分集接收机上，因此不影响分集接收抗多径衰落的功能。

可以参见这篇文章：

关键词：滤波器特性 滤波器原理 滤波器的设计 电感和电容 电缆 常规滤波器 关于滤波器 电源滤波器 电容 滤波器参数