在電子技術(shù)領(lǐng)域，我們經(jīng)常會(huì)聽到濾波器（Filter）這三個(gè)字。特別是在我們需要完成信號(hào)傳輸時(shí)，濾波器可是個(gè)非常重要的角色！顧名思義，濾波器，是對(duì)波進(jìn)行過(guò)濾。波在電子領(lǐng)域中描述著各種物理量（電壓、電流）隨時(shí)間的起伏變化，形成一種時(shí)間函數(shù)，這個(gè)時(shí)間函數(shù)中包含了許多信息，可以稱之為信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可能在傳輸過(guò)程中受環(huán)境影響而發(fā)生畸變，以至于我們的信息被埋藏與這些噪聲之中。而濾波器就像是一個(gè)神奇的信號(hào)篩選器，能夠讓特定頻率范圍的電信號(hào)通過(guò)，同時(shí)把其他頻率的信號(hào)給攔住，還原出原本的信息。在通信、音頻處理、圖像處理、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域，濾波器都發(fā)揮著巨大的作用，濾波器可以過(guò)濾干擾，讓信號(hào)變得更干凈。
1.1、濾波器按信號(hào)處理的方式分類可以分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。
模擬濾波器：是通過(guò)電阻、電容、電感這些模擬電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波的，主要處理連續(xù)時(shí)間的模擬信號(hào)的濾波器。
模擬濾波器有兩種，一種是無(wú)源濾波器，就是由電阻、電感和電容這些沒(méi)啥“活力” 的元件組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單還便宜，不過(guò)性能很容易受元件參數(shù)影響。另一種是有源濾波器，它是由運(yùn)算放大器等有點(diǎn) “活力” 的元件和無(wú)源元件一起組成的，好處是增益高，性能也比較穩(wěn)定。
數(shù)字濾波器：它是通常通過(guò)數(shù)字處理器上的DSP算法實(shí)現(xiàn)濾波，主要處理的離散時(shí)間的數(shù)字信號(hào)的濾波器。數(shù)字濾波器是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理算法可以很精確地控制它的性能，而且還能方便地通過(guò)編程來(lái)調(diào)整。數(shù)字濾波器又分為有限沖激響應(yīng)（FIR）濾波器和無(wú)限沖激響應(yīng)（IIR）濾波器。
按頻率特性可以分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。
低通濾波器就像一個(gè)柵欄，只讓低頻信號(hào)通過(guò)，把高頻信號(hào)擋在外面。在音頻處理中，低通濾波器可以去掉高頻噪聲；在電力系統(tǒng)里，能讓直流電壓變得更平滑。
高通濾波器和低通濾波器正好相反，高通濾波器只讓高頻信號(hào)通過(guò)，低頻信號(hào)過(guò)不去。高通濾波器經(jīng)常用來(lái)去除低頻干擾，比如音頻系統(tǒng)里的直流偏移。
帶通濾波器只允許特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，其他的都不行。在通信系統(tǒng)里，帶通濾波器被廣泛用來(lái)選擇特定頻率的信號(hào)進(jìn)行傳輸或接收。
帶阻濾波器是專門擋住特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，讓其他頻率的信號(hào)通過(guò)。且?guī)ё铻V波器可以用來(lái)去除特定頻率的干擾，像電源里的諧波。
全通濾波器就像是一個(gè)對(duì)所有頻率都很“公平” 的通道。全通濾波器允許所有頻率的信號(hào)通過(guò)，而且這些信號(hào)通過(guò)之后，它們的大小（幅度）基本不會(huì)改變。全通濾波器主要是用來(lái)改變信號(hào)的相位。相位就像是一群人排隊(duì)的順序。信號(hào)通過(guò)全通濾波器后，雖然大小不變，但是排隊(duì)的順序（相位）可能變了。在一些聲音處理或者信號(hào)傳輸?shù)那闆r中，改變相位可以起到調(diào)整聲音空間感或者校正信號(hào)的作用。
1.3、按濾波器結(jié)構(gòu)可以分為巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器
巴特沃斯濾波器（Butterworth Filter）：它的幅度響應(yīng)特別平坦，在通帶和阻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)都很均勻。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用，如果對(duì)信號(hào)幅度要求高，巴特沃斯濾波器就很合適。
切比雪夫?yàn)V波器（Chebyshev Filter）：在通帶或阻帶內(nèi)有像波浪一樣的等波紋特性，為了得到更陡峭的過(guò)渡帶，可以犧牲一點(diǎn)通帶或阻帶的平坦度。要是對(duì)過(guò)渡帶要求嚴(yán)格，切比雪夫?yàn)V波器是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
橢圓濾波器（Elliptic Filter）：過(guò)渡帶最陡峭，不過(guò)在通帶和阻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)都有一些波紋。如果對(duì)過(guò)渡帶和濾波器尺寸要求都很高，那就選橢圓濾波器。
貝塞爾濾波器（Bessel Filter）：貝塞爾濾波器除了會(huì)改變依賴于頻率的輸入信號(hào)的幅度外，還會(huì)為其引入一個(gè)延遲。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號(hào)失真。在需要維持波形的場(chǎng)合中十分適用。
了解濾波器的類型和作用，我們通常也需要關(guān)注濾波器以下參數(shù)：
對(duì)于帶通或帶阻濾波器，中心頻率是通帶的中心位置頻率，通常取
，其中
為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降 1dB 或 3dB 邊頻點(diǎn)。對(duì)于窄帶濾波器，常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬。
對(duì)于低通濾波器，其通帶右邊頻點(diǎn)為截止頻率；對(duì)于高通濾波器，通帶左邊頻點(diǎn)為截止頻率。通常以 1dB 或 3dB 相對(duì)損耗點(diǎn)來(lái)標(biāo)準(zhǔn)定義。相對(duì)損耗的參考基準(zhǔn)為：低通以直流（DC）處插損為基準(zhǔn)，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)。
指需要通過(guò)的頻譜寬度，一般表示為
，其中
為以中心頻率
處插入損耗為基準(zhǔn)，下降一定數(shù)值（如 1dB、3dB 等）處對(duì)應(yīng)的左、右邊頻點(diǎn)。
由于濾波器的引入對(duì)電路中原有信號(hào)帶來(lái)的衰耗，通常以中心或截止頻率處損耗來(lái)表征。如果要求全帶內(nèi)的插入損耗，則需要特別強(qiáng)調(diào)。
指在 1dB 或 3dB 帶寬（截止頻率）范圍內(nèi)，插入損耗隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動(dòng)的峰值。
通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。例如在 1dB 帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動(dòng)通常是 1dB。
衡量濾波器通帶內(nèi)信號(hào)是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配時(shí) VSWR = 1:1，失配時(shí) VSWR 大于 1。對(duì)于實(shí)際的濾波器，滿足 VSWR 小于 1.5:1 的帶寬一般小于 3dB 帶寬，其占 3dB 帶寬的比例與濾波器階數(shù)和插入損耗相關(guān)。
端口信號(hào)輸入功率與反射功率之比的分貝（dB）數(shù)，也等于 20log10ρ（ρ 為電壓反射系數(shù)）。當(dāng)輸入功率被端口全部吸收時(shí)，回波損耗為無(wú)窮大。
衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標(biāo)，該指標(biāo)越高，說(shuō)明對(duì)帶外干擾信號(hào)抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對(duì)某一給定帶外頻率 fs 抑制多少 dB，計(jì)算方法為 fs 處衰減量；另一種為提出表征濾波器幅頻響應(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo) —— 矩形系數(shù)（
），
（x 可為 40dB、30dB、20dB 等）。
指信號(hào)通過(guò)濾波器所需要的時(shí)間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對(duì)角頻率的導(dǎo)數(shù)，即
。
該指標(biāo)表征濾波器對(duì)通帶內(nèi)傳輸信號(hào)引入的相位失真大小。按線性相位響應(yīng)函數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器具有良好的相位線性度。
在無(wú)線通信里，濾波器用來(lái)選擇特定頻率的信號(hào)進(jìn)行接收和發(fā)射，這樣能提高通信質(zhì)量和抗干擾能力。在有線通信中，濾波器可以去掉信號(hào)里的噪聲和干擾，保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量。
在音響系統(tǒng)中，低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等可以調(diào)整音頻信號(hào)的頻率特性，讓音質(zhì)變得更好。在音頻降噪中，濾波器能去除背景噪聲，提高音頻信號(hào)的信噪比。
在圖像增強(qiáng)中，濾波器可以去掉圖像里的噪聲，增強(qiáng)圖像的細(xì)節(jié)和邊緣。在圖像壓縮中，濾波器可以對(duì)圖像進(jìn)行頻率分解，去掉高頻分量，減少數(shù)據(jù)量。
電力濾波器能去除電力系統(tǒng)里的諧波，提高電能質(zhì)量。在直流電源中，低通濾波器可以讓直流電壓變得更平滑，去掉紋波。
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