
是指减少或消除谐波对电力系统影响的电气部件。滤波器是一种用于消除干扰杂信的装置,通过过滤输入或输出获得纯直流电。有效过滤特定频率频点或频点以外频率的电路是滤波器,其功能是获得特定频率或消除特定频率。
1. 中心频率(Center Frequency):滤波器通带的中心频率f0,一般取f0=(f1 f2)/2,f1、f2.带阻滤波器左右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器通常以插损最小点为中心频率计算带宽。
2. 截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的右频点和高通滤波器的左频点。通常是1dB或3dB标准定义相对损失点。相对损失的参考基准是:低通DC以处插损为基准,高通则以没有寄生阻带的高通带频率为基准。
3. 通带带宽(BWxdB):(下图)指需要通过的频谱宽度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f二是中心频率f0插入损耗为基准,减少X(dB)左右频点对应。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表示滤波器通带宽参数。分数带宽(fractional bandwidth)=BW3dB/f0×滤波器通带宽也常用于表示100%。
4. 插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入导致电路中原始信号的衰减,以中心或截止频率的损失表示。如果需要全带插入损坏,则应强调。
5. 纹波(Ripple):指1dB或3dB在带宽(截止频率)范围内,插损在损失平均曲线的基础上随频率波动。
6. 带内波动(Pass band Ripple):随频率的变化,将损耗插入通带。dB带宽内的带内波动是 1dB。
7. 带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否与传输相匹配的重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB与滤波器阶数和插损有关。
8. 回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率的分贝比(dB)数,也等于|20Log10ρ|,ρ为电压反射系数。当输入功率被端口全部吸收时,回波损限。
9. 阻带抑制度( stop-band rejection):衡量滤波器选择性能的重要指标。该指标越高,对带外干扰信号的抑制就越好。通常有两种提法:一种是要求定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量As-IL;另一个指标是表示滤波器幅频响应接近理想矩形(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可为40dB、30dB、20dB等)。滤波器阶数越多,矩形度越高——即K越接近理想值1,生产难度越大。
10. 延迟(Td):信号通过滤波器所需的时间是传输相位函数对角频率的导数,即Td=df/dv。
11. 带内相位线性度(phase linearity in band):该指标表示滤波器引入通带传输信号的相位失真。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,但频率选择性较差,仅限于脉冲或调相信号传输系统的应用。
1、特征频率:
①通带截频fp=wp/(2p)对于通带和过渡带边界点的频率,该点的信号增益降至人为下限。
②阻带截频fr=wr/(2p)对于阻带和过渡带边界点的频率,信号衰耗(增益倒数)降至一人为下限。
③转折频率fc=wc/(2p)大约3dB)在许多情况下,频率通常是fc截频作为通带或阻带。
④固有频率f0=w0/(2p)当滤波器的谐振频率为电路无损耗时,复杂电路往往有多个固有频率。
二、增益与衰耗
滤波器在通带内的增益并非常数。
①低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益;高通指w→∞时间增益;带通则是指中心频率的增益。
②对带阻滤波器,应给出阻带衰耗,衰耗定义为增益倒数。
③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化△Kp以dB单位是指增益dB值的变化。
3.阻尼系数和质量因数
阻尼系数表示滤波器对角频率w0信号的阻尼是滤波器中能量衰耗的指标。
阻尼系数的倒数称为质量因数,是*价带通和带阻滤波器频率选择特性的重要指标,Q= w0/△w。式中的△w带阻滤波器的3dB带宽, w在许多情况下,中心频率等于固有频率。
4、灵敏度
滤波电路由多个元件组成,每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器的性能指标y记录了元件参数x变化的灵敏度Sxy,定义为: Sxy=(dy/y)/(dx/x)。
灵敏度不是测量仪器或电路系统灵敏度的概念。灵敏度越小,电路容错能力越强,稳定性越高。
5.群时延函数
当滤波器振幅频率特性满足设计要求时,为了确保输出信号的失真度不超过允许范围,相频特性∮(w)还应提出一定的要求。在滤波器设计中,常用组延迟函数d∮(w)/dw*价格信号经过滤波后相位失真。组时延函数d∮(w)/dw信号相位失真越接近常数越小。
滤波器对不同频率的信号有不同的作用:使信号在通带中小幅衰减;通带与阻带之间的过渡带使信号不同程度地衰减;使信号在阻带中大大衰减并发挥抑制作用。
根据滤波器三个频带在全频带中的不同分布位置,滤波器可分为低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器四种基本类型。此外,还有一种滤波器-全通滤波器,可以通过各种频率的信号,但不同频率信号的相位在未来会有不同的变化。事实上,全通滤波器是一种移相器。
滤波器也可分为:LC无源滤波器,RC无源滤波器,特殊元件构成的无源滤波器,RC有源滤波器。
1.LC无源滤波器:由电感和电容器组成,具有良好的频率选择特性,信号能量损失小,噪音低,灵敏度低。缺点:电感元件体积不易集成,质量因数低(频率选择性差)。
2.RC无源滤波器:和LC与无源滤波器相比,电阻取代了电感,解决了体积大的缺陷,但这种滤波器的频率选择特性较差,一般只用作低性能滤波器。
3.由特殊元件组成的无源滤波器:机械滤波器、压电陶瓷滤波器、晶体滤波器等。
工作原理一般是通过电能与机械能或分子振动的动能之间的相互转换,实现与设备固有频率谐振的频率选择,主要用作高频率选择性能的驱动或阻力滤波器。
优点:质量因数可达数千万至数万,稳定性高,可实现其他类型滤波器无法实现的特点。缺点:类型有限,调整不方便,一般仅用于某些特殊场合。
4.RC有源滤波器:该类型的滤波器克服了RC无源滤波器中电阻元件消耗信号功率的缺陷,在电路中引入电子管、晶体管、操作放大器等能量放大器件,可以弥补能量损失RC滤波器有图像LC具有与滤波器相同的良好频率选择特性,具有体积小、集成方便的优点。
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