濾波器，顧名思義，是對波進(jìn)行過濾的器件。"波"是一個(gè)非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域，"波"被狹義地局限于特指描述各種物理量的取值隨時(shí)間起伏變化的過程。該過程通過各類傳感器的作用，被轉(zhuǎn)換為電壓或電流的時(shí)間函數(shù)，稱之為各種物理量的時(shí)間波形，或者稱之為信號。因?yàn)樽宰兞繒r(shí)間'是連續(xù)取值的，所以稱之為連續(xù)時(shí)間信號，又習(xí)慣地稱之為模擬信號(Analog Signal)。隨著數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)(一般簡稱計(jì)算機(jī))技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計(jì)算機(jī)對信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導(dǎo)下將連續(xù)時(shí)間信號變換成離散時(shí)間信號的完整的理論和方法。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時(shí)間坐標(biāo)點(diǎn)上的樣本值表達(dá)原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些概念既然表達(dá)的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存的各種信息的載體。信息需要傳播，靠的就是波形信號的傳遞。信號在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€(gè)環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，甚至是在相當(dāng)多的情況下，這種畸變還很嚴(yán)重，以致于信號及其所攜帶的信息被深深地埋在噪聲當(dāng)中了

巴特沃斯響應(yīng)(最平坦響應(yīng))

巴特沃斯響應(yīng)能夠最大化濾波器的通帶平坦度。該響應(yīng)非常平坦，接近DC信號，然后慢慢衰減至截止頻率點(diǎn)為-3dB，最終逼近-20ndB/decade的衰減率，其中n為濾波器的階數(shù)。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應(yīng)用，其對于維護(hù)增益的平坦性來說非常重要。

貝塞爾響應(yīng)

除了會(huì)改變依賴于頻率的輸入信號的幅度外，濾波器還會(huì)為其引入了一個(gè)延遲。延遲使得基于頻率的相移產(chǎn)生非正弦信號失真。就像巴特沃斯響應(yīng)利用通帶最大化了幅度的平坦度一樣，貝塞爾響應(yīng)最小化了通帶的相位非線性。

切貝雪夫響應(yīng)

在一些應(yīng)用當(dāng)中，最為重要的因素是濾波器截?cái)嗖槐匾盘柕乃俣?。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。附錄A包含了設(shè)計(jì)多達(dá)8階的具巴特沃斯、貝塞爾和切貝雪夫響應(yīng)濾波器所需參數(shù)的表格。其中兩個(gè)表格用于切貝雪夫響應(yīng)∶一個(gè)用于0.1dB最大通帶紋波
主要參數(shù)

濾波器的主要參數(shù)(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(diǎn)。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。

截止頻率(Cutoff Frequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以1dB或3dB相對損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。相對損耗的參考基準(zhǔn)為:低通以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)。

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(zhǔn)，下降X(dB)處對應(yīng)的左、右邊頻點(diǎn)。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分?jǐn)?shù)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(nèi)插損需強(qiáng)調(diào)。

ABB 濾波器 ABB 濾波器

紋波(Ripple):指1dB或3dB帶寬(截止頻率)范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動(dòng)的峰-峰值。

帶內(nèi)波動(dòng)(Passband Riplpe):通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動(dòng)是1dB。

帶內(nèi)駐波比(VSWR):衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配VSWR=1:1，失配時(shí)VSWR>1。對于一個(gè)實(shí)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(shù)和插損相關(guān)。

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(shù)，也等于|20Log10ρ|，ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時(shí)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(biāo)。該指標(biāo)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(jì)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(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo)--矩形系數(shù)(KxdB>1)，KxdB=BWxdB/BW3dB，(X可為40dB、30dB、20dB等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高--即K越接近理想值1，制作難度當(dāng)然也就越大。

延遲(Td):指信號通過濾波器所需要的時(shí)間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導(dǎo)數(shù)，即Td=df/dv。

帶內(nèi)相位線性度:該指標(biāo)表征濾波器對通帶內(nèi)傳輸信號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