文档介绍：郑州轻工业学院
课程设计任务书
题目模拟巴特沃斯带阻滤波器的设计
专业、班级信息08-1 学号 200807070129 姓名秦伟伟
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
1、主要内容
1)设计巴特沃斯模拟低通原型滤波器;
2)按频率变换设计巴特沃斯模拟带阻滤波器;
3)对比模拟低通原型滤波器和模拟带阻滤波器并加以分析
2、基本要求
(1)编制MATLAB下的m文件实现主要内容。
(2)书写课程设计报告。
3、主要参考资料
:郑州轻工业学院,2007
,2006
完成期限:
指导教师签名:
课程负责人签名:
年月日
第一章、理论简单介绍 1
1、1 MATLAB概述 1
1、2 滤波器设计 2
1、3 基本定理 4
第二章、设计目的、要求、指标 5
2、1 设计目的 5
2、2 设计要求 5
2、3 设计指标 6
第三章、程序代码和结果分析 6
3、1 程序代码 6
3、2结果与分析 7
心得体会 8
参考文献: 10
第一章、理论简单介绍
1、1 MATLAB概述
MATLAB 是一个可视化的计算程序,被广泛地应用在科学运算领域里。它具有功能强大、使用简单等特点,内容包括:数值计算、符号计算、数据拟合、图形图像处理、系统模拟和仿真分析等功能。此外,用Matlab还可以进行动画设计、有限元分析等。
MATLAB系统包括五个主要部分:
1)开发环境:这是一组帮助你使用MATLAB的函数和文件的工具和设备。这些工具大部分是图形用户界面。它包括MATLAB桌面和命令窗口,命令历史,和用于查看帮助的浏览器,工作空间,文件和查找路径。
2)MATLAB数学函数库:这里汇集了大量计算的算法,范围从初等函数如:求和,正弦,余弦和复数的算术运算,到复杂的高等函数如:矩阵求逆,矩阵特征值,贝塞尔(Bessel)函数和快速傅立叶变换等。
3)MATLAB语言:这是一种高水平的矩阵/数组语言,含有控制流语句,函数,数据结构,输入/输出,和面向对象编程特征。它允许“小型编程”以迅速创立快速抛弃型程序,以及“大型编程”以创立完整的大型复杂应用程序。
4)句柄制图:这是MATLAB制图系统。它包括高级别的二维、三维数据可视化,图像处理,动画,以及表现图形的命令。它还包括低级别的命令,这使你不但能在MATLAB的应用中建立完整的图形用户界面,而且还能完全定制图形的外观。
5)MATLAB应用程序界面(API):这是使你编写与MATLAB相合的C或Fortran程序的程序库。它包括从MATLAB中调用程序(动态链接),
调用MATLAB为计算引擎,和读写MAT-文件的设备。
1、2 滤波器设计
在数字信号处理中,滤波占有极其重要的作用,滤波器是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理应用中的基本处理算法。目前常用的滤波器设计方法普遍采用Matlab仿真。
1)巴特沃斯滤波器
巴特沃斯滤波器模拟低通滤波器的平方幅频响应函数为:
()
式中,为低通滤波器的截止频率,N为滤波器的阶数。
巴特沃斯滤波器的特点:通带内具有最大平坦的频率特性,且随着频率增大平滑单调下降;阶数愈高,特性愈接近矩形,过渡带愈窄,传递函数无零点。
这里的特性接近矩形,是指通带频率响应段与过渡带频率响应段的夹角接近直角。通常该角为钝角,如果该角为直角,则为理想滤波器。
2)带阻滤波器的设计规范
本设计中分别用h(t)、H(s)、Ha(j)表示模拟滤波器的单位脉冲相应、系统函数、频率响应函数,三者的关系如下:
Ha(s) = LT[ha(t)] =edt
Ha(j)=FT[ha(t)] =edt
可以用h(t)、H(s)、Ha(j)中任一个描述模拟滤波器,也可以用线性常系数微分方程描述模拟滤波器。但是设计模拟滤波器时,设计指标一般由幅频相应函数|Ha(j)|给出,而模拟滤波器设计就是根据设计指标,求系统函数H(s)。
工程实际中通常用所谓的损耗函数即衰减函数A()来描述滤波器的幅频响应特性,对归一化幅频响应函数,A()定义如下:
A()=-20lg|Ha(j)|=-10lg|Ha(j)| dB
模拟带阻滤波器的设计指标参数有、、、、。和分别表示带阻滤波器的通带下边界频率和通带上边界频率;和分别表示带阻滤波器的阻带下边界频率和阻带上边界频率。1和2分别称为通带和阻带波纹幅度。
带阻滤波器
1、3 基本原理
1)无失真传输
所谓信号无失真传输是指输入信号通过系统后,输出信号的幅值和输入信号的幅值成正比。允许有一定的延时,但没有波形上的畸变。即系统的幅频响应||应为常数,相频响