声表面波滤波器的使用和匹配

如何在电路板上安装和匹配SAW滤波器，发挥SAW滤波器的最佳性能，这对于应用SAW滤波器的人员很重要，为此我们介绍SAW滤波器的使用和匹配。

一般的SAW滤波器在接入电路中都要求前后级加匹配，这些匹配结构和元件值由滤波器制造厂家提供，系统人员在设计PCB时就要考虑匹配。我们要避免将匹配元件安装在SAW滤波器的内部，这不象LC滤波器容易将匹配和滤波器作为一个整体考虑。如果将匹配元件安装在SAW滤波器的内部，器件的可靠性将是一个很大的问题。

SAW滤波器匹配的目的是：

（1）取得小的驻波系数。特别是高损耗SAW滤波器，其驻波系数一般在5~10，匹配后可以改善到2~5。对于低损耗SAW滤波器通过匹配可以使驻波系数达到1.2~2。

（2）取得小的损耗。对于损耗在30~40dB的高损耗SAW滤波器通过匹配可以得到20~25dB的损耗。而对于SPUDT的滤波器，要求必须匹配才能得到小的损耗。

（3）取得平坦的通带特性。对于大带宽SAW滤波器、TCRF滤波器、SPUDT滤波器等如果不匹配，通带波纹很大，匹配后不但损耗降低，而且可以得到平坦的通带特性。

（4）LC匹配网络设计得当，可以起到LC滤波器的作用，提高远端带外抑制。

SAW滤波器的匹配不同于其他滤波器的匹配，针对不同结构的SAW滤波器其匹配目标不同。对于高损耗SAW滤波器并不需要与外部电路完全的共轭理想匹配，因为在较大的声辐射条件下，改进理想匹配虽然可以实现低损耗，但却是以增加幅度和相位波动为代价的。这些器件通常有意使器件在一定程度上失配。对于中等损耗的SPUDT滤波器，其匹配也不完全是理想电匹配。对于1~4dB的低损耗SAW滤波器则要求尽量理想电匹配以取得最小损耗。

为了使声表面波器件应用简单，滤波器的输入输出端一般采用二元件进行匹配。对不同的SAW滤波器S参数，匹配网络不同，需要根据Smith圆图，选取合适的匹配网络结构。在Smith圆图中，经匹配从起点到目的位置点经过的曲线长度越短，匹配后频响特性越好。如图1(c)中两条曲线分别对应于图1(a)、(b)的匹配电路网络。

图1 二种简单匹配电路方案(a)、(b) 及对应的Smith圆图路径(c)

匹配结构确定后，如何找到匹配元件值？一般有两种方法：一是试验法。借助于矢量网络分析仪的Smith 圆图和频响图实际匹配。二是借助于矢量网络分析仪，提取SAW滤波器的S参数，计算滤波器的四端网络导纳Y参数，通过软件匹配计算匹配元件值，最后指导试验匹配。

实际SAW滤波器匹配时需要注意的问题：

(1) 评估板和系统板上的匹配元件值有些差异，其原因是分布参数不同，需要微调元件值。

(2) 高损耗滤波器通常要求失配，以得到好的通带特性。

(3) 低损耗滤波器通常要求最佳匹配，以得到小的损耗和驻波系数（SWR）。

(4) 损耗越小的滤波器对匹配元件值越敏感

SAW滤波器与LC滤波器、介质滤波器、腔体滤波器相比，损耗大、信号延迟时间长，因此SAW滤波器的装配比其他滤波器更讲究。例如：一个25dB损耗SAW滤波器，要求滤波器带外抑制大于55dB，则对PC板隔离度要求大于80dB。因此，抑制好输入输出之间的直通信号是SAW滤波器的装配的主要问题。

SAW滤波器的直通信号对滤波器性能的影响有两方面：一是恶化带外抑制；二是通带波纹增大。图2 是横向SAW滤波器的典型脉冲响应，图3 是同一只SAW滤波器不同安装引起直通信号抑制不同，得到的滤波效果也完全不同。

图2 横向SAW滤波器的典型脉冲响应

图3 SAW滤波器的的直通信号抑制好(a)和差(b)对频响的影响

SAW滤波器的直通来源大致有三方面：一是PC板的布线带来的输入输出之间的杂散电容C1、C2；二是输入输出的匹配之间的耦合；三是匹配地和滤波器的地并不是理想地，由地电阻引起耦合。如图4所示。

(a) 杂散电容引起的耦合(b)匹配元件之间的互耦(c)地电流回路引起的耦合

图4 引起直通的三种模型

针对直通信号的来源，比较好的SAW滤波器的PC板按图5设计，并注意如下几点：

(1) 采用双面大面积接地的PC板。

(2) PC板作些垂直交叉金属化孔，减小PC板间的电容耦合。

(3) 滤波器接地底座紧贴PC板，以便接地良好。可能的话，外壳边缘与PC板加焊几个点。

(4) 输入输出匹配元件垂直放置，特别是电感，以减小互耦。

(5) 匹配网络和滤波器各自的地电流回路尽量短，以减小地电流回路引起的耦合。

(6) 输入输出的匹配元件尽量远，以便降低匹配元件之间的直达信号。

(7) 可能的话，在滤波器输入输出间的PC板开隔离槽减小PC板介质层引起的RF泄漏。

(8) 可能的话，在滤波器输入输出间、匹配网络间加隔离腔。

图5 优化的SAW器件PC板

通信原理课程项目报告匹配滤波器

上海大学2012～2013学年春季学期本科生课程项目报告课程名称：《通信原理B（2）》课程编号： 07275129 题目: 匹配滤波器分析学生姓名: 王子驰（组长）学号: 10124021 学生姓名: 蒋子昂学号: 10124022 学生姓名: 徐璐学号: 10124040 学生姓名: 陈张婳学号: 10123773 学生姓名: 张晨学号: 10123743 评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:

匹配滤波器分析日期（2013年5月1日）摘要：在最佳线性滤波器的设计中有一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。匹配滤波器对信号做的两种处理：1、去掉信号相频函数中的任何非线性部分；2、按照信号的幅频特性对输入波形进行加权，即当信号与噪声同时进入滤波器时，它使信号成分在某一瞬间出现尖峰值，而噪声成分受到抑制。本文介绍了匹配滤波器的原理，利用MATLAB 软件，设计了一种匹配滤波器，并对其在二进制确知信号最佳接收中的应用进行了分析。 1.引言在数字通信系统中，信道的传输特性和传输过程中噪声的存在是影响通信性能的两个主要因素。人们总是希望在一定的传输条件下，达到最好的传输性能，最佳接收就是在噪声干扰中如何有效地检测出信号。所谓最佳是在某种标准下系统性能达到最佳，最佳接收是个相对的概念，在某种准则下的最佳系统，在另外一种准则下就不一定是最佳的。在某些特定条件下，几种最佳准则也可能是等价的。在数字通信中，最常采用的是输出信噪比最大准则和差错概率最小准则。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，第一是使滤波器输出有用信号成分尽可能强；第二是抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减小噪声对信号判决的影响。通常对最佳线性滤波器的设计有两种准则：一种是使滤波器输出的信号波形与发送信号波形之间的均方误差最小，由此而导出的最佳线性滤波器称为维纳滤波器；另一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。在数字通信中，匹配滤波器具有更广泛的应用。 2.课程项目的目的 (1)掌握匹配滤波器的基本概念、基本原理和基本设计方法； (2)具备对简单通信系统进行建立模型、定性分析、定量计算的能力； (3)对实验过程中存在的问题能够进行分析和排除； (4)对规定任务有一定的创新能力。 3.基本原理介绍由数字信号的判决原理我们知道，抽样判决器输出数据正确与否，与滤波器输出信号波形和发送信号波形之间的相似程度无关，也即与滤波器输出信号波形的失真程度无关，而只取决于抽样时刻信号的瞬时功率与噪声平均功率之比，即信噪比。信噪比越大，错误判决的概率就越小；反之，Array 信噪比越小，错误判决概率就越大。

声表面波滤波器原理和应用

声表面波滤波器原理及应用 1.声表面波滤波器（SAWF）的结构和工作原理声表面波滤波器（SAWF）是利用压电材料的压电效应和声特性来工作的。具有压电效应的材料能起到换能器的作用，它可以将电能转换成机械能，反之亦然。压电效应包括正压电效应和反压电效应。所谓正压电效应是指压电材料受力变形产生电荷，因而产生电场的效应，即由机械能转换为电能，反压电效应是指压电材料在外加电场的作用下，产生机械形变的效应，也即由电能转换为机械能。声表面波滤波器（SAWF）的结构如图2—12所示。这种滤波器的基片是由压电材料（如铌酸锂或石英晶体）制成，在基片上蒸镀两组“叉指电极”，一般由金属薄膜用光刻工艺刻成。左侧接信号源的一组称为发送换能器，右侧接负载的一组称为接收换能器，图中a、b分别为电极宽度和极间距离，W为相邻叉指对的重叠长度，称为“叉指孔径”。当交变的电信号u s 加到发送换能器的两个电极上时，通过反压电效应，基片材料就会产生弹性形变，这个随信号变化的弹性波，即“声表面波”，它将沿着垂直于电极轴向（图中x方向）向两个方向传播，一个方向的声表面波被左侧的吸声材料吸收，另一方向的声表面波则传送到接收换能器，由正压电效应产生了电信号，再送到负载R L。但叉指换能器的形状不同时，滤波器对不同频率信号的传送与衰减能力就会不一样。

图2—12 声表面波滤波器结构示意图为了简便起见，仅分析“均匀”型叉指换能器的频率特性。所谓“均匀”型就是指图2—12中各叉指对的参数a、b、W 都相同，设换能器有n+1个电极，并把换能器分为n节或N个周期（N=n/2），各电极将激发出相同数量的声表面波，声表面波的波长由指装点基的宽度a和间隔b决定，声表面波的频率与传播速度有关，其自然谐振频率（或机械谐振频率）为 v是声表面波的传播速度，约为3×103m/s，比光速小很多，比声速高9倍多。在f0一定，速度v低时（a+b）就可以小，所以声表面波器件的尺寸可以做得很小，但f0很低，则（a+b）就增大，SAWF的尺寸就增大，因此它适合工作在高频或超高频段。叉指换能器的尺寸决定后，换能器的f0就固定了，当外加信号的频率等于f0时，换能器各节电极所激发的声表面波同相叠加，振幅最大，即所激发出的声表面波幅值最大；当外加信号的频率偏离f0时，换能器各节电极所激发的声表面波振

巴特沃斯低通滤波器

《数字信号处理》课程设计报告设计课题滤波器设计与实现专业班级姓名学号报告日期 2012年12月

《数字信号处理》课程设计任务书题目滤波器设计与实现学生姓名学号专业班级设计内容与要求一、设计内容：见所选题目。二、设计要求 1 设计报告一律按照规定的格式，使用A4纸，格式、封面统一给出模版。 2 报告内容（1）设计题目及要求（2）设计原理 (包括滤波器工作原理、涉及到的matlab函数的说明) （3）设计内容（设计思路，设计流程、仿真结果）（4）设计总结（收获和体会）（5）参考文献（6）程序清单起止时间2012年 12 月 3日至 2011年 12月11 日指导教师签名2011年 12月 2日系（教研室）主任签名年月日

学生签名年月日《数字信号处理》课程设计报告一、设计题目及要求设计题目基于MATLAB 的巴特沃斯低通滤波器的设计设计要求 1. 通过实验加深对巴特沃斯低通滤波器基本原理的理解。 2．学习编写巴特沃斯低通滤波器的MATLAB 仿真程序 3. 滤波器的性能指标如下：设计一个模拟低通巴特沃斯滤波器，技术指标：通带截止频率10000/rad s ，通带最大衰减3dB ；阻带起始频率 30000/rad s ，阻带最小衰减40dB ，画出其幅度谱和相位谱。二、设计原理 1. 巴特沃斯低通滤波器简介: 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种，特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。这种滤波器最先由英国工程师斯替芬·巴特沃斯（Stephen Butterworth ）在1930年发表在英国《无线电工程》期刊的一篇论文中提出的，可以构成低通、高通、带通和带阻四种组态，是目前最为流行的一类数字滤波器 ,经过离散化可以作为数字巴特沃思滤波器 ,较模拟滤波器具有精度高、稳定、灵活、不要求阻抗匹配等众多优点 ,因而在自动控制、语音、图像、通信、雷达等众多领域得到了广泛的应用，是一种具有最大平坦幅度响应的低通滤波器。 2.巴特沃斯低通滤波器的设计原理: 巴特沃斯滤波器以巴特沃斯函数来近似滤波器的系统函数。巴特沃斯滤波器是根据幅频特性在通频带内具有最平坦特性定义的滤波器。巴特沃思滤波器的低通模平方函数表示 () ΩΩ+ =Ωc N /22 a 11 ) (j H N=1,2，…… （2-6）下面归纳了巴特沃斯滤波器的主要特征 a 对所有的N ，() 1a j H 20 =Ω=Ω。 b 对所有的N ，() 707.0a j 2c =ΩΩH = Ω即()dB 3a lg 20j H c =Ω =ΩΩ

匹配滤波器原理

数字通信课程设计匹配滤波器

摘要 ?在通信系统中,滤波器是重要的部件之一，滤波器特征的选择直接影响数字信号的恢复。在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强;抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小,减少噪声对信号判决的影响。对最佳线性滤波器的设计有一种准则是使滤波器输出信噪比在特定时刻到达最大,由此导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。在数字通信中,匹配滤波器具有广泛的应用。因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特征取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。本文设计并仿真了一种数字基带通信系统接收端的匹配滤波器。一、课程设计的目的通过本次对匹配滤波器的设计,让我们对匹配滤波器的原理有更深一步的理解，掌握具体的匹配滤波器的设计方法与算法。二、课程设计的原理设接收滤波器的传输函数为)(f H ,冲击响应为)(t h ，滤波器输入码元)(t s 的持续时间为s T ,信号和噪声之和)(t r 为 )()()(t n t s t r += s T t ≤≤0 式中,)(t s 为信号码元，)(t n 为白噪声。并设信号码元)(t s 的频谱密度函数为)(f S ,噪声)(t n 的双边功率谱密度为 2/0n P n =,0n 为噪声单边功率谱密度。假定滤波器是线性的,根据叠加定理，当滤波器输入信号和噪声两部分时，滤波器的输出也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即 )()()(00t n t s t y += 由于：)()()()()()(2 * f P f H f P f H f H f P R R Y == )(f P R 为输出功率谱密度,)(f P R 为输入功率谱密度，2/)(0n f P R = ?这时的输出噪声功率0N 等于 ? ?∞ ∞ -∞ ∞ -=?=df f H n df n f H N 2 02 0)(22)( 在抽样时刻0t 上,输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为

声表面波简介

声表面波简介声表面波技术是六十年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。由于声表面波的传播速度比电磁波慢十万倍，而且在它的传播路径上容易取样和进行处理，因此，用声表面波去模拟电子学的各种功能，能使电子器件实现超小型化和多功能化。同时，由于声表面波器件在甚高频和超高频波段内以十分简单的方式提供了其它方法不易得到的信号处理功能，因此，声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中得到了广泛的应用。声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。早在九十多年前，人们就对这种波进行了研究。1885 年，瑞利根据对地震波的研究，从理论上阐明了在各向同性固体表面上弹性波的特性。但由于当时的科学技术水平所限，这种弹性表面波一直没有得到实际上的应用。直到六十年代，由于半导体平面工艺以及激光技术的发展，出现了大量人造压电材料为声表面波技术的发展提供了必要的物质和技术基础。 1949 年，美国贝尔电话实验室发现了LiNbO3单晶。1964 年产发表了激发弹性表面波平面结构换邹器的专利。特别应该指出的是，1965 年，怀特（R . M.white）和沃尔特默（F.W.voltmer ）在应用物理杂志上发表了题为“一种新型表面波声－电换能器― 叉指换能器”的论文，从而取得了声表面波技术的关键性突破。声表面波器件的基本结构和工作原理声表面波器件是在压电基片上制作两个声一电换能器―叉指换能器。所谓叉指换能器，就是在压电基片表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声一电换能。声表面波器件的工作原理是，基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出。整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。声表面波技术有如下的特点：第一，声表面波具有极低的传播速度和极短的波长，它们各自比相应的电磁波的传播速度的波长小十万倍。在VHF 和UHF 绳段内，电磁波器件的尺寸是与波长相比拟的。同理，作为电磁器件的声学模拟声表面波器件，它的尺寸也是和信号的声波波长相比拟的。因此，在同一频段上，声表面波器件的尺寸比相应电磁波器件的尺寸减小了很多，重量也随之大为减轻。例如，用一公里长的微波传愉线所能得到的延迟，只需用传输路径为1 。m 的声表面波延迟线即可完成。这表声表面波技术能实现电子器件的超小型化。第二，由于声表面波系沿固体表面传播，加上传播速度极慢，这使得时变信号在给定瞬时可以完全呈现在晶体基片表面上。于是当信号在器件的输入和输出端之间行进时，就容易对信号进行取样和变换。这就给声表面波器件以极大的灵活性，使它能以非常简单的方式去．完成其它技术难以完成或完成起来过于繁重的各种功能。比如脉冲信号的压缩和展宽，编码和译码以及信号的相关和卷积。一个实际例子是1976 年报道的一个长为一英寸的声表面波卷积器，它具有使两个任意模拟信号进行卷积的功能，而它所适应的带宽可达100MHz ，时带宽积可达一万。这样一个卷积器可以代替由几个快速傅里叶变换（FFT ）链作成的数字卷积器，即实际上可以代替一台专用卷积计算机。此外，在很多情况下，声表面波器件的性能还远远超过了最好的电磁波器件所能达到的水平。比如，用声表面波可以作成时间－带宽乘积大于五千的脉冲压缩滤波器，在UHF 频段内可以作成Q 值超过五万的谐振腔，以及可以作成带外抑制达70dB 、频率达1 低Hz 的带通滤波器。第三，由于声表面波器件是在单晶材料上用半导体平面工艺制作的，所以它具有很好的一致性和重复性，易于大量生产，而且当使用某些单晶材料或复合材料时，声表面波器件具有极高的温度稳定性。第四，声表面波器件的抗辐射能力强，动态范围很大，可达100dB 。这是因为它利用的是晶体表面的弹性波而不涉及电子的迁移过程。

实验6 无限冲激响应数字滤波器设计

实验6无限冲激响应数字滤波器设计实验目的：掌握双线性变换法及脉冲相应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的计算机编程。实验原理：在MATLAB中，可以用下列函数辅助设计IIR数字滤波器：1)利用buttord 和cheblord可以确定低通原型巴特沃斯和切比雪夫滤波器的阶数和截止频率； 2)[num,den]=butter（N,Wn）(巴特沃斯)和[num,den]=cheby1（N,Wn）,[num,den]=cheby2（N,Wn）(切比雪夫1型和2型)可以进行滤波器的设计；3）lp2hp，lp2bp，lp2bs可以完成低通滤波器到高通、带通、带阻滤波器的转换；4)使用bilinear可以对模拟滤波器进行双线性变换，求得数字滤波器的传输函数系数；5)利用impinvar可以完成脉冲响应不变法的模拟滤波器到数字滤波器的转换。例3-1 设采样周期T=250μs（采样频率fs =4kHz），用脉冲响应不变法和双线性变换法设计一个三阶巴特沃兹滤波器，其3dB边界频率为fc =1kHz。 [B,A]=butter(3,2*pi*1000,'s'); [num1,den1]=impinvar(B,A,4000); [h1,w]=freqz(num1,den1); [B,A]=butter(3,2/0.00025,'s');

[num2,den2]=bilinear(B,A,4000); [h2,w]=freqz(num2,den2); f=w/pi*2000; plot(f,abs(h1),'-.',f,abs(h2),'-'); grid; xlabel('频率/Hz ') ylabel('幅值/dB') 程序中第一个butter的边界频率2π×1000，为脉冲响应不变法原型低通滤波器的边界频率；第二个butter的边界频率2/T=2/0.00025，为双线性变换法原型低通滤波器的边界频率.图1给出了这两种设计方法所得到的频响，虚线为脉冲响应不变法的结果；实线为双线性变换法的结果。脉冲响应不变法由于混叠效应，使得过渡带和阻带的衰减特性变差，并且不存在传输零点。同时，也看到双线性变换法，在z=-1即Ω=π或f=2000Hz处有一个三阶传输零点，这个三阶零点正是模拟滤波器在ω=∞处的三阶传输零点通过映射形成的。例2 设计一数字高通滤波器，它的通带为400～500Hz，通带内容许有0.5dB的波动，阻带内衰减在小于317Hz的频带内至少为19dB，采样频率为1,000Hz。 wc=2*1000*tan(2*pi*400/(2*1000)); wt=2*1000*tan(2*pi*317/(2*1000)); [N,wn]=cheb1ord(wc,wt,0.5,19,'s'); [B,A]=cheby1(N,0.5,wn,'high','s'); [num,den]=bilinear(B,A,1000); [h,w]=freqz(num,den); f=w/pi*500; plot(f,20*log10(abs(h))); axis([0,500,-80,10]); grid; xlabel('') ylabel('幅度/dB')

基于巴特沃斯的低通滤波器的设计原理

课程设计报告 ——基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现 2０10年12月25日一、实验内容基于虚拟仪器的幅频特性自动测试系统的实现二、实验目的 1、通过对滤波器的设计，充分了解测控电路中学习的各种滤波器的工作原理以及工作机制。学习幅频特性曲线的拟合,学会基本MAＴLＡB操作。 2、进一步掌握虚拟仪器语言ＬabVＩEW设计的基本方法、常用组件的使用方法和设计全过程。以及图形化的编程方法;学习非线性校正概念和用曲线拟合法实现非线性校正;练习正弦波、方波、三角波产生函数的使用方法；掌握如何使用数据采

集卡以及EIVIS产生实际波形信号。了解图形化的编程方法；练习ＤIO函数的使用方法；学习如何使用数据采集卡以及EＩVIＳ产生和接受实际的数字信号。３、掌握自主化学习的方法以及工程设计理念等技能。三、实验原理滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统。滤波处理可以利用模拟电路实现，也可以利用数字运算处理系统实现。滤波器的工作原理是当信号与噪声分布在不同频带中时，可以在频率与域中实现信号分离。在实际测量系统中，噪声与信号的频率往往有一定的重叠,如果重叠不严重,仍可利用滤波器有效地抑制噪声功率,提高测量精度。任何复杂地滤波网络,可由若干简单地、相互隔离地一阶与二阶滤波电路级联等效构成。一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器,而不能构成带通和带阻。可先设计一个一阶滤波电路来熟悉电路设计思路以及器件使用要求和软件地进一步学习。滤波器主要参数介绍： ①通带截频f p=w p／(2π)为通带与过渡带边界点的频率,在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。 ②阻带截频f r=wｒ／（２π)为阻带与过渡带边界点的频率,在该点信号衰耗（增益的倒数）下降到一人为规定的下限。 ③转折频率f c=w c/（2π)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率，在很多情况下，常以ｆｃ作为通带或阻带截频。 ④固有频率f0=w0/（2π)为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率,复杂电路往

信号检测实验报告

Harbin Institute of Technology 匹配滤波器实验报告课程名称：信号检测理论院系：电子与信息工程学院姓名：高亚豪学号：14SD05003 授课教师：郑薇哈尔滨工业大学

1. 实验目的通过Matlab 编程实现对白噪声条件下的匹配滤波器的仿真，从而加深对匹配滤波器及其实现过程的理解。通过观察输入输出信号波形及频谱图，对匹配处理有一个更加直观的理解，同时验证匹配滤波器具有时间上的适应性。 2. 实验原理对于一个观测信号()r t ，已知它或是干扰与噪声之和，或是单纯的干扰，即 0()()()()a u t n t r t n t +?=?? 这里()r t ，()u t ，()n t 都是复包络，其中0a 是信号的复幅度，()u t 是确知的归一化信号的复包络，它们满足如下条件。 2|()|d 1u t t +∞ -∞=? 201||2 a E = 其中E 为信号的能量。()n t 是干扰的均值为0，方差为0N 的白噪声干扰。使该信号通过一个线性滤波系统，有效地滤除干扰，使输出信号的信噪比在某一时刻0t 达到最大，以便判断信号的有无。该线性系统即为匹配滤波器。以()h t 代表系统的脉冲响应，则在信号存在的条件下，滤波器的输出为 0000()()()d ()()d ()()d y t r t h a u t h n t h τττττττττ+∞+∞+∞ =-=-+-???

右边的第一项和第二项分别为滤波器输出的信号成分和噪声成分，即 00()()()d x t a u t h τττ+∞ =-? 0 ()()()d t n t h ?τττ+∞ =-? 则输出噪声成分的平均功率（统计平均）为 2 20E[|()|]=E[|()()d |]t n t h ?τττ+∞ -? **00*000200 =E[()(')]()(')d d '=2()(')(')d d ' 2|()|d n t n t h h N h h N h ττττττδττττττττ+∞+∞+∞+∞+∞ ---=?? ?? ? 而信号成分在0t 时刻的峰值功率为 22 20000|()||||()()d |x t a u t h τττ+∞ =-? 输出信号在0t 时刻的总功率为 22000E[|()|]E[|()()|]y t x t t ?=+ 22**0000002200E[|()||()|()()()()] |()|E[|()|] x t t x t t t x t x t t ????=+++=+ 上式中输出噪声成分的期望值为0，即0E[()]0t ?=，因此输出信号的功率成分中只包含信号功率和噪声功率。则该滤波器的输出信噪比为 222000022000|||()()d ||()|E[|()|]2|()|d a u t h x t t N h τττρ?ττ+∞ +∞-==?? 根据Schwartz 不等式有

匹配滤波器检测

1.1 匹配滤波器检测基于第三章对频谱滤波器检测的简要描述，本节就对此进行详细的解说。前面提到了当认知用户知道主用户的先验信息时，匹配滤波器检测就是频谱检测的最优算法，早期的研究表明，匹配滤波器需要（1/SNR ）个采样数，检测时间相比较而言较短，就可以与预期的误差概率相吻合。这种滤波器在数字通信信号和雷达信号的检测中具有特别重要的意义。匹配滤波器频谱检测算法在加性高斯白噪声信道中是一种最优的频谱感知方法，主要通过对授权信号进行解调或者导频检测实现。前者实现比较复杂，通过采用匹配滤波器对授权用户信号解调，要求认知用户为每类授权用户提供一套接收解码设备；后者实现相对简单，不再需要复杂的接收解码设备，而且目前大部分无线通信系统都存在导频、前导码、时间同步信号和扩频码等确知信号，这样就使得匹配滤波器检测大大简化，但它的缺点就是为了获得匹配滤波器而必须具备授权用户信号的先验知识，除此之外，计算量也比较大。因此如果先验知识不准确，那么匹配滤波器的性能就会大大下降。 1.1.1 匹配滤波器检测框图检测统计量Y 为： *)()(∑= N n x n y Y 假设x(n)发射信号已知，将检测统计量与预先设定的门限值λ进行比较，大于门限值时就表明关心的频谱存在授权用户，如果小于门限值，就说明该信道中只有噪声，也就是说，出现了频谱空洞，感知用户可以占用该信道。匹配滤波器检测框图1

对于现实中的信道，信号可能是M 进制的，这就需要同时进行几路信号同时进行匹配，将每一路频谱的结果进行比较，得到的判决结果后，再根据一定的判决根据，判决得到经过不同信道的接受信号。其工作原理图如下：匹配滤波器工作原理图2 1.1.2 匹配滤波器检测原理在第三章中曾提到，匹配滤波器检测的设计准则就是使信号的输出信噪比SNR 在某一时刻达到最大值。信噪比SNR 表达式如下： N 2Es SNR = 式子中Es 为观测时间段中检测信号的能量，N 0为噪声功率。信道在传输信号时还叠加有高斯白噪声n(t)，其均值为零，双边功率谱密度为N 0//2,因此接收信号波形为： t t n t s t r ≤ ≤+=0),()()( 设最大输出信噪比准则下的最佳线性滤波器H(ω)，输出为 )()()(y 0t n t s t o += 在t=tm 时候，输出信噪比为： ()()m m t n t s 2 o 2 o =ρ 设()()[]t s S F =ωj ，那么经过匹配滤波器后的输出信号为 ()()()? ∞ ∞ -=ωωωπ ωd 21o m t j m e j S j H t s

实验-3-无限冲激响应滤波器(IIR)算法实验

实验3 ：无限冲激响应滤波器(IIR)算法实验一、实验目的 1. 熟悉IIR 数字滤波器特性； 2.掌握IIR数字滤波器的设计过程； 3.掌握IIR 数字滤波器性能测试方法。二、实验设备 1.PC 兼容机 2.WIN7 操作系统 3.Code Composer Studio v5 三、实验内容 1.掌握IIR数字滤波器的基础理论； 2.基于MATLAB的IIR数字滤波器参数确定方法； 3.采用C语言编程实现低通IIR 滤波器； 4.掌握基于CCS的波形观察方法；观察滤波前后的波形变化。四．实验原理分析要求：使用低通巴特沃斯滤波器，设计通带截止频率f p为1kHz、增益为-3dB，阻带截止频率f st为12kHz、衰减为30dB，采样频率f s为25kHz。设计：通带截止频率为：f p = 1000Hz，f st = 12000Hz

（一）、滤波器参数计算 ●模拟预畸变通带截止频率为：w p = 2f s tan(2πf p/(2f s)) = 6316.5 弧度/秒●模拟预畸变阻带截止频率为：w st = 2f s tan(2πf st/(2f s)) = 794727.2 弧度/秒由式（7.5.24） ●N = 0.714，则：一阶巴特沃斯滤波器就足以满足要求。一阶模拟巴特沃斯滤波器的传输函数为：H(s)=w p/(s+w p)=6316.5/(s+6316.5) 由双线性变换定义s=2f s(z-1)/(z+1)得到数字滤波器的传输函数为：因此，差分方程为：y[n]=0.7757y[n-1]+0.1122x[n]+0.1122x[n-1]。（二）、基于MATLAB的滤波器参数求解（1）IIR数字滤波器阶次的选择的MATLAB函数 [N,w c] = buttord(w p,w st,Rp,As); [N,w c] = cheb1ord(w p,w st,Rp,As); [N,w c] = cheb2ord(w p,w st,Rp,As); [N,w c] = ellipord(w p,w st,Rp,As); 对低通滤波器，必须有w p < w st 对高通滤波器，必须有w p > w st 对带通滤波器，必须有w s1 < w p1 < w p2 < w s2 对带阻滤波器，必须有w p1 < w s1 < w s2 < w p2

设计巴特沃斯数字带通滤波器

设计巴特沃斯数字带通滤波器，要求通带范围为：0.25π rad ≤ω≤0.45π rad,通带最大衰减为3dB ，阻带范围为0≤ω≤0.15π rad 和0.55π rad ≤ω≤πrad ，阻带最小衰减为40dB 。利用双线性变换设计，写出设计过程，并用MATLAB 绘出幅频和相频特性曲线。设计思路及计算：（1）确定技术指标，求得数字边缘频率： Pp ω1Ps ω（2（3Lp Ω（4）确定低通滤波器阶数N 40 20 10 0.01s δ-==，()2211lg 1lg 10.01 6.76812lg 1.97482lg s s p N δ????-- ? ?????≥==??Ω ? ?Ω?? 取N ＝7。

（5 ）c c ΩΩ= Ω= 1c Ω≈ 巴特沃兹模拟滤波器：(217) 14 7 1 1 H (),() j K a k k k s p e s p π ++== =-∏ 再由双线性变换即可得到所求。 b = Columns 1 through 10 0.0001 0 -0.0007 0 0.0022 0 -0.0036 80.0108 -71.1129 52.6364 -32.2233 Columns 11 through 15 16.1673 -6.4607 1.9827 -0.4217 0.0523

>> [h,w]=freqz(b,a,100); >>subplot(211) >>h1=20*log10(abs(h)); >>plot(w/pi,h1);>>axis([0 1 -50 10]); >>subplot(212) >>plot(w/pi,angle(h))

声表面滤波器的作用和应用

声表面滤波器的作用和应用声表面滤波器它是一种滤波频率杂质的压电元件,利用压电材料的压电特性,利用输入与输出换能器（Transducer）将电波的输入信号转换成机械能,经过处理后,再把机械能转换成电的信号,以达到过滤不必要的信号及杂讯,提升收讯品质的目标. 声表面滤波器产品广泛应用于电视系列,卫星通讯,移动系统,无线传呼,计算机及报警系统等领域,其中定时器,遥控器,音响较为常用. 声表滤波器是以石英、铌酸锂或钎钛酸铅等压电晶体为基片,经表面抛光后在其上蒸发一层金属膜,通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的交叉指型的金属电极,分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器.当输入叉指换能器接上交流电压信号时,压电晶体基片的表面就产生振动,并激发出与外加信号同频率的声波,此声波主要没着基片的表面的与叉指电极升起的方向传播,故称为声表面波,其中一个方向的声波被除数吸声材料吸收,别一方向的声波则传送到输出叉指换能器,被转换为电信号输出. SAW滤波器的选频作用常规4大分类： ●⑴低通滤波器从0～f2频率之间,幅频特性平直,它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于f2的频率成分受到极大地衰减. ●⑵高通滤波器与低通滤波相反,从频率f1～∞,其幅频特性平直.它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过,而低于f1的频率成分将受到极大地衰减. ●⑶带通滤波器它的通频带在f1～f2之间.它使信号中高于f1而低于f2的频率

成分可以不受衰减地通过,而其它成分受到衰减. ⑷带阻滤波器与带通滤波相反,阻带在频率f1～f2之间.它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减,其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过. 在声表面波滤波器中,信号经过电-声-电的两次转换,由于基片的压电效应,则叉指换能器具有选频特性.显然,两个叉指换能器的共同作用,使声表面波滤波器的选频特性较为理想. 声表滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻,其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右,且能实现多种复杂的功能. SAW滤波器的特点：适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求.其不足之处是所需基片材料的价格昂贵,对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高.受基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严的影响,日本富士通、三洋电器、丰田等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了世界SAW滤波器市场.富士通公司控制了移动电话用小型射频SAW滤波器全球市场40％左右的份额,目前其年产量在1.5亿只以上,最小的产品尺寸已达到2.5mm×2mm,重22mg,集倒装式组件和专利谐振器型滤波器设计于一体,使滤波器性能突破性飞跃.三洋电器公司是世界最大的视听家电用SAW滤波器制造商之一. 帝国科技为保持其价格上的优势,公司在我国深圳设有组装厂,年产5000万只.丰田公司主要生产移动通信用SAW滤波器,可提供30多种标准型产品,均适用于表面安装.

基于MATLAB的巴特沃斯滤波器

数字信号处理课程设计 2015年 6 月25 日

目录一．设计目的： (3) 二．设计要求： (3) 三．设计内容： (4) 3.1选择巴特涡斯低通数据滤波器及双线性变换法的原因 (4) 3.2巴特沃思低通滤波器的基本原理 (4) 3.3双线性变换法原理 (5) 3.4数字滤波器设计流程图 (7) 3.5数字滤波器的设计步骤 (7) 四．用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真并分析 (9) 4.1巴特沃斯低通数字滤波器技术指标的设置 (9) 4.2用matlab实现巴特沃斯低通数字滤波器的仿真 (9) 4.3波形图分析： (12) 五.总结与体会 (13) 六．附录参考文献 (14) 2

一．设计目的：该课程设计是测控技术与仪器专业的必修课，开设课程设计的目的使学生掌握数字信号处理的基本概念和基本理论，能够利用辅助工具进行FIR和IIR数字滤波器的设计，进行一维信号的频谱分析，并进行仿真验证。加强实践教学环节，加强学生独立分析、解决问题的能力，培养学生动手能力和解决实际问题的能力，实现宽口径教育。 (1)理解低通滤波器的过滤方法。 (2)进一步熟悉低通滤波器的基本应用。 (3)用仿真工具matlab软件对设计的滤波器进行软件和硬件仿真。 (6)将对仿真结果进行比较，从而检验滤波器滤波性能的准确性。二．设计要求：地震发生时，除了会产生地震波，还会由地层岩石在断裂、碰撞过程中所发生的震动产生次声波。它的频率大约在每秒十赫兹到二十赫兹之间（可以用11Hz和15Hz的两个信号的和进行仿真，幅度可以分别设定为1、2）。大气对次声波的吸收系数很小，因此它可以传播的很远，而且穿透性很强。通过监测次声波信号可以监测地震的发生、强度等信息，因为自然界中广泛存在着各种次声波，这就对地震产生的次声波产生了干扰（可以用白噪声模拟，方差为5），需要采取一定的处理方法，才能检测到该信号，要求设计检测方案；并处理方法给出具体的软件（可以以51系列单片机、STM32F407、TMS320F28335或TMS320F6745为例）。假设地震次声波信号为x,输入x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)和伴有白噪声的合成信号，经过滤波器后滤除15Hz以上的分量，即只保留x=sin(2*π*11*t)+2*sin(2*π*15*t)的分量信号，来验证设计的滤波器是否达到了设计要求。 3

计算机组成原理第三章运算方法与运算器(含答案)

第三章运算方法与运算器 3.1定点数运算及溢出检测随堂测验 1、定点运算器可直接进行的运算是（) (单选) A、十进制数加法运算 B、定点数运算 C、浮点数运算 D、定点数和浮点数运算 2、设计计算机字长为8位，两个十进制数X = -97 ，Y = 63, [x]补- [y]补的结果为（）（单选） A、01100000 B、11011110 C、负溢出 D、正溢出 3、下列关于定点运算溢出的描述中，正确的是( ) （多选） A、补码数据表时，同号数相加可能发生溢出 B、补码数据表时，异号数相减可能发生溢出 C、参加运算的两个数，当作为有符号数和无符号数进行加法运算时，不可能两者都溢出 D、溢出检测既可用硬件实现，也可用软件实现 4、设Ｘ为被加（减）数，Ｙ为加（减）数，Ｓ为运算结果，均采用补码数据表示，下列关于溢出电路设计的描述中，正确的是（）（多选） A、采用单符号位时，直接用Ｘ、Ｙ和Ｓ的符号位就可设计溢出监测电路 B、采用双符号位时，可直接用Ｓ的双符号位设计溢出检测电路 C、采用单符号位时，可直接用Ｘ、Ｙ最高有效数据位运算后的进位位和Ｓ的进位设计溢出监测电路 D、对无符号数的加／减运算，可利用运算器的进位信号设计溢出检测电路 3.2 定点数补码加、减运算器设计随堂测验 1、如图所示为基于FA的运算器：为了利用一位全加器FA并配合使用控制信号P，当P= 0/1时实现A、B两个数的加法/减法运算，图中空白方框处电路的逻辑功能应该是（）（单选）

A、与门 B、或门 C、异或门 D、非门 2、如图所示为带溢出检测功能的运算器该电路完成的溢出检测功能是（）（多选）

声表面波滤波器技术的发展状况

声表面波滤波器技术的发展状况吴江曹亮（中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆400060） 1 引言声表面波(SAW)是一种沿物体表面传播的弹性波。SAW 技术是上世纪60年代末期才发展起来的一门新兴科学技术，它是超声学和电子学相结合的一门学科。由于可以用制造半导体的光刻技术大批量生产质量很好的SAW 芯片，各种SAW 器件很快推出并投入实际应用。用 SAW 去模拟电子学的各种功能，可使SAW 器件实现小型化和多功能，从而在雷达、通信、导航、识别和电子战等领域获得了广泛的应用。 SAW 滤波器以极陡的过度带使CATV 的邻频传输得以实现，与隔频传输相比，频谱利用率提高了一倍。电视接收机如果不采用SAW 滤波器，不可能工作得这么稳定可靠。在20世纪70年代中期，SAW 滤波器成功应用于电视机中频处理，掀起了SAW 器件的第一次应用高潮，至今每台电视机均有SAW 滤波器。进入80年代末之后，由于电子信息特别是通信产业的高速发展，为SAW 滤波器提供了一个广阔的市场空间，致使其产量和需求呈直线上升趋势。移动通信系统的发射端（TX ）和接收端（RX ）必须经过滤波器滤波后才能发挥作用，由于其工作频段一般在800MHz ～2GHz 、带宽为17～30MHz ，故要求滤波器具有低插损、高阻带抑制和高镜像衰减、承受功率大、低成本、小型化等特点。由于在工作频段、体积和性能价格比等方面的优势，SAW 滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器所望尘莫及的。20世纪90年代以来，掀起了SAW 器件的第二次应用高潮，目前每个手机上包含有2～6个SAW 滤波器，世界移动通信用小型RF SAW 滤波器每年需求约4.3亿只。随着Internet 的迅猛发展，全球上网的用户愈来愈多，但目前通过电话上网的最大缺点是带宽太窄（几十KHz ），下载速度极慢，而CATV 的网络频率资源丰富，不少商家因而均在开发基于CATV 网的宽带多媒体数据广播系统（如VOD 等），通过CATV 上网可使信息传输速度提高几十倍以上，在这些系统中都要用到高性能的SAW 滤波器来解决邻频抑制问题。另外，在汽车电子市场、无线LAN 及数字电视的传输系统中，也需要大量的中频SAW 滤波器。可见，SAW 滤波器的市场前景十分可观。除了SAW 滤波器以外通常还可使用介质滤波器、LC 滤波器等；近年来，利用体声波 (BAW ：Bulk Acousitic Wave) 的滤波器也已实现商业化了。表1所示为滤波器的种类和特征。 SAW 滤波器在1~3GHz 频段与它们存在竞争，但SAW 滤波器最大的优势是具有陡峭的频率选择性。而且，在对电极进行设计时，可以方便实现平衡或不平衡的转换设计。近年来，在原有基础之上，通过各种研究使SAW 滤波器在小型化、高频宽带化、集成化、耐高功率等方面取得了很大进展，价格进一步降低。现在，在发送、接收用滤波器基本实现了全部使用SAW 滤波器。表1、滤波器的种类和特征滤波器的种类使用的频带特征介质滤波器 300M~30GHz 高稳定性; 低损耗; 耐高功率 LC 滤波器 300M~30GHz 低价格; 低损耗 SAW 滤波器 10M~3GHz 高稳定性; 小型; 高选择度; 平衡或不平衡输入输出 BAW 滤波器 1.5G~5GHz 高稳定性; 小型; 生产成本高; 耐高功率

实验五、无限冲激响应(IIR)数字滤波器的设计

实验四、无限冲激响应(IIR)数字滤波器的设计一、实验目的 1、熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；掌握数字滤波器的计算机仿真方法。 2、掌握用Matlab软件设计流程。二、实验设备微型计算机、Matlab7.0教学版三、实验原理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，根据数字滤波器冲击响应的时域特征，可以将数字滤波器分为两种，即无限长冲击响应滤波器（IIR）和有限长冲激响应滤波器（FIR）。在MATLAB中，可以通过调用simulink中的功能模块，可以构成数字滤波器的仿真框图。在仿真过程中，双击各个功能模块，随时改变参数，获得不同状态下的仿真结果。四、实验内容（1）用fdatool设计一个IIR低通滤波器（具体参数不要求）（2）并用simulink 仿真（3）对滤波器输入一个含噪信号并能观察到滤波前后的波形（4）对结果进行分析。五、实验结果 1、Simulink仿真原理图 2、Filter参数设置

Scope Scope1

Scope2 六、实验总结通过这次实验，我熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法；掌握数字滤波器的计算机仿真方法。熟悉和了解了simulink仿真的真个过程。Simulink中各种非常有用的工具箱不仅对于设计IIR数字滤波器非常有用，而且对于整个型号仿真处理具有相当可视化的效果，从仿真的角度看，是达到了技术指标的要求。Simulink是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以处理的系统包括：线性、非线性系统：离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散时间系统。

双线性变换巴特沃斯IIR数字带通滤波器

课程名称：专业综合课程设计学生姓名：陈旋学号：10160101 专业班级：芙蓉通信1001班指导教师：朱明旱完成时间：2013年6月10日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期

IIR 数字带通滤波器 1.课程设计目的通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计IIR 数字带通滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法。掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 2.课题要求采用双线性变换法设计一数字带通滤波器，抽样频率为 kHz f s 1 ，性能要求为：通带范围从Hz 250 到Hz 400 ，在此两频率处衰减不大于dB 3,在Hz 150和 Hz 480频率处衰减不小于dB 20，采用巴特沃思型滤波器。 3.设计原理 3.1 数字滤波器介绍滤波器，顾名思义，其作用是对输入信号起到滤波作用。数字滤波器（DF ，Digital Filter ）在数字信号处理中起着重要作用。数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。数字滤波器有低通(LP ,Low pass)、高通(HP ,High Pass)、带通(BS,Band PASS)、带阻(BS,Band Stop)和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及FIR 滤波器。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语音信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。