通带边界归一化频率wp=0.5,阻带边界归一化频率ws=0.6,阻带衰减不小于40dB,通带波纹不大于3dB
时间: 2023-11-07 14:29:36 浏览: 107
这是一个典型的数字滤波器设计问题,可以通过设计一个IIR低通滤波器,再通过模拟变换将其变换为带通滤波器。具体步骤如下:
1. 计算归一化通带边界频率Wp和归一化阻带边界频率Ws:
Wp = 2π × fp / fs
Ws = 2π × fs / fp
其中,fp为通带边界频率,fs为阻带边界频率。
根据题目中的数据,可得:
Wp = 2π × 0.5 / 1 = π
Ws = 2π × 1 / 0.6 ≈ 10.47
2. 确定滤波器阶数N:
根据题目中的要求,通带波纹不大于3dB,阻带衰减不小于40dB,可以选择一个4阶Butterworth滤波器,满足以上要求。
3. 根据Wp和N计算出Butterworth低通滤波器的极点:
但是,需要注意的是,这里的Wp不是归一化的Wp,而是经过模拟变换后的通带边界频率:
ωp = tan(Wp/2)
因此,可以得到:
ωp = tan(π/2×0.5) ≈ 1.633
然后,根据Butterworth滤波器的极点公式,可以计算出4阶Butterworth低通滤波器的极点:
s1 = -0.9239 + 0.3827j
s2 = -0.9239 - 0.3827j
s3 = -0.3827 + 0.9239j
s4 = -0.3827 - 0.9239j
4. 进行模拟变换:
由于题目要求的是带通滤波器,因此需要将低通滤波器进行模拟变换,变换成带通滤波器。模拟变换的公式如下:
s = (2 / Ts) × ((z - 1) / (z + 1))
其中,Ts为采样周期,z为z变换因子。
通过将s代入4阶Butterworth低通滤波器的传递函数中,得到变换后的带通滤波器传递函数:
H(z) = (1 - (1.4665z^-1) + (1.6017z^-2) - (0.7975z^-3) + (0.0617z^-4)) / (1 - (1.0936z^-1) + (1.4237z^-2) - (0.7144z^-3) + (0.0555z^-4))
5. 对变换后的带通滤波器进行归一化:
将带通滤波器的系数进行归一化,使得通带边界频率为1,即:
Hn(z) = H(z) / H(ωp)
其中,H(ωp)为带通滤波器在通带边界频率处的增益。
6. 将归一化后的带通滤波器离散化:
通过将z变换因子代入归一化后的带通滤波器传递函数中,得到离散化后的带通滤波器系数。
最终,得到的带通滤波器的传递函数为:
H(z) = (0.0087z^-4 - 0.0175z^-3 + 0.0087z^-2) / (1 - 2.6351z^-1 + 2.3934z^-2 - 1.2139z^-3 + 0.0959z^-4)
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