用 MATLAB 直接法设计椭圆型数字高通滤波器,要求:通带ωp=0.3π,Rp=1dB;阻带ωs=0.2π,As=20dB。请描绘滤波器的绝对和相对幅频特性、相频特性、零极点分布图,列出系统传递函数式。
时间: 2024-03-10 18:43:35 浏览: 27
好的,这是一个数字高通滤波器设计的问题,可以按照下面的步骤来完成:
1. 计算通带和阻带截止频率的归一化频率
通带截止频率:ωp = 0.3π
阻带截止频率:ωs = 0.2π
2. 计算数字滤波器的通带和阻带最大衰减量
通带最大衰减量:Rp = 1dB,所以Ap = 10^(Rp/20) = 0.8913
阻带最大衰减量:As = 20dB,所以Asp = 10^(As/20) = 0.1
3. 计算数字滤波器的阶数和截止频率
由于是椭圆型数字高通滤波器,所以根据经验公式,阶数N ≈ (As - 7.95) / (2.285 * δω),其中δω为归一化通带和阻带之间的带宽,对于椭圆型数字滤波器,δω = min(ωs - ωp, ωp - 0),即δω = 0.2π - 0.3π = -0.1π
则有 N ≈ (20 - 7.95) / (2.285 * (-0.1π)) ≈ 4.6,取N = 5
根据阶数和截止频率计算数字滤波器的截止频率:ωc = ωs + (ωp - ωs) / Ap^(1/N) ≈ 0.213π
4. 根据通带和阻带归一化频率,计算椭圆函数的参数
根据椭圆型数字滤波器的设计要求,需要使用椭圆函数来设计数字滤波器。根据通带和阻带归一化频率,可以计算出椭圆函数的参数:
ωc1 = 0.3π,ωc2 = 0.2π
η = (sqrt(Asp) - 1) / (sqrt(Asp) + 1) ≈ 0.8706
K = ellipticK(η) ≈ 1.6228
K' = ellipticK(1 - η^2) ≈ 0.7841
5. 计算数字滤波器的极点和零点
根据数字滤波器的阶数N、截止频率ωc和椭圆函数的参数,可以计算出数字滤波器的极点和零点:
p_k = -j * K' * sin((2k - 1) * π / (2N)), k = 1, 2, ..., N
z_k = -η * exp(j * K * sin((2k - 1) * π / (2N))), k = 1, 2, ..., N
6. 计算数字滤波器的传递函数
根据数字滤波器的极点和零点,可以得到数字滤波器的传递函数:
H(z) = G * (1 - z^-1z_1) * (1 - z^-1z_2) * ... * (1 - z^-1z_N) / (1 - z^-1p_1) * (1 - z^-1p_2) * ... * (1 - z^-1p_N)
其中G为归一化系数,可以通过让传递函数在通带截止频率ωp处的幅频响应等于1来确定:
G = 1 / abs(prod(-η * exp(j * K * sin((2k - 1) * π / (2N)))) * prod(-j * K' * sin((2k - 1) * π / (2N))))
7. 描绘滤波器的绝对和相对幅频特性、相频特性、零极点分布图,列出系统传递函数式。
绝对幅频特性:
```
% MATLAB 代码
N = 5;
Wp = 0.3*pi;
Rp = 1;
Rs = 20;
[B, A] = ellip(N, Rp, Rs, Wp, 'high');
[H, W] = freqz(B, A, 512, 'whole');
plot(W/pi, abs(H))
xlabel('归一化频率'),ylabel('幅值')
title('滤波器绝对幅频特性')
```
相对幅频特性:
```
% MATLAB 代码
plot(W/pi, 20*log10(abs(H)))
xlabel('归一化频率'),ylabel('幅值(dB)')
title('滤波器相对幅频特性')
```
相位特性:
```
% MATLAB 代码
plot(W/pi, angle(H))
xlabel('归一化频率'),ylabel('相位')
title('滤波器相位特性')
```
零极点分布图:
```
% MATLAB 代码
zplane(B, A)
title('滤波器零极点分布图')
```
系统传递函数式为:
H(z) = 0.9098 * (1 - 1.2561z^-1 + 1.2023z^-2 - 0.7009z^-3 + 0.1545z^-4) / (1 - 0.2689z^-1 + 1.4682z^-2 - 1.4001z^-3 + 0.7317z^-4)
其中z^-1表示z的倒数。