【线性滤波逼近函数比较】结果显示每个滤波器的幅度、相位和群延迟、频率响应,并绘制了极点和零点图(Python代码实现)

本文详细比较了Butterworth、Chebyshev、Bessel和Cauer四种滤波器在滤波应用中的性能,包括幅频特性、相频特性、群延迟和极点零点图,通过Python代码实现并展示了实际应用效果。

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📋📋📋本文目录如下:🎁🎁🎁

目录

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Python代码实现


💥1 概述

线性滤波逼近函数比较

在本文中,比较了用于滤波应用的四种逼近函数(Butterworth、Chebyshev、Bessel和Cauer)的几个多项式阶数。结果显示了每个滤波器的幅度、相位和群延迟、频率响应,并绘制了极点和零点图。

本文旨在对滤波应用中常用的四种逼近函数(Butterworth、Chebyshev、Bessel和Cauer)进行多方面的比较和分析。通过对这些逼近函数在不同多项式阶数下的表现进行研究,我们得出了它们在滤波器设计中的优劣势。

在研究中,我们对每种滤波器的幅度、相位和群延迟、频率响应进行了详细的分析和比较。通过绘制出每个滤波器的极点和零点图,我们可以清晰地看到它们在频域中的特性和性能表现。

值得注意的是,我们不仅对每种逼近函数的理论性能进行了比较,还对它们在实际应用中的表现进行了验证。通过实际的滤波器设计和仿真实验,我们验证了研究结果的有效性和可靠性。

📚2 运行结果

部分代码:
 

## BODE plots
fig_hdl = 1
axes_hdl = ()

for ii in range(cant_sys):
    fig_hdl, axes_hdl = bodePlot(all_sys[ii], fig_hdl, axes_hdl)

plt.savefig('../results/bode.png')
plt.show()
## PZ Maps
fig_hdl = 2

pzmap(all_sys, fig_hdl)

plt.savefig('../results/pzmap.png')
plt.show()
## Group delay plots
fig_hdl = 3

for ii in range(cant_sys):
    fig_hdl = grpDelay(all_sys[ii], fig_hdl)

plt.savefig('../results/grpdelay.png')
plt.show()

🎉3 参考文献

文章中一些内容引自网络,会注明出处或引用为参考文献,难免有未尽之处,如有不妥,请随时联系删除。

[1]闻建刚.非线性相位FIR滤波器的优化设计及应用[D].浙江工业大学,2019.

[2]马月超.高阶线性相位开关电容滤波器设计[D].哈尔滨工业大学[2024-01-18].DOI:CNKI:CDMD:2.1014.002659.

🌈4 Python代码实现

设计切比雪夫I型滤波器的关键在于确定其阶数截止频率,选择合适的通带波纹。首先,根据需求确定滤波器的规格,包括通带阻带的频率界限、通带最大波纹( Rp )阻带最小衰减( As )。接着,使用切比雪夫多项式来计算滤波器的系数。通过使用MATLAB或Python等工具,可以实现滤波器的快速设计。 参考资源链接:[切比雪夫I型与II型滤波器解析](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/4ifmcy5dwi) 在设计过程中,幅度平方函数(也称为频率响应函数)可以通过Z变换来得到数字滤波器的离散频率响应幅度平方函数显示了滤波器的幅频特性,即在各个频率下的增益或衰减量。 相位函数描述了滤波器对信号各个频率成分的相位改变,这通常通过滤波器系数的傅里叶变换来计算。切比雪夫I型滤波器由于其等波纹特性,在通带内相位响应是非线性的。 延迟特性是指滤波器对不同频率信号成分的延迟时间,它与相位函数直接相关。延迟的非平坦特性会导致信号的时间失真,这是设计时需要考虑的一个重要指标。通过延迟分析,可以评估滤波器对信号波形的影响。 为了更好地设计分析切比雪夫I型滤波器的性能,推荐阅读《切比雪夫I型与II型滤波器解析》一文。该文详细讲解了滤波器设计的关键点,通过实际示例表展示了滤波器的频率特性,帮助工程师深入理解滤波器的工作原理设计细节。此外,文中还涉及到如何去除归一化影响,这对于确保设计的准确性非常重要。 参考资源链接:[切比雪夫I型与II型滤波器解析](https://wenku.youkuaiyun.com/doc/4ifmcy5dwi)
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