
- •Лекция 13
- •Здесь t - шаг дискретизации, который связан с частотой Найквиста F формулой.
- •Значок « d » относится к дискретному фильтру, а значок « a »
- •Поэтому можно говорить только о приближенном совпадении частотных характеристик дискретного и аналогового фильтров.
- •На втором рисунке частота Найквиста в три раза больше, она
- •Поэтому условие (6) в полосе пропускания выполняется лучше, отсюда неплохое совпадения АЧХ дискретного
- •Однако, хорошее совпадение частотных характеристик дискретного и аналогового фильтров при малых частотах в
- •Красный цвет – АЧХ аналогового фильтра , синий цвет - АЧХ
- •Геометрические свойства билинейного преобразо
- •Для любой точки в левой полуплоскости комплексной
- •В дроби (16) числитель меньше знаменателя, поэтому дробь (16) меньше единицы. Отсюда получаем
- •Другими словами, точки мнимой оси комплексной
- •Далее вспоминаем, что условием устойчивости дискретного фильтра. Дискретный фильтр является устойчивым фильтром, если
- •Метод инвариантной импульсной характерист
- •Схему синтеза дискретного фильтра можно представить в следующем виде.
- •На самом деле, чтобы получить частотную характеристику Kd ( ) дискретного фильтра по
- •Здесь S(f) – спектр непрерывного сигнала, SD( f ) - спектр
- •Вспомним из прошлой лекции, как выражаются частотные характеристики аналогового и дискретного фильтров через
- •Если импульсную характеристику аналогового фильтра рассматривать как непрерывный сигнал, а импульсную характеристику дискретного
- •Частотные характеристики аналоговых фильтров, которые мы рассмотрели выше, были нормированы на единицу. Дальше
- •Формулы (25), (26) являются основными в методе
- •На следующем рисунке частота Найквиста выбрана в два раза большей 48 кГц .
- •Синтез нерекурсивных фильтров с использование
- •Поэтому передаточная функция нерекурсивного фильтра имеет следующий вид.
- •Кроме того, элементы импульсной характеристики h(n) совпадают с коэффициентами bn основного уравнения фильтра.
- •Таким образом, если мы имеем нерекурсивный фильтр порядка N, и нам известна импульсная
- •Увеличение порядка фильтра N означает увеличение электрических элементов в конструкции фильтра. Поэтому N
- •Метод окон является одним их таких методов синтеза нерекурсивных фильтров.
- •На рисунке показан график спектра.
- •Так как мы собираемся рассматривать действительные сигналы (импульсные характеристики), то спектр, как известно,
- •На рисунке показан график расширенного спектра.
- •Подставляем (35) в интеграл (32), интегрируем и получаем элементы дискретного сигнала
- •Для удобства мы положили множитель в (35) равным.
- •На следующем рисунке показаны значения усеченного сигнала.
- •Этот усеченный дискретный сигнал подставляем в ряд Фурье (32), который теперь является конечной
- •На горизонтальной оси выводится частота в единицах
- •Теперь нам надо связать дискретный сигнал с импульсной характеристикой фильтра, а спектр дискретного
- •Тогда частотная характеристика фильтра и спектр дискретного сигнала будут связаны соотношение.
- •Весовые функции, окна
- •Весовая функция прямоугольного окна имеет вид.
- •Это преобразование будем обозначать следующим символом.
- •Импульсная функция фильтра будет находится из нового ограниченного дискретного сигнала.
- •войства некоторых популярных весовых функци
- •Треугольное окно
- •Весовая функция треугольного окна
- •Спектр треугольного окна. Уровень бокового лепестка
- •Применим треугольное окно для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка.
- •Окно Бартлетта
- •w( n ) Bartlett
- •S( f ) Bartlett
- •Применим окно Бартлетта для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Ханна
- •w( n ) Hann
- •S( f ) Hann
- •Применим окно Ханна для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Хэмминга
- •w( n ) Hamming
- •S( f ) Hamming
- •Применим окно Хэмминга для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Блэкмена
- •w( n ) Blackman
- •S( f ) Blackman
- •Применим окно Блэкмена для синтеза дискретного ФНЧ 32
- •Окно Кайзера
- •w( n ) Kaiser
- •S( f ) Kaiser
- •Применим окно Кайзера для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем
- •Окно Чебышева
- •w( n ) Chebyshev
- •S( f ) Chebyshev
- •Применим окно Чебышева для синтеза дискретного ФНЧ 32 порядка. Результат показан на следующем

Применим окно Ханна для синтеза дискретного ФНЧ 32
порядка. S( f ) Hann window
0 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
1000 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
|
|
|
f/F |
|
|
Здесь результат получился лучше, чем для треугольного окна и |
|||||
окна Бартлетта, так уровень первого бокового лепестка в полосе |
|||||
задерживания равен –44 дБ. |
|
|
61 |

Окно Хэмминга
Отсчеты окна Хэмминга рассчитываются по формуле
w(k) 0.54 |
|
k 1 |
|
, 1 k n |
|
|
0.46 cos 2 |
|
|
|
(55) |
||
|
|
n 1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
На рисунках показаны весовая функция окна Хэмминга, и ее спектр.
62

w( n ) Hamming
0.15 |
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
0.05 |
|
|
|
|
00 |
5 |
10 |
15 |
20 |
63

S( f ) Hamming
0 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
800 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
f/F |
|
|
|
Уровень бокового лепестка составляет –40 дБ. |
64 |
||
|
|
|
|

Применим окно Хэмминга для синтеза дискретного ФНЧ 32
порядка. |
S( f ) Hamming window |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
800 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
|
|
|
|
f/F |
|
|
|
Окно Хэмминга дает еще лучший результат, так уровень первого |
||||||
бокового лепестка в полосе задерживания равен –53.6 дБ. |
65 |

Окно Блэкмена
Отсчеты окна Блэкмена рассчитываются по формуле .
w(k) 0.42 |
|
2 |
|
k 1 |
|
|
4 |
k 1 |
, |
(55) |
|
0.5 cos |
|
|
0.08 cos |
|
|
||||||
|
|
|
|
n 1 |
|
|
n 1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 k n
На рисунках показаны весовая функция окна Блэкмена, и ее спектр.
66

w( n ) Blackman
0.15
0.1
0.05
00 |
5 |
10 |
15 |
20 |
67

S( f ) Blackman
0 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
1000 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
f/F |
|
|
|
Уровень бокового лепестка составляет –58 дБ. |
68 |
||
|
|
|
|

Применим окно Блэкмена для синтеза дискретного ФНЧ 32 |
|||||
порядка. |
|
S( f ) Blackman window |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
1000 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
|
|
|
f/F |
|
|
Окно Блэкмена дает лучший результат чем окно Хэмминга, так |
|||||
уровень первого бокового лепестка в полосе задерживания |
|||||
равен –75.3 дБ. Правда окно Хэмминга дает более узкую |
|||||
переходную полосу между полосой пропускания и полосой |
|||||
задерживания. |
|
|
|
|
69 |

Окно Кайзера
Отсчеты окна Кайзера рассчитываются по формуле :
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 |
|
1 |
|
2k n 1 |
|
2 |
(56) |
||||||||
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
w(k) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
1 k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I0 ( ) |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь I0 (z) - модифицированная функция Бесселя первого рода
нулевого порядка. Параметр может меняться от 0 до , но на практике используются значения от 4 до 9.
На рисунках показаны весовая функция окна Кайзера, и ее спектр для =9 .
70