帶通濾波器
 | 此條目沒有列出任何參考或來源。 (2022年4月3日) |
帶通濾波器是一種可以通過一定範圍內的頻率信號，而阻止其他頻率信號通過的電子濾波器。它只允許一定範圍內的頻率信號通過，同時阻止低於和高於該範圍的頻率信號通過。大多數實際通道都具有帶通特性。因此必須透過調變來轉換低通訊息訊號的頻率，以便發射的通帶訊號的頻譜可以與頻道的帶通特性相符。
帶通濾波器通常由帶阻濾波器和帶通濾波器組成。帶阻濾波器通過阻止一定範圍內的頻率信號，而允許其他頻率信號通過。帶通濾波器則相反，只允許一定範圍內的頻率信號通過，而阻止其他頻率信號通過。
一個模擬帶通濾波器的例子是電阻-電感-電容電路（RLC circuit）。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來產生。
一個理想的濾波器應該有一個完全平坦的通帶，例如在通帶內沒有增益或者衰減，並且在通帶之外所有頻率都被完全衰減掉，另外，通帶外的轉換在極小的頻率範圍完成。實際上，並不存在理想的帶通濾波器。濾波器並不能夠將期望頻率範圍外的所有頻率完全衰減掉，尤其是在所要的通帶外還有一個被衰減但是沒有被隔離的範圍。這通常稱為濾波器的滾降現象，並且使用每十倍頻的衰減幅度dB來表示。通常，濾波器的設計儘量保證滾降範圍越窄越好，這樣濾波器的性能就與設計更加接近。然而，隨着滾降範圍越來越小，通帶就變得不再平坦—開始出現「波紋」。這種現象在通帶的邊緣處尤其明顯，這種效應稱為吉布斯現象（Gibbs phenomenon）。
除了電子學和信號處理領域之外，帶通濾波器應用的一個例子是在大氣科學領域，很常見的例子是使用帶通濾波器過濾最近3到10天時間範圍內的天氣數據，這樣在數據域中就只保留了作為擾動的氣旋。可以透過使用可變窄帶帶通濾波器來掃描感興趣的頻帶，並確定濾波器中帶頻率的能量，可用來測量功率訊號PSD或能量訊號ESD。
在頻帶較低的截止頻率fL和較高的截止頻率fH之間是共振頻率，這裡濾波器的插入損失最小，濾波器的帶寬就是fL和fH之間的差值。
類比帶通濾波器
[編輯]帶通濾波器分為兩類，窄帶和寬帶。如果上限截止頻率與下限截止頻率之比超過2，則該濾波器被視為寬帶類型。
窄帶帶通濾波器:濾波器的上限截止頻率與下限截止頻率之比約為2或更小，且不能設計為單獨的低通和高通濾波器。隨著上截止頻率與下截止頻率的比率減小，中心頻率處的損耗將會增加。
寬帶帶通濾波器:可分別設計單獨的低通和高通，然後並聯所得的低通和高通濾波器以滿足完整的帶通要求。
帶通濾波器的群延遲:當低通濾波器轉換為窄帶帶通濾波器時，延遲變換為關於中心頻率鏡像的對稱曲線。隨著頻寬從窄頻增加，延遲曲線的對稱性失真與濾波器的頻寬成正相關。
帶通濾波器的步階響應:窄帶通濾波器對中心頻率步階的響應包絡幾乎與有一半頻寬的等效低通濾波器的步階響應相同。訊號的過衝、振鈴等，都可以應用在載波包絡上
帶通濾波器的脈衝響應:窄帶帶通濾波器對中心頻率的短脈衝響應的包絡可以透過對低通脈衝響應進行去標準化來找到。如果突發寬度遠小於帶通濾波器的去標準化步階響應的上升時間，則近似是有效的。此外，中心頻率應該足夠高，可以使突發間隔期間有多週期。
有源帶通濾波器是直接根據帶通轉移函數設計的。為了從低通轉移函數獲得帶通的極點和零點，必須進行低通到帶通的變換。靈敏度可以用來衡量特定濾波器參數變化時的品質因數，或元件變化時的諧振頻率。除了因公差引起的誤差外，由於溫度、老化、濕度和其他環境條件的影響，元件會出現與其標稱值的偏差。這些變化會導致Q值和中心頻率等參數偏離設計值。
帶通濾波器的均衡方式與低通濾波器類似。首先將延遲軸乘以濾波器中心頻率來標準化延遲曲線。頻率除以f0並以rad/s表示，所有頻率標準化為中心頻率。找到一條互補曲線，並使用適當的均衡器，直到出現適當的擬合。
設計帶通濾波器的步驟:
1. 將給定的帶通濾波器需求轉換為標準化的低通格式。
2. 從標準化頻率響應曲線中選擇滿意的低通濾波器。
3 .將標準化的低通參數轉換為所需的帶通濾波器。