基于matlab的数字滤波器设计--《电子世界》2014年15期
基于matlab的数字滤波器设计
【摘要】：数字滤波器是数字信号处理的一个重要分支,它的精确度高、使用灵活、可靠性高,具有模拟设备所没有的许多优点,采用数字滤波器对信号进行处理是目前的发展方向。数字滤波器可分为IIR和FIR两大类,本文根据模拟滤波器的设计原理,提出了基于MATLAB的数字滤波器的设计与仿真,并在MATLB环境下实现了FIR数字滤波器的仿真,通过分析可知所设计的滤波器符合我所提出的技术指标。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TN713.7【正文快照】：
1.引言数字FIR(Finite Impulse Response)滤波器[1]指有限脉冲响应数字滤波器,这是一种数字型信号处理领域中应用非常广泛的基础性滤波器元件,数字FIR滤波器的特点是能够在输入具有任意幅频特性的数字信号后,保证输出数字信号的相频特性任然保持严格线性。另外FIR数字滤波器具
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基于MATLAB滤波器的设计方法
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基于MATLAB的Wiener滤波器的研究
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两个 在一定的开窗大小
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&详细说明：Matlab使用矩量法求解同轴方腔滤波器腔间耦合系数
求解两个同轴方腔在一定的开窗大小下，确定耦合系数。
首先利用矩量法求解两个同轴方腔的互电容和自电容，详细原理见参考书。
其次再由耦合系数得到两个腔体间耦合窗的大小，这在工程实践中具有很大的作用，耦合系数K的求解详见m文件。-Matlab using the method of moments coaxial cavity filter cavity coupling coefficient between the two coaxial cavity for solving a certain window size, determine the coupling coefficient. First use of moment method to solve two coaxial cavity of the mutual capacitance and self-capacitance, see the detailed principles of reference. Secondly, the coupling coefficients are then the coupling between the two cavities the size of the window, which in engineering practice has a significant role, see the solution coupling coefficient K m file.
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&[] - 准椭圆函数交叉耦合滤波器耦合系数的提取程序。利用matlab遗传算法和solvopt算法工具包。不懂使用方法可以加我qq
&[] - 微环谐振器，给定折射率和耦合系数，计算功率频及延时谱响应
&[] - 利用MATLAB编程实现用矩量法求解2次微分方程，附带MOM课件
&[] - 矩量法分析天天线（含分析原理推导，例子讲解，以及源程序）。
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&[] - 本程序主要用来在设计广义切比雪夫滤波器时，根据给定的指标要求能综合处其所需要的耦合矩阵的耦合系数，从而方便进行下一步的设计
&[] - 使用矩量法计算微带天线的特征阻抗，用户需自行更改其中的天线的几何尺寸和工作频点．第一章绪论；1.1引言；上个世纪末全球的信息产业飞速发展，随着下一代网络；集成光学对全光网络的发展起到了很重要的作用、集成；本章研究微环谐振器的基本结构，简要介绍了他的概念；1.2光微环谐振器概述；全球化的网络信息时代的进一步发展，要求传输系统有；微环谐振器结构有着许多优点，让它在VLSI一PC；光微环应用于光学滤波器的应用由来已久，早期的时候；其中，单环上
第一章 绪论
上个世纪末全球的信息产业飞速发展，随着下一代网络的开发，网络将发展到第三个世界，及服务层面上的IP世界、传递层面上的光的世界和接入面上的无线世界，在这种形势下，人们对信息量的要求日益增加，对信息传输系统带来了压力和动力。高速、高效、大容量的宽带通信网络是现代通信网络发展的趋势。光是面前人们发现最理想的信息载体，不仅速度快，而且具有很高的带宽，正满足了如今的发展趋势。但是由于目前光信号处理的困难和复杂性，一般的通信仍然只是在大容量的干线上采用光网络，借助光纤通信【1】实现大容量、超远距离的信号传输，，而要对信号进行处理时，都必须完成光信号到电信号，处理完毕后再将电信号转为光信号，这里的光―电―光转换过程极大地限制了信号的传输速度，而且很大程度上依赖与电信号的处理速度，无法完全发挥光层面上的优势。因此在如今信息爆炸的网络时代，全光网络呼之欲出，它不仅消除了光―电―光转换所需要的时间，而且能打破电传输时的瓶颈，使得光网络在通信网络的发展上有着更大的潜力，是当今通信系统的研究方向之一。
集成光学对全光网络的发展起到了很重要的作用、集成光学的概念最早是由美国Bell试验室的Milier在1969年提出【2】，其主要目的是在一个平面衬底上将各种功能的光器件集成起来，从而实现光学系统的微型化、集成化和规模化。而本论文所研究单环上下载型微环谐振滤波器的特性，可以极大地方便光通信的器件的使用，必将推动全光网络的应用。
本章研究微环谐振器的基本结构，简要介绍了他的概念和应用，其中重点介绍了作为光学滤波器的应用。
1.2 光微环谐振器概述
全球化的网络信息时代的进一步发展，要求传输系统有更高的带宽和更快的处理速度，因此利用大规模集成光路（VLSI一PCs）直接在光频上对信号处理体现了更大的优势。微环结构作为平面光路（PLC）中一种结构简单紧凑，功能多样的基本单元，有着无法比拟的优点【3】，在VLSI一PCs中被看好【4】，并成为了组成基本模块的重要器件，也有望成为构建全光通信的重要模块【5】。
微环谐振器结构有着许多优点，让它在VLSI一PCs占据了重要的地位【6】。微环谐振器体积小，结构简单，利用高折射率差的材料不仅能进一步减小尺寸，而且方便大规模集成。作为一种周期性器件，合理地设计它的周期可以实现在多波长下的多路复用的功能，能非常方便地应用于波分复用（WDM）中。谐振特性使得微环对波长条件非常敏感，因此也被应用于了各种传感器的制作上。当然由于微环的结构上的原因，对工艺带来了较高的要求，需要对环形波导和祸合区进行合理地设计并精确地制作。
光微环应用于光学滤波器的应用由来已久，早期的时候就有文献提出了光微环的滤波特性【7】。但是介于工艺上的苛刻要求，使得光微环的制作有很大的难度。随着制作工艺的迅速发展，高折射率差的材料的应用，各种先进的制作技术的出现，才使得有较好性能的微环器件的制作成为了可能。如今光微环鉴于光学滤波功能已经被大量地应用于带通滤波器【8，9】，上下路滤波器【10】，全通滤波器【11，12】，陷波滤波器【13】等的设计里。
其中，单环上下载型滤波器作为一种常见的有着重要功能的滤波器深受人们的关注。它的传输函数的幅度为1，即全通的功能，因此在利用全通滤波器处理信号的相位的时候，不会引入幅度失真。全通滤波器可以实现许多重要的功能，如:色散补偿【14】，延迟线设计【15】，线性改善【16，17】等等，在滤波器中占据着重要的地位。同时光微环谐振器可以方便地构建全通滤波器，因此研究光微环全通滤波器的构建和应用就有着重大的意义。基于光微环结构的全通滤波器继承了微环结构的各种优点，方便于大规模集成光路的发展，有很大的竞争优势。
1.3微环谐振腔的基本结构和主要研究方法
微环谐振腔基本结构为如图1-1所示的单环结构，其他复杂结构由多个单环结构并联或串联构成。仅由一条直波导和微环组成的微环谐振腔为全通型微环谐振腔（如图1-1（a））。其特点是结构比较简单，便于分析，它主要用于延迟线、缓存器、调制器等。全通型微环谐振腔加载一个上/下载波导便成为了上/下载型微环谐振腔，其功能更加强大，运用更加广泛。当前对微环谐振腔的研究普遍为上/下载型。而上/下载型波微环谐振腔又根据两信道波导的位置可分为平行信道（如图1-1（b））和竖直信道（如图1-1（c））两种结构。
图1-1微环谐振腔基本结构示意图:（a）全通型微环谐振腔；（b）为平行信道上下载
型微环谐振腔；（c）为竖直信道上下载型微环谐振腔
Fig.1-1 The Schematic diagram of basic structure of micro-ring resonators:（a）All-passmicro-（b）Add/Drop micro-ring resonators w（c）Add/Drop micro-ring resonators with vertical channel
微环谐振腔的研究主要包括材料制备、结构设计和理论分析三个方面。目前微环的制备材料主要有两大类【18】：一类是采用半导体材料【19-21】，一类是采用聚合物材料【22-24】。微环谐振腔的结构设计主要有单环、并联多环、串联多环以及微环阵列等结构。本论文主要对微环谐振腔进行理论分析，因此下面对理论分析方法详细作以介绍。
微环谐振腔特性的理论分析方法有很多种，主要包括耦合模理论【25，26】、传输矩阵法【28-30】、时域有限差分法【31，32】、特征矩阵法【33，34】、保角变换法【35】等方法。
耦合模理论是在麦克斯韦电磁场方程基础之上发展起来的分析波导光学的一种最基本的有效理论，它具有很强的物理性，但是当拓扑结构复杂时，其计算非常繁琐。
传输矩阵法是当前所有方法中运用最广泛的一种，自从2000年加州理工大学的Yariv在他的文献【36】里提出基于传输矩阵法的通用参量模型以来，其文献已经被引用200多次。其不仅能够用于研究微环谐振腔的谐振特性，也能反映偏离谐振状态时的输出特性，同时由于没有太多的近似，非常适合数值运算，而且运算速度较快，精确度也很高，非常适合于复杂拓扑结构的多微环系统的研究。
数值的时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）是通过对电磁场E和H分量在空间和时间上交替抽样构成显式差分方程，然后通过迭代进行计算。该方法虽然精度比较高，但是必须考虑研究对象的几何参数，材料参数，而且计算比较复杂，时间比较长。
Maryland大学的Chen等人在2004年提出了一种分析多微环系统的特征矩阵法，该方法利用光传播不同路径间的递归关系推导出所有路径的传输函数，然后总传输函数等于上述不同路径传输函数的和。另外，保角变换法也是人们经常使用的分析微环谐振
腔特性的一种方法。这种方法最初是用于分析弯曲波导的模式上，后来才被人们用到了微环波导结构中来研究微环谐振腔的模态场。
本论文要介绍的方法――信号流程图理论（Signal Flow Graph,SFG），是一种新颖的计算方法。它最早是S.J.Mason提出来的【37】，起初是用来描述电信号系统中信号的传递和变换关系的一种图解方法。由于他使用符号比较简单，绘制容易，运用方便，能形成清晰的物理图像。而且利用梅森增益公式可以直接从信号流程图定出系统的传递函数，避免繁琐的数学运算，因此近年来逐渐被用于光学信号传输系统的研究。
1.4本论文的研究内容
通过对微环谐振器的介绍，我们了解到光学微环器件由于其结构简单而且便于制作，特别是利于集成的特点，更使其具有广阔的应用前景。以往对微环谐振器的研究主要集中在色散补偿和滤波方面，并且在研究其传输特性时都是假设光在微环中传输时是没有损耗的。实际上当光在微环波导中传输时会发生吸收损耗和微环的弯曲损耗，这些损耗不仅改变了微环的色散特性，而且使输出的信号失真而且影响了微环谐振器的传输特性。所以忽略微环中的损耗来研究微环谐振器的特性不仅太片面而且过于理想化。目前国内外对带有增益的微环谐振器的研究还不够全面，所以本论文主要研究带有增益的微环谐振器阵列的输出谱和色散谱，我们通过在微环中注入增益以及改变增益的强弱和增益发生的位置来补偿微环中的损耗从而观察微环谐振器传输特性的变化，利用matlab软件编写程序，模拟输出结果，归纳增益因子对不同微环结构输出特性的影响。通过对微环谐振器增益特性的研究，不仅能对微环波导的传输性能了解更加全面，也能为微环谐振器应用的扩展打下基础。
第2章 信号流程图理论及其应用
前一章已经简要介绍了研究微环谐振腔的几种主要的理论方法。这一章我们首先简要阐述本论文所用到的理论分析方法――信号流程图法（SFG）。然后，利用这种方法推导单环上下载型微环谐振腔的功率传递函数表达式，并分析微环谐振腔的输出光谱特性，以及微环谐振腔的谐振条件，以此作为后面进一步研究单环上下载型微环谐振滤波器的传输特性。
2.2信号流程图理论简介
控制系统中信号传递和变换关系的一种图解描述。信号流程图实质上是描述系统变量间关系的数学方程的图形表示。任何线性或非线性的数学方程都可以用信号流程图来表示。这种方法使的系统中各变量间关系通过图示显现出来了，而且利用梅森增益公式可以直接从信号流程图求出系统的传递函数，避免了繁琐的数学运算，因此近年来被人们广泛应用于分析各类光学器件的性质。
2.3信号流程图的组成
信号流程图可以定义为用线图结构来描述线性方程组变量间的因果关系的一种图示。在信号流程图中，用称之为结点的小圆点表示系统中的变量。结点之间的因果关系则用称之为支路的有向线段来表示，支路的起点为因，终点为果，支路的方向表示信号传输的方向。同时支路上还标注出了被连接的两个结点之间的增益，这个增益值实际上就是它们之间的因果关系。因此，每一个信号变量就等于所有指向该变量的支路的起点变量和其相应支路上的增益乘积之和。例如对于单环上下载型的微环谐振腔的传输系统（图2-1(a)），根据Yariv的通量模型其信号流程图可表示为如图2-1(b)所示。
包含各类专业文献、专业论文、行业资料、外语学习资料、中学教育、应用写作文书、文学作品欣赏、56单环上下载型微环谐振滤波器传输特性的分析等内容。　
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