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滤波器的分类及特点

滤波器的分类及特点
滤波器的分类及特点

滤波器的分类

按元件分类,滤波器可分为:有源滤波器、无源滤波器、陶瓷滤波器、晶体滤波器、机械滤波器、锁相环滤波器、开关电容滤波器等。

按信号处理的方式分类,滤波器可分为:模拟滤波器、数字滤波器。

按通频带分类,滤波器可分为:低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。

除此之外,还有一些特殊滤波器,如满足一定频响特性、相移特性的特殊滤波器,例如,线性相移滤波器、时延滤波器、音响中的计杈网络滤波器、电视机中的中放声表面波滤波器等。

按通频带分类,有源滤波器可分为:低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(BEF)等。

按通带滤波特性分类,有源滤波器可分为:最大平坦型(巴特沃思型)滤波器、等波纹型(切比雪夫型)滤波器、线性相移型(贝塞尔型)滤波器等。

按运放电路的构成分类,有源滤波器可分为:无限增益单反馈环型滤波器、无限增益多反馈环型滤波器、压控电源型滤波器、负阻变换器型滤波器、回转器型滤波器等。

有源滤波器的特点及分类

1.有源滤波器的特点

有源滤波器的频率范围是由直流到500KHZ,在低频范围内已取代了传统的

LC滤波器。特别是在很低频率下不可能实现LC滤波器,但有源滤波器却能给

出满意的结果。

1、有源滤波器它的输入阻抗高,输出阻抗极低,因而具有良好的隔离性能,

所以各级之间均无阻抗匹配的要求。

2、易于制作截止频率或中心频率连续可调的滤波器且调整容易。

3、如果使用电位器、可变电容器,有源滤波器的频率精度易于达到0.5%。

4、不用电感器,体积小、重量轻,在低频情况下,这种优点就更极为突出。

5、设计有源滤波器比设计LC滤波器具灵活性,也可得到电压增益。

但是应当注意,有源滤波器以集成运放作有源元件,所以一定要电源,输入

小信号时受运放带宽有限的限制,输入大信号时受运放压摆率的限制,这就决定

了有源滤波器不适用于高频范围。目前实用范围大致在100KHZ以内,另一方

面,在频率高于100KHZ时,无源滤波器的性能却比有源滤波器的好,当频率

高于10MHZ时,无源滤波器则更显得优越。

2.有源滤波器按通带性能的分类

像无源滤波器一样,按通带性能划分有图5.1-1所示的四种类型。即低通滤波器(LPF)高通滤波器(HPF),带通滤波器(BPF),和带阻滤波器(BEF)。以上四种滤波器,又统称为选频滤波器。

除了选频滤波器之外,还有以相位响应为主要特性的其他一些滤波器,如全通滤波器。它的输出幅度在全频城内是恒定不变的,但输出信号对输入信号的相移却是频率的函数。因此全通滤波器也称为相移滤波器。其幅频响应和相频响应如图4.4-41所示。

3.有源滤波器以传输特性分类

(1)最平通带“巴特沃斯”响应

巴特沃斯滤波器的特点是在通带以内幅频曲线的幅度最平坦,由通带到阻带衰减陡度较缓,截止频率以后的衰减速率为6MDB/倍频程,相频特性是非线性的。对阶跃信号有过冲和振铃现象。巴特沃斯滤波器是一种通用型滤波器,又称为最平幅度滤波器,巴特沃斯低通滤波器特性如图5.4-42所示。

(2)通事等波纹“切比雪夫”响应

切比雪夫滤波器的特点是在通带内,具有相等的波纹。截频衰减陡度比同阶数巴特沃斯特性更陡度比同阶数程时的衰减就超过6NDB。在阶数N一定时,波纹越大,截频衰减陡度越陡。相位响应也是非线性,但较之比巴特沃斯为差。切比雪夫低通滤波器特性如图5.4-43所示。

(3)延迟平坦“贝塞尔”响应

贝塞尔滤波器的特点是延时特性最平坦,幅频特性最平坦区较小,从通带到阻带衰减缓慢。贝塞尔滤波器的幅频特性比巴特沃斯或切比雪夫滤波器差,但从图5.4-44看出,贝塞尔滤波器的相位特性要好得多。贝塞尔滤波器又称为线性相移或恒定延时滤波器。

(4)通阻带等波纹“椭圆函数”响应

椭圆函数滤波器的特点是在通带和阻带内均出现相等的纹波。图5.4-45示出了椭圆函数低通滤波器响应的幅频特性曲线阻带纹波的出现使椭圆函数滤波器获得了从通事到阻带的最大的衰减速率。若给定滤波器的阶数N,椭圆函数滤波器较其他类型的滤波器具有最陡的截频衰减陡度。但它的延时特性不如前三种

好。图5.4-46对上述四种低通滤波器的截频衰减陡度进行了比较。椭圆函数滤波器又称考尔滤波器。

4.有源滤波器按传输函数的极、零点分类

(1)全极点型滤波器

以上介绍的巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔等三种滤波器,它们的共同特点是传递函数的零点在无限频处。也就是说,这些滤波器只有在无限频处才能给出无穷大的衰减,称之为全极点滤波器。

(2)非全极点滤波器

如椭圆函数滤波器和反切比雪夫滤波器的共同特点是传递函中既含零点也含极点、这样就能在限频处获得无穷大的衰减。以上两种滤波器均是非全极点滤波器。上述滤波器均是非全极点滤波器。

上述滤波器,它们各有特点,在实际应用中,应该根据实际要求来选择滤波器的类型。

如果要求通带响应平坦,对截频衰减陡度要求不太高,阶跃响应允许有过冲的话,则应采用巴特沃斯滤波器。若对幅度平坦性要求不严,而对截止频衰减陡度要求较高的情况,应采用切比雪夫滤波器。而对那此在不失真地再现信号这一要求比衰减特性更重要的场合下,则应采用贝塞尔滤波器。由于椭圆滤波器比其他类型滤波器,才使用椭圆滤波器。对于中等程度要求的滤波器来说,全极点滤波器是完全能满足要求的。

在电源设计中,滤波电容的选取原则是:C≥2.5T/R其中:C为滤波电容,单位为UF;T为频率,单位为Hz;R为负载电阻,单位为Ω。当然,这只是一般的选用原则,在实际的应用中,如条件(空间和成本)允许,都选取C≥5T/R。

滤波器主要参数与特性指标

滤波器的主要参数(Definitions): 中心频率(Center Frequency):滤波器通带的频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。 截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。 通带带宽(BWxdB):指需要通过的频谱宽度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准,下降X(dB)处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽(fractional bandwidth)=BW3dB/f0×100[%],也常用来表征滤波器通带带宽。 插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。 纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。 带内波动(Passband Riplpe):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。 带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR<1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1 BWdBBWdBdiv>

射频低通滤波器设计示例

射频电路设计示例 设计任务: 用两种方法设计一个输入、输出为50Ω的低通滤波器,滤波器参数为: (1) 截止频率为3Ghz (2) 在通带内,衰减小于3dB (3) 在通带外,当归一化频率为2时,损耗不小于50dB (4) 相速为光速的60% 设计要求: (1)画出滤波器的电路图。 (2)用微带线实现上述的功能,并画出微带线的结构尺寸。 (3)画出0--3.5Ghz 的衰减曲线。 (4)给出设计的源代码本,利用具体软件(如Matlab, MW- office, ADS 、HFSS 、IE3D 等)操作方法及步骤。 方法一: 切比雪夫滤波器设计: Step1: 画出滤波器的电路图。由课本(p151)知滤波器阶数应为N=5。归一化参数为:g g 514817.3==,g g 427618.0==,5381.43=g 集中参数为:4817 .35 1 == C C ,5381 .43 =C ,2296 .14 2 == L L 图1 归一化5阶低通滤波器电路原理图 Step2:将集中参数变换成分布参数(Richards 变换:电感用短路线代,电容用开路线代): g Y Y 1 51 = =,g Z Z 2 4 2 = = ,g Y 3 3 = 。

图2 (O.C =开路线,S.C=短路线) Step3:将串联线段变为并联线段—Kuroda 规则(P162表5.6)。首先在滤波器的输入、输出端口引入两个单位元件。 因为单位元件与信号源及负载的阻抗都是匹配的,所以到入它们并不 影响滤波器的特性。对第一个并联的短线和最后一个并联短线应用Kuroda 规则-1后得: 2872.12872.014817 .3112 1 =+=+ == N N , 2231.02872.14817.31 ' ' 2 1 =?= = Z Z UE UE 7769.02872 .1151=== ' ' Z Z S S

滤波器基本原理、分类、应用

滤波器原理 滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中,利用滤波器的这种选频作用,可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。 广义地讲,任何一种信息传输的通道(媒质)都可视为是一种滤波器。因为,任何装置的响应特性都是激励频率的函数,都可用频域函数描述其传输特性。因此,构成测试系统的任何一个环节,诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等,都将在一定频率范围内,按其频域特性,对所通过的信号进行变换与处理。 本文所述内容属于模拟滤波范围。主要介绍模拟滤波器原理、种类、数学模型、主要参数、RC滤波器设计。尽管数字滤波技术已得到广泛应用,但模拟滤波在自动检测、自动控制以及电子测量仪器中仍被广泛应用。带通滤波器 二、滤波器分类 ⒈根据滤波器的选频作用分类 ⑴低通滤波器 从0~f2频率之间,幅频特性平直,它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过,而高于f2的频率成分受到极大地衰减。 ⑵高通滤波器 与低通滤波相反,从频率f1~∞,其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过,而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 ⑶带通滤波器 它的通频带在f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过,而其它成分受到衰减。 ⑷带阻滤波器 与带通滤波相反,阻带在频率f1~f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减,其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。 推荐精选

低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种最基本的形式,其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器,例如:低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器,低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。 低通滤波器与高通滤波器的串联 低通滤波器与高通滤波器的并联 ⒉根据“最佳逼近特性”标准分类 ⑴巴特 沃斯滤波 器 从幅频特 性提出要 求,而不 考虑相频 特性。巴 特沃斯滤 波器具有最大平坦幅度特性,其幅频响应表达式为: ⑵切比雪夫滤波 器 推荐精选

有源滤波器设计实例

有源滤波器设计任务书 一、设计目的 1. 熟悉二阶有源滤波电路幅频特性和相频特性。 2. 掌握二阶有源滤波电路的快速设计方法。 3. 掌握二阶有源滤波电路的调试及其幅频特性和相频特性的测试方法。 二、使用仪器与器材 信号发生器;双线示波器;万用表;直流稳压源;实验电路板;元器件若干。 三、设计任务 图中所示为无限增益多路反馈电路的一般形式,请选择适当类型无源元件Y1~Y5,以构成低通滤波器和高通滤波器 1. 请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫低通滤波器,通带增益Kp=2,截止频率fc=5kHz,画出电路图。 2. 请设计一个二阶1dB无限增益多路反馈切比雪夫高通滤波器,通带增益Kp=2 截止频率fc=2kHz,画出电路图。 ● 以上工作请在实验课前完成。写在实验报告中。 四、设计步骤 1. 按设计所确定的电路参数,在实验接插板上放入器件,连接低通滤波器(注意连接可靠,正确) 2.将信号发生器的输出信号电压幅值调到1V,接入低通滤波器的输入端,并调整信号源的频率,在低通滤波器输出端测量所对应的幅值。(可用示波器或交流毫伏表测试,并计录输入频率值和所对应的输出幅值,测量10~12 点。) 3.用示波器李沙育图形测试低通滤波器的相频特性,测量10~12 点。 4.进行高通滤波器的电路连接及幅频特性和相频特性测试。测试方法同上。

五、设计报告要求与思考题 1. 复习并掌握滤波器的工作原理,设计方法及应注意问题。 2. 画出所设计的低通滤波器、高通滤波器的电路图。并注明元件参数。 3. 画出幅频特性与相频特性测试原理图,说明测试方法与步骤。 4. 以表格形式分别给出低通滤波器与高通滤波器的幅频特性与相频特性测试数据,并画出其特性曲线。 5. 如果将低通滤波器与高通滤波器相串联,得到什么类型的滤波器,其通带与通带增益各为多少?画出其特性曲线。也可在实验中予以观测和证实。 6. 为构成所得类型的滤波器,对低通滤波器与高通滤波器的特性有无特 定要求。二者哪个在前有无关系? 附录: 1.几种滤波器原理图、幅频特性

自适应滤波器介绍及原理

关于自适应滤波的问题: 自适应滤波器有4种基本应用类型: 1) 系统辨识:这时参考信号就是未知系统的输出,当误差最小时,此时自适应滤波器就与未知系统具有相近的特性,自适应滤波器用来提供一个在某种意义上能够最好拟合未知装置的线性模型 2) 逆模型:在这类应用中,自适应滤波器的作用是提供一个逆模型,该模型可在某种意义上最好拟合未知噪声装置。理想地,在线性系统的情况下,该逆模型具有等于未知装置转移函数倒数的转移函数,使得二者的组合构成一个理想的传输媒介。该系统输入的延迟构成自适应滤波器的期望响应。在某些应用中,该系统输入不加延迟地用做期望响应。 3) 预测:在这类应用中,自适应滤波器的作用是对随机信号的当前值提供某种意义上的一个最好预测。于是,信号的当前值用作自适应滤波器的期望响应。信号的过去值加到滤波器的输入端。取决于感兴趣的应用,自适应滤波器的输出或估计误差均可作为系统的输出。在第一种情况下,系统作为一个预测器;而在后一种情况下,系统作为预测误差滤波器。 4) 干扰消除:在一类应用中,自适应滤波器以某种意义上的最优化方式消除包含在基本信号中的未知干扰。基本信号用作自适应滤波器的期望响应,参考信号用作滤波器的输入。参考信号来自定位的某一传感器或一组传感器,并以承载新息的信号是微弱的或基本不可预测的方式,供给基本信号上。 这也就是说,得到期望输出往往不是引入自适应滤波器的目的,引入它的目的是得到未知系统模型、得到未知信道的传递函数的倒数、得到未来信号或误差和得到消除干扰的原信号。 1 关于SANC (自适应消噪)技术的问题 自适应噪声消除是利用winer 自适应滤波器,以输入信号的时延信号作为参考信号来进行滤波的,其自适应消噪的原理说明如下: 信号()x n 可分解为确定性信号分量()D x n 和随机信号分量()R x n ,即: ()()()D R x n x n x n =+ (1.1) 对于旋转机械而言,确定性信号分量()D x n 通常可表示为周期或准周期信号分量()P x n ,即: ()()()P R x n x n x n =+ 1.2 对信号()x n 两个分量()P x n 和()R x n ,有两个基本假设: (1) ()P x n 和()R x n 互不相关; (2) ()P x n 和()R x n 的自相关函数具有下述特性:()0P P x x R m ≈, N m M ≥;()0R R x x R m ≈,B m M ≥;

滤波器的主要参数

滤波器的主要参数 滤波器的主要参数(Definitions) 中心频率(Center Frequency):滤波器通带的中心频率f0,一般取f0=(f1+ f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。 截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。 通带带宽(BWxdB):(下图)指需要通过的频谱宽度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准,下降X(dB)处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽(fractional bandwidth)=BW3dB/f0×100%,也常用来表征滤波器通带带宽。 插入损耗(Insertion Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。 I=10lgPin/Pl

纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰-峰值。 带内波动(Passband Riplpe):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。 带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR <1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。 回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于|20Log10ρ|,ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。 阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法为fs处衰减量As-IL;另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数(KxdB>1),KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可

低通滤波器工作原理和应用实例

低通滤波器工作原理和应用实例 低通滤波器容许低频信号通过, 但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。 高通滤波器则相反, 而带通滤波器则是高通滤波器同低通滤波器的组合. 低通滤波器概念有许多不同的形式,其中包括电子线路(如音频设备中使用的hiss 滤波器、平滑数据的数字算法、音障(acoustic barriers)、图像模糊处理等等。低通滤波器在信号处理中的作用等同于其它领域如金融领域中移动平均数(moving average)所起的作用;这两个工具都通过剔除短期波动、保留长期发展 趋势提供了信号的平滑形式。 低通滤波器实例 RC 电路实现的一个低通电子滤波器 一个固体屏障就是一个声波的低通滤波器。当另外一个房间中播放音乐时,很容易听到音乐的低音,但是高音部分大部分被过滤掉了。类似的情况是,一辆小汽车中非常大的音乐声在另外一个车中的人听来却是低音节拍,因为这时封闭的汽车(和空气间隔)起到了低通滤波器的作用,减弱了所有的高音。 电子低通滤波器用来驱动重低音喇叭(subwoofer)和其它类型的扩音器、并且阻塞它们不能有效传播的高音 节拍。 无线电发射机使用低通滤波器阻塞可能引起与其它通信发生干扰的谐波发射。 DSL分离器使用低通和高通滤波器分离共享使用双绞线的DSL和POTS信号。 低通滤波器也在如Roland公司这样的模拟合成器(synthesiser)合成的电子音乐声音处理中发挥着重要 的作用。参见subtractive synthesis. [编辑] 理想与实际滤波器一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。实际上的转换区域也不再存在。一个理想的低通滤波器可以用数学的方法(理论上)在频域中用信号乘以矩形函数得到,作为具有同样效果的方法,也可以在时域与sinc函数作 卷积得到。 然而,这样一个滤波器对于实际真正的信号来说是不可实现的,这是因为sinc函数是一个延伸到无穷远处的函数(extends to infinity),所以这样的滤波器为了执行卷积就需要预测未来并且需要有过去所有的数据。对于预先录制好的数字信号(在信号的后边补零,并使得由此产生的滤波后的误差小于量化误差)或 者无限循环周期信号来说这是可实现的。 实时应用中的实际滤波器通过将信号延时一小段时间让它们能够“看到”未来的一小部分来近似地实现理想滤波器,这已为相移所证明。近似精度越高所需要的延时越长。 采样定理(Nyquist-Shannon sampling theorem)描述了如何使用一个完善的低通滤波器和奈奎斯特-香农插值公式从数字信号采样重建连续信号。实际的数模转换器都是使用近似滤波器。 [编辑] 电子低通滤波器 一阶滤波器的频率响应

滤波器的种类、作用、原理

滤波器的种类、作用、原理 一、概述 1.定义 凡是可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器,相当于频率“筛子”。 2.分类 幅频特性如下

频率通带:能通过滤波器的频率范围 频率阻带:被滤波器抑制或极大地衰减的信号频率范围。 截止频率:通带与阻带的交界点。 2)按物理原理分:机械式、电路式 按处理信号分:模拟、数字 3.滤波器的作用 1)将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比; 2)滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度; 3)从复杂频率成分中分离出单一的频率分量 。 二、理想滤波器与实际滤波器 1.理想滤波器的频率特性 理想滤波器:使通带内信号的幅值和相位都不失真,阻喧内的频率成分都衰减为零的滤波器,其通带和阻带之间有明显的分界线。 如理想低通滤波器的频率响应函数为

理想滤波器实际上并不存在。 2.实际滤波器 实际滤波器的幅频特性如下图所示 实际滤波器的特性需要以下参数描述: ①信频程选择性: 与上、下截止频率处相比,频率变化一倍频程时幅频特性的衰减量,即 信频程选择性总是小于等于零,显然,计算信量的衰减量越大,选择性越好。 ②滤波器因素:-60dB处的带宽与-3dB处的带宽之比值,即 ③分辨力:即分离信号中相邻频率成分的能力,用品质因素Q描述。

3.实际带通滤波器的形式 ①恒定带宽带通滤波器:B=常量,与中心频率f0无关。 ②恒定百分比带通滤波器: 在高频区恒定百分比带通滤波器的分辨率比恒定带宽带通滤波器差。 三、RC无源模拟式滤波器 1.一阶RC低通滤波器

2.一阶高通滤波器

滤波器的主要参数概念介绍

滤波器的主要参数概念介绍 滤波器的主要参数(DefiniTIons) 1. 中心频率(Center Frequency):滤波器通带的中心频率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。 2. 截止频率(Cutoff Frequency):指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为:低通以DC 处插损为基准,高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。 3. 通带带宽(BWxdB):(下图)指需要通过的频谱宽度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准,下降X(dB)处对应的左、右边频点。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征滤波器通带带宽参数。分数带宽(fracTIonal bandwidth)=BW3dB/f0100%,也常用来表征滤波器通带带宽。 4. 插入损耗(InserTIon Loss):由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗,以中心或截止频率处损耗表征,如要求全带内插损需强调。 5. 纹波(Ripple):指1dB或3dB带宽(截止频率)范围内,插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰- 峰值。 6. 带内波动(Passband Riplpe):通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。 7. 带内驻波比(VSWR):衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1:1,失配时VSWR>1。对于一个实际的滤波器而言,满足VSWR<1.5:1的带宽一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。 8. 回波损耗(Return Loss):端口信号输入功率与反射功率之比的分贝(dB)数,也等于|20Log10|,为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。 9. 阻带抑制度:衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法:一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB,计算方法

微波滤波器的设计及实例

滤波器(Filter ) (一)滤波器之种类 以信号被滤掉的频率范围来区分,可分为「低通」(Lowpass)、「高通」(Highpass)、「带通」(Bandpass)及「带阻」(Bandstop)四种。 若以滤波器原型之频率响应来分,则常见有「巴特沃斯型」(Butter-worth)、「切比雪夫I型」(Tchebeshev Type-I)、「切比雪夫II 型」(等几类。 Active)及「被动型」(Passive)型」(L-C Lumped)及「传输线型」( (Interdigital)、「梳型」()及「发针型」 )、「柴比雪夫I 型」(

(二)「低通滤波器」设计方法 (A)「巴特沃斯型」(Butterworth Lowpass Filter) 步骤一:决定规格。 电路特性阻抗(Impedance): Zo (ohm) 通带截止频率(Cutoff Frequency): fc (Hz) ): Ap (dB) ):Ax(dB) ≥ N )。 1 、 1g1 = = + n g N K N K g K ,...., 2,1 , 2 )1 2 ( sin 2= - ? = π 步骤四:先选择「串L并C型」或「并C串L型」,再依公式计算实际电感电容值。 (a)「串L并C型」 Zo f g C f Zo g L c even even C odd odd? = ? = π π2 , 2 (b)「并C串L型」 c even even C odd odd f Zo g L Zo f g c π π2 , 2 ? = ? =

(B)「切比雪夫I型」(Tchebyshev Type-I Lowpass Filter) 步骤一:决定规格。 电路阻抗(Impedance): Zo (ohm) 通带截止频率(Cutoff Frequency): fc (Hz) 阻带起始频率(Stopband Frequency): fx (Hz) 通带涟波量(Maximum Ripple at passband): rp (dB) :Ax(dB) N≥ 1 10 10 10 / 10 / 2 - =- rp Ax N 步骤三:计算原型组件值(Prototype Element Values,g K)。 N K B g A A g A g K K K K K ,..., 3,2 , 4 2 1 1 2 1 1 1 = ? = = - - - α γ α 其中 N K ( sin B N ,..., 2,1 K , N 2 )1 K 2( sin A N 2 sinh , 37 . 17 rp coth ln 1 cosh N 1 cosh 2 2 K K 1 π + γ = = π - = β = γ ? ? ? ? ? ? = β ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ε = α-

EMI滤波器应用设计原理

EMI滤波器设计原理 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。除此之外,可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述,滤波器的设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手,分别通过对其共模和差模噪声模型的分析,给出实际工作中设计滤波器的方法,并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中,主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的 d v/d t和d i/d t,因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号,其频率围从开关工作频率到几MHz。所以,传导型电磁环境(EME)的测量,正如很多国际和国家标准所规定,频率围在0.15~30MHz。设计EMI滤波器,就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准,通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理围即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之,EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求: 1)规定要求的阻带频率和阻带衰减;(满足某一特定频率f stop有需要 H 的衰减); stop 2)对电网频率低衰减(满足规定的通带频率和通带低衰减); 3)低成本。 1.1 常用低通滤波器模型 EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并 联电容器组成的低通滤波器。如图1所示,噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z sink。滤波器指标(f stop和H stop)可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现,滤波器传递函数的计算通常在高频下近似,也就是说对于n阶滤波器,忽略所有ωk相关项(当k

ADS低通滤波器的设计与仿真

电磁场与微波技术 课程设计报告 课程题目:低通滤波器的设计与仿真姓名: 指导老师: 系别:电子信息与电气工程系专业:通信工程 班级: 学号: 完成时间:

低通滤波器的设计与仿真 摘要:微波滤波器是用来分离不同频率微波信号的一种器件。它的主要作用是抑制不需要的信号, 使其不能通过滤波器, 只让需要的信号通过。在微波电路系统中,滤波器的性能对电路的性能指标有很大的影响,因此如何设计出一个具有高性能的滤波器,对设计微波电路系统具有很重要的意义。微带电路具有体积小,重量轻、频带宽等诸多优点,近年来在微波电路系统应用广泛,其中用微带做滤波器是其主要应用之一。 关键词:ads;微带线;低通滤波器

一、设计思路 1、设计要求:截止频率:1.1GHz,通带内波纹小于0.2dB,在 1.21GHz 处具有不小于 25dB 的带外衰减。 2、方案选择 利用椭圆函数滤波器设计并仿真,经过优化后,结果调出来的波形能达到指标,但波形会形成带阻波形,只能实现在一定范围内低通。所以不选。 利用切比雪夫滤波器设计并仿真,经过优化调试后可用。 3、设计法案 首先用 LC 设计低通滤波器集总参数模型当频率工作在高频时,要用微带线代替 LC 元件。高阻抗微带线代替串联电感,低阻抗微带线代替并联电容。一般取 Zhigh=120Ω,Zlow=20Ω。在输入和输出加上 50Ω微带线。然后根据设计要求通过 ADS 自带的Linecalc 计算转换过来的微带线长和宽。在进行设计时,主要以滤波器的 S 参数作为优化目标进行优化仿真。 S21(S12) S(表示传输参数,滤波器的通带,阻带的位置以及衰减,起伏全部表现在 S21(S12)随频率变化的曲线上。S11(S22)参数是输入、输出端口的反射系数,由它可以换算输入输出的电压驻波比。如果反射系数过大,就会导致反射损耗过大,影响系统的后级匹配,使系统性能下降。 板材设置:H(基板厚度)=0.8mm,Er(基板相对介电常数)=2.2,Mur (磁导率)=1,Cond(金属电导率)=1E+50,Hu(封装高度)=1E+033mm,T (金属层厚度)=0.01mm,TanD (损耗角正切)=0。 二、仿真过程及电路原理图、版图、S 参数等 经过ADS软件的仿真和折中,以下就以相对比较好的方案为例介绍详细过程以及电路和版图仿真的情况。

基于labview的低通滤波器设计

基于LabVIEW的低通滤波器设计 学号: 201220120214 姓名:敖智男 班级: 1221202 专业:测控技术与仪器 课程教师:方江雄 2015年6月14 日

目录 一.设计思路 (2) 二.设计目的 (2) 三.程序框图主要功能模块介绍 1.测试信号生成模块 (3) 2.滤波功能模块.................................................................. .3 3.频谱分析模块 (4) 4.While循环模块 (5) 四.进行频谱分析.................................................................6、7五.主要设计步骤..................................................................8、9六.运行结果.. (10) 七.设计心得 (11)

低通滤波器是指对采样的信号进行浦波处理,允许低于截至频率的信号通过,高于截止频率的信号不能通过,提高有用信号的比重,进而消除或减少信号的噪声干扰。 一.设计思路 本VI设计的低通滤波器主要是先将正弦信号和均匀白噪声信号叠加,利用Butterworth低通滤波器进行滤波处理,得到有用的正弦信号:再对经过低通滤波器处理后的信号及信号频谱与滤波前的进行比较分析,检测滤波后的信号是否满足用户的要求。 二.设计目的 基于LabVIEW虚拟平台,将“正弦波形”函数和“均匀白噪声”函数产生的信号进行叠加以产生原始信号,让其先通过一个高通滤波器,滤除白噪声的带外杂波,以便在后续程序中低通滤波器可以输出正弦波;然后经过低通滤波器滤波处理,对滤波前后的信号和信号频谱进行比较,从而对低通滤波器的滤波效果进行检验。

二阶低通滤波器..

电子电路设计实践 设计题目:二阶低通滤波器 系别:电气工程学院专业:电气工程及其自动化班级:电气一班姓名: 学号:201151 指导教师:张全禹 时间:2013年4月13日 绥化学院电气工程学院

目录 第一章设计任务与要求 1.1 设计任务 1.2 设计要求 第二章设计方案 2.1 总方案设计 2.1.1 方案框图 2.1.2 子框图的作用 2.1.3 方案选择 第三章设计原理与电路 3.1 单元电路的设计 3.1.1 原理图设计 3.1.2 滤波器的传输函数与性能参数 3.2 元件参数的计算 二阶低通滤波器 3.3 元器件选择 3.4 工作原理 第四章电路的组装与调试 Proteus仿真图 第五章设计总结 附录 元件清单

第一章 设计任务与要求 1.1 设计任务 设计一个二阶低通滤波器 1.2 设计要求 截止频率为f = 2KHz 第二章 设计方案 2.1 总方案设计 2.1.1 方案框图 图2.1.1 RC 有源滤波总框图 2.1.2 子框图的作用 1.RC 网络的作用 RC 网络起着滤波的作用,滤掉不要的信号,通常由电阻和电容组成。 2.放大器的作用 电路中运用同相输入运放,输入阻抗高,输出阻抗很低。 3.反馈网络的作用 将输出信号的一部分或全部通过反馈网络(分正、负反馈)返回给输入端。 2.1.3 方案选择 一个理想的滤波器应在要求的通带内具有均匀而稳定的增益,而在通带以外 则具有无穷大的衰减。然而实际的滤波器则一定差异,为此利用各种函数来逼近理想滤波器的频率特性。 用运算放大器和RC 网络组成的滤波器可以免除电感的非线性特性、磁场屏蔽、损耗、体积和重量过大等缺点。运算放大器的增益和输入电阻高,输入电阻 RC 网络 反馈网络 放大器

一阶RC低通滤波器杂记

(二) 一阶RC低通滤波器杂记 2013-09-16 11:54:26 分享: 标签:RC滤波器阻抗匹配 关于一阶滤波器的种种有很多资料可查,像截止频率啊,相移啊什么的,这些在这里就不再重复了。本文主要阐述一下阿呆在学习过程中曾被困扰的地方,及本人的简要分析。 本文从无源RC低通滤波器说起,以一个实例为讨论背景:有一个心电放大电路,最后一级输出阻抗50欧姆,但是该电路输出信号存在明显的毛刺,那么我们想通过低通滤波器滤掉高频噪声,该如何实现呢? 最简单的做法,就是在输出上直接加上一个无源RC滤波器了,心电信号频率范围是:0.05-100Hz,为确保有用信号在通带不产生过于不平衡的衰减,我们设计一个截止频率为150Hz的低通滤波器(因为在到达截止频率时,信号已经产生了3dB衰减,一般选取的截止频率值要比实际有用信号的最高频率稍大一些) 如图1所示:

图1 输出幅值变了!信号源输出峰值1V信号,在滤波器输出时,由图1可见,不足1V(每格500mV,不足两格)。怎么回事? 将该滤波器独立出来,利用理想电压源注入信号,观察滤波器输出: 图2 此时的滤波器输出就基本达到了峰值1V的输出。加上含输出阻抗的前级电路就不能达到了呢,原因何在?一直以为RC滤波器根据

公式计算出截止频率,然后选定参数,加到电路里面去就OVER了,看来不是那么简单,它会受前后级阻抗的影响,那么其定量关系该怎么确定呢?不搞清楚这个问题,电路设计就如阿呆一般,停留在社会主义初级阶段了。 后面我们就探究一下RC滤波器在电路中的匹配问题: 以上面的应用为例,假设前级电路的输出阻抗为Ro1,输出信号电压峰值为±2V,后级电路的输入阻抗为RL2,那么,加入一阶无源RC低通滤波器后,后级电路实际接收信号峰值为多少呢? 该实例等效后的电路如下: 图3

数字滤波器总结

数字滤波器总结 设计数字滤波器时,应充分利用成熟的软件工具,避免复杂的人工计算。Matlab便是这样的一个软件,它集成了FDAtool(filter design & analysis tool)工具,这是Matlab信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具。FDAtool可以设计几乎所有的常规滤波器,包括FIR 和IIR。它操作简单,方便灵活。 一、那么,打开FDAtool的方法有两种,第一种是在Matlab中键入“fdatool”(大小写均可),即可打开FDAtool的界面;另一种是在Matlab工作环境的左下角依次点开Start—Toolboxes—Filter Design—Filter Design & Analysis Tool(fdatool)。此外,还可以在simulink中将FDAtool模块放入仿真模型中,其位置在Signal Processing Blockset—Filtering—Filter Implementations—Digital Filter Design。下面用两个实例来说明如何在Simulink中设计滤波器。(一)、低通滤波器的设计 模型如下所示: 其中,Sine Wave是幅值为10,频率为10Hz的正弦波,Sine Wave1也是幅值为10,但频率是1000Hz的正弦波。因为数字滤波器的采样时间是离散的,故在Digital Filter Design前端加Zero-Order Hold模块,其采样周期为1e-4。Digtal Filter Design设置为FIR型低通滤波器、采用窗函数设计,窗类型为Blackman,指定其阶数为30(则实际的阶数将会是31),设置采样频率为10000Hz,设置截止频率是100Hz,其界面如下图所示:

巴特沃斯滤波器的设计与仿真

信号与系统课程设计论文 摘要 传统的数字滤波器的设计过程复杂,计算工作量大,滤波特性调整困难,影响了它的应用。本文介绍了一种利用matlab提供的巴特沃斯滤波器设计函数“buttord”可求出所需的滤波阶数和3dB 截止频率的方法。利用matlab设计滤波器设计函数,可以随时对比设计要求和滤波器特性调整参数,直观简便,极大的减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。 关键词:巴特沃斯滤波器 Matlab 截止频率 I

信号与系统课程设计论文 Abstract Design for traditional digital filteris very complicated ,count also very complicated.it is very hard to readjust filtering character, influence apply,the main body of the book introduce use matlab provide butwosto design function“buttord” filteris 3dB end https://www.wendangku.net/doc/ea13608850.html,e matlab to design could compete reqire parameter burden,contribute to optimize. Keywords: filteris matlab end frequency II

信号与系统课程设计论文 目录 摘要 (Ⅰ) Abstrct 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 第2章巴特沃斯滤波器的设计 (2) 2.1 巴特沃斯滤波器阶数的选择 (2) 2.2 巴特沃斯滤波器系数计算 (2) 2.2.1 巴特沃斯低通滤波器系数计算 (2) 2.2.2巴特沃斯高通滤波器系数计算 (3) 2.2.3巴特沃斯带通滤波器系数计算 (3) 2.2.4巴特沃斯带阻滤波器系数计算 (4) 第3章巴特沃斯滤波器设计仿真 (5) 3.1巴特沃斯滤波器设计仿真 (5) 3.1.1 巴特沃斯低通滤波器实例仿真 (5) 3.1.2巴特沃斯高通滤波器实例仿真 (6) 3.1.3巴特沃斯带通滤波器实例仿真 (7) 3.1.4巴特沃斯带阻滤波器实例仿真 (8) 结论 (9) 参考文献 (10) III

分布参数低通滤波器的仿真

第11章分布参数低通滤波器的仿真 当频率不高时,集总元器件滤波器工作良好,但当频率达到或接近GHz时,滤波器通常由分布参数元器件构成,这是由于两个原因造成的,其一是频率高时电感和电容应选的元器件值过小,由于寄生参数的影响,如此小的电感和电容已经不能再使用集总参数元器件;其二是此时工作波长与滤波器元器件的物理尺寸相近,滤波器元器件之间的距离不可忽视,需要考虑分布参数效应。 本章讨论由分布参数构成的低通滤波器,分布参数低通滤波器可以由阶梯阻抗低通滤波器或短截线低通滤波器实现,本章主要介绍利用ADS软件设计分布参数低通滤波器的方法。本章将首先给出分布参数低通滤波器的理论基础,然后讨论如何利用ADS软件设计、仿真、调谐与优化分布参数低通滤波器,针对微带线阶梯阻抗低通滤波器和短截线低通滤波器,本章将完成符合技术指标的滤波器原理图和布局图。 11.1 微带阶梯阻抗低通滤波器的仿真 阶梯阻抗低通滤波器也称为高低阻抗低通滤波器,它是一种结构简洁的电路,其由很高和很低特性阻抗的传输线段交替排列而成,结构紧凑,便于设计和实现。本节将给出符合技术指标的微带线阶梯阻抗低通滤波器原理图,并由原理图给出阶梯阻抗低通滤波器版图。 11.1.1 微带阶梯阻抗低通滤波器的理论基础 1.短传输线段的近似等效电路 阶梯阻抗低通滤波器是由特性阻抗很高或很低的短传输线段构成,短传输线段的近似等效电路需要讨论。一段特性阻抗为、长度为的传输线的Z矩阵为 一段传输线的网络参量与集总元器件T形网络的网络参量有等效关系,集总元器件T 形网络的构成如图11.1所示。 集总元器件T形网络的Z矩阵为

假定集总元器件T 形网络由电感和电容构成,如图11.2(a )所示,若假定传输线有大的特性阻抗和短的长度( ),一段短传输线与集总元器件T 形网络的等效关系为 若假定传输线有小的特性阻抗和短的长度( ),一段短传输线与集总元器件T 形网络的等效关系为 2Z i1 1Z i2 3Z _ + + _ 1V 2V

实验四 微带短截线低通滤波器的设计

实验四 微带短截线低通滤波器的设计 4.1 微带短截线低通滤波器设计基础 4.1.1分布参数滤波元件的实现 1. Richards 变换 集总元件构成的滤波器通常工作频率较低,在微波频段,我们常常采用微带结构实现较好的滤波性能。在设计得到滤波器原型之后,为了实现电路设计从集总参数到分布参数的变换,Richards 提出了一种变换方法,这种变换可以将集总元件变换成传输线段。如图4.1所示,电感L 可等效为长为λ/8,特性阻抗为L 的短路线;电容C 可等效为长为λ/8,特性阻抗为1/C 的开路线。 图4.1 Richards 变换 2. Kuroda 规则 采用Richards 变换后,串联元件将变换为串联微带短截线,并联元件将变换为并联短截线。由于串联微带短截线是不可实现的,所以需要将其转变为其它可实现的形式。为了方便各种传输线结构之间的相互变换,Kuroda 提出了四个规则,如图4.2所示。其中,2211/n Z Z =+;U.E.是单位元件,即电长度为λ/8、特性阻抗为UE Z 的传输线。选用合适的Kuroda 规则,可以将串联短截线变换为容易实现的并联短截线。

图4.2 Kuroda 规则 4.1.2 微带短截线低通滤波器设计步骤 微带短截线低通滤波器的实现可分为四个步骤: 1. 根据设计要求进行低通滤波器原型设计; 2. 采用Richard 变换将低通滤波器原型中的电感和电容转换为等效的λ/8串联 和并联传输线; 3. 应用Kuroda 规则将串联短截线转换为并联短截线; 4. 阻抗和频率定标。 4.1.3 微带短截线低通滤波器设计实例 设计一个3阶、0.5dB 等波纹低通滤波器,其截止频率为4GHz ,阻抗是50欧姆。 第一步 根据设计要求,查表得到低通滤波器原型。 111.5963g L == 221.0947g C == 331.5963g L ==

有源电力滤波器的基本原理和分类

有源电力滤波器的基本原理和分类 1.有源电力滤波器的基本原理 有源电力滤波器系统主要由两大部分组成,即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。 图1 有源滤波器示意图 指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流,然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流,计算出主电路各开关器件的触发脉冲,此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量,从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理,电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。 有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同,可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)和电流型有源滤波器(储能元件为电感)。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制,使直流侧电压维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制,使直流侧电流维持不变,因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少,效率高,是目前国外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过,该电流在电感阻上将产生较大损耗,所以目前较少采用。 图2 电压型有源滤波器

图3 电流型有源滤波器 2.有源电力滤波器的分类 按电路拓朴结构分类,电力有源滤波器可分为并联型、串联型、串-并联型和混合型。 图4 并联型有源滤波器 图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器在技术上已较成熟,它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。 图5 串联型有源滤波器 图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间,以消除电压谐波,平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比,串联型有源滤波器损耗较大,且各种保护电路也较复杂,因此,很少研究单独使用的串联型有源滤波器,而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。 图6 混合型有源滤波器 图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些

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