貝塞爾濾波器在中波發射機中的應用

王日紅

（作者單位：國家新聞出版廣電總局五八二臺）

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貝塞爾濾波器在中波發射機中的應用

王日紅

（作者單位：國家新聞出版廣電總局五八二臺）

摘 要：貝塞爾濾波器是眾多濾波器中的一種，其特性使它對音頻信號的處理有很好的效果。模擬輸入板的主音頻通道是中波發射機的重要組成，貝塞爾濾波器成為中波發射機中不可或缺的一部分。本文主要介紹了貝塞爾濾波器的原理及特點，并以中波發射機音頻系統中的模擬輸入板為例，對其在中波發射機中的應用進行了探討。

關鍵詞：貝塞爾濾波器；中波發射機；應用

在中波發射機中，音頻信號的質量是尤為重要的。若發送端的信號雜波多、噪聲大，質量不好，會直接影響信號的下一步處理，最終導致接收端的信號失真，可靠性嗯哼穩定性低。因此，需要一種裝置更好的去提高音頻信號質量，貝塞爾濾波器憑借最大平坦的群延時和線性的濾波的優勢比其他濾波器更有效的解決了音頻信號質量問題，其對音頻信號的高濾波性能決定了它在中波發射機中得到了大量的應用。

1 濾波器原理

濾波器主要用于信號處理，主要是使指定頻率的信號通過，抑制其余信號的一種選頻裝置。濾波器的作用就是選頻，利用這種功能，使測試裝置中的信號濾掉干擾噪聲，還可以進行頻譜分析。因為任何裝置的響應特性都是激勵頻率的函數，都可用頻域函數描述其傳輸特性。因此，對于廣播通信系統的任何一個環節，需要信號處理的地方都離不開濾波器，根據不同的信號，不同的系統，按照頻域特性，對其進行相應的處理和變化。

1.1 分類

由于對信號的處理要求不一樣，所以濾波器的分類條件有很多，如功能、特性、元件性質和信號處理方式等。

如果按照功能或者選頻來區分，主要分為四大類只允許信號中的低頻分量或直流分量通過的低通濾波器，它可以抑制高頻分量或干擾和噪聲；只允許信號中的高頻分量通過的高通濾波器，它可以抑制低頻分量或直流分量；只允許指定頻段的信號通過的帶通濾波器，它可以抑制其余部分頻段的信號、干擾和噪聲；抑制指定頻段內的信號的帶阻濾波器，它允許其余部分頻段信號通過。

如果按照特性來區分，主要有3種典型的濾波器：通頻帶的頻率響應曲線最平滑，沒有起伏，阻頻帶逐漸下降為零的巴特沃斯濾波器；帶通或帶阻上頻率響應幅度等波紋幅度和理想濾波器誤差最小的切比雪夫濾波器；具有最大平坦的群延遲的且相位響應呈線性的貝塞爾線性濾波器。

如果按照元件性質區分，主要有無源件R、L、C組成的無源濾波器（R、L、C）和自身就是諧波源的有源濾波器（含運放）。

如果按照信號處理方式區分，主要有模擬濾波器和有數字乘法器、加法器和延時單元組成的數字濾波器，其功能是改變信號頻譜。

1.2 參數

理想的濾波器是不存在的，實際應用的濾波器需要更多的參數來描述。主要參數有截止頻率（fe）、中心頻率、帶通帶寬（B）、插入損耗、紋波幅度（d）、帶內駐波比、回波損耗、矩形系數（λ）和延遲（τ）等[1]。

1.3 特性指標

特性指標是描述濾波器性能的標準，其包括特征頻率、增益與衰耗、阻尼系數與品質因數、靈敏度和群延時函數。

2 貝塞爾濾波器特點

貝塞爾濾波器的名字來自于Friedrich貝賽爾，一位德國數學家（1784-1846年），他發展了濾波器的數學理論基礎。貝塞爾濾波器是具有最大平坦的群延時而且還是線性的濾波器，因此，常用在音頻天橋系統中[2]。模擬貝賽爾濾波器描繪為幾乎橫跨整個通頻帶的恒定的群延遲，因而在通頻帶上保持了被過濾的信號波形。它具有以下特點：可向其截止頻率以下所有的頻率提供延時；階躍響應快，無振鈴或過沖；可用于分析D類放大器的輸出；消除開關噪聲；提高失真測量和示波器波形測量的精確度；在通頻帶內提供平坦的幅度和線性相位響應；可減少所有IIR濾波器固有的非線性相位失真。

3 貝塞爾濾波器在中波發射機中的應用

貝塞爾濾波器主要應用在中波發射機音頻系統中的模擬輸入板上，模擬輸入板主要去除雜波和高音頻部分對音頻信號優化，并且加入直流分量。模擬輸入板中實現去雜波、去高音頻的就是貝塞爾濾波器。下面重點介紹一下模擬輸入板的原理和貝塞爾濾波器的作用以及發展方向。

3.1 模擬輸入板原理

模擬輸入板主要由音頻輸入放大器、功率控制調整、音頻特性最佳處理電路及+250VDC電流過荷和檢測電路，其原理見圖1。其中音頻信號輸入到低通無相移的貝塞爾濾波器，處理后，信號在再經過音頻直流加法器、電源功率校正、功率控制等一系列步驟輸出符合信號。其中，可以進行電壓校正、功率選擇、功率微調和抖動同步，來進行輔助調控。

3.2 貝塞爾濾波器作用

圖1 模擬輸入板原理

在中波發射機的音頻系統中，原始音頻信號沒有經過處理，有很多雜波、噪聲和超音頻信號等，在保證不損害頻帶內多信號相位關系下，只有經過貝塞爾濾波器，濾除雜波、噪聲和其余頻段的波，使音頻信號變得平滑，才能更好地對行音頻信號進行再處理。它是所有信號處理的必須經過的一道工序，有著很重要的作用。

3.3 貝塞爾濾波器的發展方向

隨著科學技術的發展，各種器件的性能都在提高，舊產品代替新產品，對信號的可靠性和穩定性的要求也越來越高，因此需要更好性能的貝塞爾濾波器。在相同階數的條件下，相比切比雪夫濾波器和巴特沃斯濾波器，其頻率響應要差，因此提高階數，才能得到較好的頻率響應。目前，已有8階貝塞爾濾波器的設計，在仿真后需要應用到實際中去檢查其性能。如何能設計出元件少、工作量小、性能優良且更好的優化音頻的貝塞爾濾波器是專業人員的重點研究方向之一，為廣播行業的進步加一把力，也為廣大的人民聽眾提供更好的服務。

4 結語

在越來越發達的今天，人們對質量的要求大大提高，信息傳播速度，高可靠性，因而廣播系統中信號傳輸起始端的發射機必然成為重點，貝塞爾濾波器的最大平坦的群延時及且線性的特性，對音頻信號有很好的處理效果，為音頻設備提供了高性能，大大的提高了中波發射機的可靠性和穩定性。貝塞爾濾波器在中波發射機中得到了廣泛應用。

參考文獻：

[1]華成英,童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]苗匯靜,譚博學,徐秀美.8階貝塞爾低通濾波器精確設計及應用[J].電子技術應用,2015(7).

作者簡介：王日紅（1974-），女，工程師，國家新聞出版廣電總局五八二臺，研究方向：無線廣播發送。