帶通濾波器

帶通濾波器或帶通濾波器（ BPF ）是一種通過一定範圍內的頻率並拒絕該範圍以外的頻率的設備。

描述

在電子和信號處理中，濾波器通常是兩個端口電路或設備，該電路或設備可去除信號的頻率組件（交替的電壓或電流）。帶通濾波器允許在指定的頻率頻段中通過組件，稱為其Passband ，但阻止了該頻段以上或下方的頻率的組件。這與高通濾波器形成鮮明對比，該濾波器可以通過頻率高於特定頻率的組件和低通濾波器的組件，該頻率允許通過頻率低於特定頻率的組件。在數字信號處理中，通過計算機程序來處理以數字數字代表的信號，帶通濾波器是執行相同函數的計算機算法。術語頻道濾波器還用於光學濾鏡，彩色材料的表，這些材料允許通過特定的光頻段，通常用於攝影和劇院照明，以及允許通過特定頻率帶的聲波的聲過濾器。

模擬電子帶通濾波器的一個示例是RLC電路（電阻器-電感器-電容器電路）。這些過濾器也可以通過將低通濾波器與高通濾波器相結合來創建。

帶通信號是一個信號，該信號包含一個頻率頻段的頻帶，例如從帶通濾波器出現的信號。

理想的帶通濾波器將具有一個完全平坦的通帶：通帶中的所有頻率都將傳遞給輸出，而不會放大或衰減，並且會完全衰減Passband之外的所有頻率。

實際上，沒有帶通濾波器是理想的。過濾器不會完全衰減所需頻率範圍之外的所有頻率；特別是，在預期的通帶外面有一個區域，頻率被減弱，但沒有被拒絕。這被稱為過濾器滾動，通常以每個八度或十年頻率的衰減DB表示。通常，過濾器的設計試圖使滾動盡可能狹窄，從而使濾波器能夠與預期的設計盡可能近。通常，這是以傳球或停止波段紋波為代價來實現的。

濾波器的帶寬僅僅是上下截止頻率之間的差異。形狀因子是使用兩個不同的衰減值測量的帶寬之比，以確定截止頻率，例如，在30/3 dB時的形狀因子為2：1表示在30 dB衰減時測量的帶寬，是頻率兩倍的頻率之間的帶寬。在3 dB衰減。

Q因子

帶通濾波器可以以 $Q$ 因子為特徵。 $Q$ 因子是分數帶寬的倒數。高 $Q$ 濾波器將具有狹窄的通帶，低 $Q$ 濾波器將具有寬的通帶。這些分別稱為窄帶和寬頻帶過濾器。

申請

帶通濾波器廣泛用於無線發射器和接收器。這種濾波器在發射機中的主要功能是將輸出信號的帶寬限制為分配給傳輸的頻段。這樣可以防止發射機干擾其他站點。在接收器中，帶通濾波器允許在選定的頻率範圍內聽到或解碼的信號，同時防止在不需要的頻率下進行信號。接收器調諧的頻段外部頻率的信號可以飽和或損壞接收器。此外，它們可以創建不需要的混合產品，以落在樂隊中並干擾感興趣的信號。寬帶接收器特別容易受到這種干擾。帶通濾波器還優化了接收器的信噪比和靈敏度。

在傳輸和接收應用程序中，設計良好的帶通濾波器，使用通信的模式和速度具有最佳的帶寬，最大化系統中可能存在的信號發射器數量，同時最大程度地減少信號之間的干擾或競爭。

在電子和信號處理之外，大氣科學中使用帶通濾波器的一個例子。常見的是，帶有3到10天的週期範圍的頻帶濾波器最近的氣象數據，因此只有旋風在數據字段中保持波動。

揚聲器外殼

化合物或頻帶

可以通過通風盒模擬第四階電氣通道濾波器，其中將駕駛員錐後面的貢獻捕獲在密封的盒子中，並從錐體前表面的輻射放入端口。這修改了駕駛員的共鳴。以最簡單的形式，一個化合物圍欄有兩個腔室。房間之間的隔離牆握住駕駛員；通常只有一個房間。

如果低音揚聲器的每一側的外殼中都有一個端口，則外殼會產生6階帶通路響應。這些設計更難設計，並且往往對駕駛員特性非常敏感。與其他反射外殼一樣，如果需要，端口通常可以用被動散熱器代替。

第八階帶通道框是另一個變化，也具有狹窄的頻率範圍。它們通常用於聲壓級別的競爭中，在這種情況下，將使用特定頻率的低音音調與任何音樂音樂相比。它們的構建非常複雜，必須精確地完成，才能按照預期的方式執行。

經濟學

帶通濾波器也可以在與工程相關的學科之外使用。一個主要的例子是使用帶通濾波器來提取經濟時間序列中的商業周期組成部分。這更清楚地揭示了主導公眾生活和多元公司績效的經濟活動的擴張和收縮，因此，眾多經濟學家和政策制定者等人都感興趣。

經濟數據通常具有與數據（電氣工程）相比的統計屬性截然不同。研究人員直接攜帶傳統方法（例如“理想”過濾器）非常普遍，該方法在頻域中具有完全銳利的增益功能。但是，在這樣做的過程中，可能會出現重大問題，可能會導致扭曲並使濾波器輸出極為誤導。作為一種淒美而簡單的情況，在白噪聲上使用“理想”過濾器（例如，可以代表股票價格變化）會產生錯誤的周期。命名法的使用“理想”隱含地涉及一個非常謬誤的假設，除非稀缺場合。然而，儘管過濾器的嚴重局限性和關鍵欺騙的可能性，但使用“理想”過濾器的使用仍然很普遍。

幸運的是，可以使用帶通濾器的過濾器，可以避免此類錯誤，適應手頭的數據系列，並對主要經濟系列（如Real GDP，Investment and Overstion）的商業周期波動進行更準確的評估，以及它們子組件。一項早期的工作發表在2003年的《經濟學和統計評論》上，更有效地處理了宏觀經濟學中出現的數據（隨機而不是確定性）。在本文中，Andrew Harvey和Thomas Trimbur開發了一類自適應帶通濾器，題為“用於提取經濟時間序列中趨勢和周期的一般過濾器”。這些已成功地在涉及國際經濟中眾多國家的商業周期運動的大量情況下應用。

4G和5G無線通信

頻段通濾波器可以在4G和5G無線通信系統中實現。 Hussaini等人（2015年）指出，在無線通信的應用中，射頻噪聲是主要問題。在目前的5G技術開發中，Planer Band Pass過濾器用於抑制RF噪聲並消除不需要的信號。

組合，髮夾，並行耦合線，階梯阻抗和存根阻抗是實驗帶通濾波器以實現帶有緊湊尺寸的低插入損失的設計。採用不對稱頻率響應的必要性是代表減少諧振器的數量，插入損失，大小和電路產生成本。

Hussaini等人（2015年）設計了4極交叉耦合帶通濾波器。該帶通濾波器的設計旨在覆蓋4G和5G無線通信應用的2.5-2.6 GHz和3.4-3.7 GHz頻譜。它是從3極單波段通濾波器開發並延伸的，在該濾鏡中，將附加的諧振器應用於3極單波段帶濾波器。 Advanced Band Pass過濾器具有簡單結構的緊湊尺寸，這對於實現非常方便。此外，停止頻段排斥和選擇性在RF噪聲抑制中表現出色。覆蓋4G和5G頻譜時，插入損失非常低，同時提供良好的回報損失和群體延遲。

能源清道夫

能源清除器是有效地從環境中尋找能量的設備。通過將從振動產生的能量轉換為電能，可以將帶通濾波器實施到能量清除儀。 Shahruz（2005）設計的帶通濾波器是懸臂樑的合奏，稱為梁質系統。當選擇樑和質量的適當尺寸時，可以將光束質量系統的合奏轉換為帶通濾波器。儘管設計了機械帶通濾波器的設計過程，但仍需要進一步的研究和工作來設計更靈活的頻帶通濾波器以適合大型頻率間隔。該機械帶通濾波器可用於具有不同峰值頻率的振動源。

其他字段

在神經科學中， David Hubel和Torsten Wiesel首先顯示了視覺皮質簡單細胞，具有類似於帶孔的Gabor過濾器的響應特性。

在天文學中，頻道濾波器用於僅允許一部分光譜進入儀器。帶通濾波器可以幫助查找恆星位於主序列上的位置，識別紅移和許多其他應用。