实时校正时间误差的Farrow结构滤波器设计

实现1种基于Farrow结构分数时延(Fractional Delay,FD)滤波器对并行采样中时间非均匀误差的实时校正。采用优化设计的方法,求解Farrow结构FD滤波器的各子滤波器系数,在尽可能资源消耗少的情况下,使设计偏差较小,保证后续时延误差估计和校正的精度,并在Xilinx的FPGA中实现时间误差的校正。理论分析和实验结果表明本算法具有稳定性,算法所设计滤波器可用于动态时间补偿,所设计滤波器结构简单,资源消耗少,易于在硬件中实现,且校正效果明显。

基于LabWindows/CVI和Matlab的改进Farrow结构滤波器设计

利用LabWindows/CVI方便、快捷地设计出用户操作界面,结合Matlab大量的信号处理函数,设计一款用于采样频率转换的改进Farrow结构的滤波器,可以在设计的面板中输入滤波器的各项参数并显示滤波结果,能很好地用于实际工程中。

高重频飞秒激光高效加工太赫兹滤波器核心结构

高频太赫兹滤波器的核心结构具备跨尺度、大去除量、高精度等特点,为实现核心结构高效精密加工,加工技术的选择尤为重要。与常见的机械加工、光刻工艺、MEMS等技术相比,飞秒激光加工技术具有材料普适性强、流程简单、可实现薄壁结构精密加工等优点。以中心频率850 GHz的太赫兹滤波器核心结构设计为输入,利用飞秒激光加工技术开展太赫兹滤波器核心结构的加工实验研究。考虑到低重频飞秒激光不满足高效加工的实际要求,选择高重频飞秒激光作为加工光源,在加工策略精准设计和加工参数精准优化的条件下,实现了高频太赫兹滤波器核心结构的高效精密加工。研究结果表明,高重频飞秒激光加工的太赫兹滤波器,其中心频率测试值与设计值接近。因此,高重频飞秒激光加工技术成为太赫兹滤波器核心结构加工的可选手段。

基于级联结构Thiran滤波器的分数阶双模重复控制

针对双模重复控制器在电网频率波动时稳态误差大的问题,提出一种基于级联结构Thiran算法的无限脉冲响应滤波器(infinite impulse response filter,IIR)来逼近分数延迟环节,提高系统的稳态跟踪精度。该文采用一种由连分式推导得来的级联结构替代以往实现Thiran算法的直接结构,所设计的级联结构Thiran算法用于IIR滤波器中能在线调整滤波器参数,且相较于以往的直接结构,级联结构每个“积木块”的功能仅用两个乘法器就可实现,简化了参数设计,便于应用推广。基于分数阶双模重复控制器,并采用比例-双模重复控制复合的电流控制策略,控制逆变器输出高质量的并网电流。最后,通过仿真与实验结果验证所提策略的准确性及有效性。

类H型结构的太赫兹带阻滤波器

本文基于对称的类H型结构设计了一种超材料太赫兹带阻滤波器,这种H型结构的连续金属臂可以流通电流。利用电磁仿真软件CST Microwave Studio 2021研究了该滤波器的滤波特性。通过改变H型双臂间距臂长、周期长度、双H间距离等,确定了滤波器的几何参数。结果表明,该结构可实现偏振选择的功能,在y偏振条件下,滤波器在0.2~2.3 THz范围内没有明显的谐振峰,但透过率范围在-15到-3 dB之间。而在x偏振条件下,在中心频率1.34 THz处可获得FWHM带宽为0.15 THz的一个阻带,传输参数约为-30 dB。最后,采用微加工工艺制备了超材料滤波器样品以验证仿真结果,使用透射式太赫兹时域光谱系统对样品进行测试,测试结果与仿真结果吻合较好。

滤波器轻量化结构设计与分析

鉴于冲压式滤波器外壳须灌封,机加工外壳质量大、成本高及生产周期长的缺点,本文基于模块化、系列化设计理论,突破原有滤波器外壳结构限制,在冲压外壳底部设计PCB锁紧组件,自锁于外壳底部,用于固定PCB组件。整个滤波器无须灌封,质量轻,生产成本低。外壳和锁紧组件系列化设计可满足多种产品需求,缩短滤波器样品试制时间,提高研发效率。对其结构强度进行仿真分析,验证强度安全、可靠,满足中、低强度外载荷环境使用要求。

基于Farrow结构的分数延时滤波器FPGA设计与实现

随着数字信号处理技术的不断发展,可变分数延时滤波器在采样率转换、时延估计、图像插值、雷达波束形成等高速信号处理系统中得到广泛应用,在FPGA中设计实现高效可靠的分数延时滤波器具有重要意义。本文介绍了Farrow结构的分数延时滤波器原理,基于Farrow滤波器由多个子滤波器构成的特殊结构,在FPGA中进行了设计与实现,并通过Matlab+Modelsim工具对设计的Farrow滤波器进行仿真分析,仿真结果与理论计算结果基本一致,相对误差在10-5量级,可以满足大部分工程应用需求。

宽带数字波束形成中的分数延时滤波器设计优化

在宽带数字波束形成处理中,一个关键问题是对阵列天线接收到的信号进行包络延时补偿。解决该问题的基本方法是通过分数延时滤波器对输入信号进行延时。本文主要讨论Farrow结构的分数延时滤波器设计优化方法,以便于工程应用。

基于5G系统的微带滤波器设计

设计了一组具有小波纹特性并且工作在5G附近频段的微波低通滤波器和带通滤波器。采用半集总参数结构,通过与最大平坦度特性比较,选择了滤波特性更加优越的切比雪夫低通原型滤波器,这种类型的滤波器主要采用耦合微带线形式,该文对这种滤波器设计进行了理论分析并仿真。该实验通过分析计算,并根据实际情况改变了滤波器节数,最终基于ADS软件仿真,将低通滤波器带内最大波纹控制在了-0.383 dB,最高频率为5 GHz;带通滤波器以5.5 GHz为中心频率,通带带宽为1 GHz,带内最大波纹为-2.166 dB。

基于立方Farrow结构的插值细搜频偏估计算法

在高动态通信环境中,由相对运动引起的多普勒频移会在接收机下变频所得的基带信号中引入残留频偏,致使基带信号的相位发生偏离。对频偏进行精确估计是提升高动态环境通信质量的重要途径。传统方法通常通过对快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)后所得频谱进行一维搜索来估计载波频偏值,只能估计整数倍频点。为了进一步提高频偏估计的精度,本文提出了一种基于立方Farrow结构的插值细搜(Interpolation Detail Search, IDS)算法。仿真结果表明,此算法仅在16倍插值条件下就得到了逼近克拉美罗界(Cramer-Rao Bounds,CRB)的频偏估计性能,信噪比精度损失仅为1.2 dB,具有良好的估计性能。

基于稀疏约束的低复杂度可变分数时延滤波器

针对基于Farrow结构的可变分数时延(Variable fractional delay,VFD)滤波器需求解大量子滤波器系数这一关键问题,本文将稀疏约束理论引入滤波器的权系数优化中,研究具有稀疏系数的Farrow结构滤波器。在极大极小(Minimax)准则下,通过添加L1正则化约束项改进权系数优化模型,在系数(反)对称性基础上进一步增加系数的稀疏度。然后,采用交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)进行权系数迭代求解。仿真实验表明,本文提出的基于稀疏约束的VFD滤波器在保证高延迟精度的同时,乘法器和加法器分别减少了47.69%和58.60%,极大地降低了系统运算量以及复杂度。

基于缺陷地结构的多陷波超宽带滤波器

针对目前超宽带滤波器尺寸偏大、陷波个数较少和陷波深度不足的问题,基于新型缺陷地结构设计了一种多陷波超宽带滤波器。通过采用非对称耦合技术、加载新型双开环谐振器、C型谐振器的方式在超宽带通带上产生了三个陷波频带,在保证陷波深度的同时整体设计紧凑。为了抑制X卫星通信上行频段对超宽带系统的干扰并增强滤波器的带外抑制特性,在金属接地板上刻蚀了新型缺陷地结构。该滤波器实现了2.8~11.1 GHz的通带带宽,相对带宽达到119%,在3.5 GHz、5.77 GHz、6.8 GHz、8.3 GHz处产生了四个陷波,且陷波处的衰减分别为24.5dB、33 dB、18.1dB、23 dB,通带两侧的带外抑制都达到了60 dB。

采样率转换中Farrow滤波器实现结构研究

详细介绍了采样率转换的一种新的硬件实现结构:Farrow滤波器结构,同时也介绍了其派生的改进Farrow结构、TFS和改进TFS,并相互进行特性对比,仿真实验,结果表明Farrow结构是一种可实现任意分数延迟的高效、灵活的采样率转换结构,Farrow结构适于采样率提高,而TFS适于降采样率;对称改进结构降低复杂性。

基于Farrow结构的分数时延滤波器

在宽带数字阵列雷达的波束形成中,传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的情况,为此现阶段多采用实延时(TTD)补偿单元来代替移相器。模拟时延补偿存在诸多缺点,为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入声纳学中广泛使用的Farrow结构来实现时延滤波器;为降低FPGA资源消耗,引入滤波器的系数求取优化方法;为提高速度,提出了Farrow结构的优化方法。仿真以及实际运行结果都表明了该方法的有效性,与传统移相方法相比,更适用于数字阵列雷达T/R组件。

具有片上电感的改进型梯形声表面波滤波器

针对小体积声表面波(SAW)滤波器性能受封装影响较大的问题,提出了一种新型SAW梯形滤波器电路拓扑结构。通过分析滤波器高频受封装影响造成的远端抑制上翘的现象,从电路结构出发,改变版图设计,实现了片上电感。采用传统梯形滤波器结构和利用纵向耦合双模谐振器型滤波器(DMS)特殊接地结构相结合的电路拓扑结构,有助于提高带外抑制和设计灵活性。在标准的42°Y-X钽酸锂(LiTaO_(3))基板上制作滤波器,通过仿真分析得到中心频率2580 MHz、带宽50 MHz、插入损耗小于2.5 dB的高阶梯形射频SAW滤波器的最优拓扑结构。测试结果表明,通过改变电路拓扑结构关键参数和引入新的传输零点,可改善在高频段内的带外抑制特性。

基于开关电容的差分无源N通道滤波器

针对传统N通道滤波器不能抑制谐波、谐波混叠且具有一定插入损耗的问题,本文设计一款基于开关电容的差分无源N通道滤波器。该滤波器使用不同容值的电容加权多相信号来消除奇次谐波,利用不同时钟信号叠加的原理抑制谐波混叠,同时,采用电容堆叠技术提供一定的增益减小插入损耗。滤波器采用TSMC 40 nm CMOS工艺,Cadence Spectre RF软件仿真结果表明:该滤波器的中心频率fs可调范围为0.3~1.5 GHz,当fs=500 MHz时,对3次和5次谐波均有48 dB以上的抑制效果,对最强谐波混叠抑制达到60 dB以上,且没有插入损耗,噪声系数(NF)为2.5~2.8 dB,线性度(IIP3)在15 dBm以上。

一种Farrow结构数字延时滤波器的设计

普通数字延时滤波器虽然结构简单,但系数计算过程复杂,在延时参数快速变化时,系数更新速度无法满足实时性要求,在工程应用上受限制。采用Farrow结构数字延时滤波器能够更加灵活高效地进行分数延时滤波,延时参数改变时,无需重新计算滤波器系数,更容易在现场可编程门阵列(FPGA)上实现。介绍了一种Farrow结构数字延时滤波器,提出采用基于对称结构的滤波器系数求解方法,并经过加权优化,获得最终Farrow滤波器的系数。系数计算过程中,通过对设计所得Farrow滤波器延时精度和误差的分析,调整加权因子的取值和滤波器阶数,进而提高延时精度。计算机仿真结果证明了加权对称系数求解Farrow滤波器系数方法的有效性和实用性。

基于沙漏形人工表面等离激元和交指电容结构的双频滤波器设计

本文提出了一种在共面波导(coplanar waveguide,CPW)上加载沙漏形人工表面等离激元(spoof surface plasmon polaritons,SSPPs)和交指电容结构的双通带滤波器.首先,在共面波导传输线上引入了沙漏形SSPP单元结构和交指电容结构,以获得高分数带宽、低插损的通带特性.然后,通过加载交指电容环路谐振器激发陷波,形成双通带滤波器.仿真结果表明,所提出的双通带滤波器具有良好的上边带抑制和双通带滤波性能.两个通带的相对带宽分别为46.8%(1.49—2.40 GHz)和15.1%(2.98—3.63 GHz),可在4.77—7.48 GHz的范围内实现超过—40 dB的抑制,且可通过改变相应的结构参数独立调控两个通带的上、下截止频率.为深入了解双通带滤波器的工作原理,给出了相应的色散曲线和电场分布、LC等效电路分析.最后,根据优化后参数数值,加工出滤波器原型实物.实验结果与仿真结果吻合良好,由此表明提出的双通带滤波器在微波频率的集成电路应用中具有重要意义.

宽带滤波器传输线法去嵌的研究

为准确获取谐振器材料参数,采用开路短路法、集总参数法、传输线法三种方法分别对谐振器进行去嵌,并分析去嵌对滤波器产生的影响。其中传输线法去嵌无需流片,仿真即可得出谐振器测试结构的寄生参数。采用传输线法对串联、并联谐振去嵌,并运用去嵌后的谐振器材料参数搭建滤波器,滤波器采用九阶π型电路拓扑结构,其带宽为160 MHz,阻带抑制为-25 dB。证实谐振器的测试结构对宽带声表面波滤波器带宽、阻带和零点造成影响,使得去嵌后的滤波器左侧零点向低频偏移,低频抑制上升,高频抑制下降,通带插入损耗增加。

基于低通滤波器的柔性关节空间机器人时延估计跟踪控制

为解决位姿不受控情况下柔性关节空间机器人系统预抓取阶段的关节跟踪控制和振动问题,采用拉格朗日方程并结合动量守恒原理进而建立漂浮基三杆柔性关节空间机器人系统动力学方程。为提高柔性关节的等效刚度,引入关节柔性补偿的方法;即根据奇异摄动理论,将柔性关节空间机器人系统分解为慢变系统和快变系统。在此基础上,针对慢变系统设计以时延估计为主框架的滑模控制方法,同时与低通滤波器相结合消除滑模控制带来的系统抖振问题;针对快变系统设计线性速度差值反馈控制系统,抑制柔性关节给系统带来的柔性振动问题。通过仿真验证空间机械臂能够在有限时间内快速、稳定地跟踪上期望轨迹,证实该控制方案具有较好的鲁棒性和可靠性。