若函式 H(z) 的收斂域包括單位園(z=),我們就可在這個單位園上計算 H(z) ,
並得到系統頻率響應:
根據尤拉恆等式, 其幅度,
對所有 w 值,該複數都在複平面的單位圓上,而且其位置隨著 w 變化而變化。當 w
從 0 到 π增加時,沿單位圓從( 1 , 0 )向(- 1 , 0 )移動。
一般地,極點 d 定義為 複數 a+j β,則上式中的(–di)用 表示為:
表示在 z 複平面上由極點 di 指向單位圓上 z = 點的向量。
用極座標形式表示為:
它恰恰是和極點之間的距離,所以,系統的幅頻響應的形狀可以表示為:
根據這個表示式,對於特定的 w ,與極點 di 之間之間的距離越小,其幅度響應越
大。當沿單位圓從 0 到 π移動時(在前面講過,由於週期性和對稱性,頻率響應只
需畫出 0~ π就夠了),最靠近極點 d i 時,w 所對應的幅度響應為最大值;換句話講,
當 w 和極點 di 的相位相符時,可獲得最大幅度。而且極點位置越靠近單位圓,這個最
大值就越大 .
同樣地,用 表示在 z 複平面上由零點 c i 指向單位圓上的 z = 點的向量:
因此:
其中:
對於0~π 弧度的數字頻率 w ,離濾波器極點越近,離零點越遠,則幅度就越大。同
樣,靠近單位圓的極點,將導致濾波器形狀在某一頻率上有非常大的幅值,而靠近單位圓
的零點,將導致濾波器形狀在某一頻率上有非常小的幅值。這個幅值大小的劇烈變化可增
加濾波器的選擇性。
幅度響應與零極點的關係:
極點附近出現峰值。當極點在單位圓上時,將出現 ∞ ,極點在單位圓外,
系統不穩定。
在零點附近頻響出現谷值,零點在單位圓上時,零點值為零,零點可以在單位圓外。
2_53 判斷濾波器的形狀,濾波器的傳輸函式為:
解:濾波器在 z=0.45 處有一極點,無零點,其零極點如下圖所示,並標出了的位置。
從圖中可以看到,當 w=0 時,到極點的距離最小,而 w 接近π時,距離最大。因
為幅頻響應的幅度是這個距離的倒數。所以,幅度在接近 w=0時最大,靠近 π 弧度時
最小。因此,該濾波器具有低通特性。
由於極點不是很靠近單位圓,所以該濾波器的選擇性不是非常好,幅頻特性如圖所示。
例 2_54 推斷濾波器的形狀,濾波器的差分方程為:
解:該濾波器的傳輸函式為:
濾波器在 z=0 處有三個極點,零點在 z=j 與 z = -j 處。零極點如圖,並標出了
的位置。因為極點都在原點,對所有的 w 值,極點到的距離都相同,因此,只有零點
的位置影響濾波器的形狀,當 w= π /2 時,e jw 到其中一個零點的距離為 0 ,則幅值
為 0 。所以,這個濾波器具有帶阻特性,下圖也示出了準確的濾波器特性,其也驗證了
上述推測。
2_55比較下列濾波器的形狀
解: 三個濾波器的零極點如圖所示,它們都沒有零點。
第一個濾波器的極點為 –0.7686 ± j0.5584 ,幅度為 0.95 ;第二個濾波器的極點
為–0.7281 ± j0.5290 ,幅度為0.9;第三個濾波器的極點為-0.6472 ± j0.4702 ,
幅度為 0.8 。
下圖可以看出,對三個濾波器來講,極點離單位圓最近時所對應的數字頻率是相等的。所
以,幅度響應在這個 w=0.8 π處都有一個尖峰,是每個數的極座標形式的相位。
三個濾波器中, a 的極點最接近單位圓,距離最短,所以,它的尖鋒最大。下
圖所示的幅頻響應也證實了這點。
若函式 H(z) 的收斂域包括單位園(z=),我們就可在這個單位園上計算 H(z) ,
並得到系統頻率響應:
根據尤拉恆等式, 其幅度,
對所有 w 值,該複數都在複平面的單位圓上,而且其位置隨著 w 變化而變化。當 w
從 0 到 π增加時,沿單位圓從( 1 , 0 )向(- 1 , 0 )移動。
一般地,極點 d 定義為 複數 a+j β,則上式中的(–di)用 表示為:
表示在 z 複平面上由極點 di 指向單位圓上 z = 點的向量。
用極座標形式表示為:
它恰恰是和極點之間的距離,所以,系統的幅頻響應的形狀可以表示為:
根據這個表示式,對於特定的 w ,與極點 di 之間之間的距離越小,其幅度響應越
大。當沿單位圓從 0 到 π移動時(在前面講過,由於週期性和對稱性,頻率響應只
需畫出 0~ π就夠了),最靠近極點 d i 時,w 所對應的幅度響應為最大值;換句話講,
當 w 和極點 di 的相位相符時,可獲得最大幅度。而且極點位置越靠近單位圓,這個最
大值就越大 .
同樣地,用 表示在 z 複平面上由零點 c i 指向單位圓上的 z = 點的向量:
因此:
其中:
對於0~π 弧度的數字頻率 w ,離濾波器極點越近,離零點越遠,則幅度就越大。同
樣,靠近單位圓的極點,將導致濾波器形狀在某一頻率上有非常大的幅值,而靠近單位圓
的零點,將導致濾波器形狀在某一頻率上有非常小的幅值。這個幅值大小的劇烈變化可增
加濾波器的選擇性。
幅度響應與零極點的關係:
極點附近出現峰值。當極點在單位圓上時,將出現 ∞ ,極點在單位圓外,
系統不穩定。
在零點附近頻響出現谷值,零點在單位圓上時,零點值為零,零點可以在單位圓外。
2_53 判斷濾波器的形狀,濾波器的傳輸函式為:
解:濾波器在 z=0.45 處有一極點,無零點,其零極點如下圖所示,並標出了的位置。
從圖中可以看到,當 w=0 時,到極點的距離最小,而 w 接近π時,距離最大。因
為幅頻響應的幅度是這個距離的倒數。所以,幅度在接近 w=0時最大,靠近 π 弧度時
最小。因此,該濾波器具有低通特性。
由於極點不是很靠近單位圓,所以該濾波器的選擇性不是非常好,幅頻特性如圖所示。
例 2_54 推斷濾波器的形狀,濾波器的差分方程為:
解:該濾波器的傳輸函式為:
濾波器在 z=0 處有三個極點,零點在 z=j 與 z = -j 處。零極點如圖,並標出了
的位置。因為極點都在原點,對所有的 w 值,極點到的距離都相同,因此,只有零點
的位置影響濾波器的形狀,當 w= π /2 時,e jw 到其中一個零點的距離為 0 ,則幅值
為 0 。所以,這個濾波器具有帶阻特性,下圖也示出了準確的濾波器特性,其也驗證了
上述推測。
2_55比較下列濾波器的形狀
解: 三個濾波器的零極點如圖所示,它們都沒有零點。
第一個濾波器的極點為 –0.7686 ± j0.5584 ,幅度為 0.95 ;第二個濾波器的極點
為–0.7281 ± j0.5290 ,幅度為0.9;第三個濾波器的極點為-0.6472 ± j0.4702 ,
幅度為 0.8 。
下圖可以看出,對三個濾波器來講,極點離單位圓最近時所對應的數字頻率是相等的。所
以,幅度響應在這個 w=0.8 π處都有一個尖峰,是每個數的極座標形式的相位。
三個濾波器中, a 的極點最接近單位圓,距離最短,所以,它的尖鋒最大。下
圖所示的幅頻響應也證實了這點。