在電子技術領域，我們經常會聽到濾波器（Filter）這三個字。特別是在我們需要完成信號傳輸時，濾波器可是個非常重要的角色！顧名思義，濾波器，是對波進行過濾。波在電子領域中描述著各種物理量（電壓、電流）隨時間的起伏變化，形成一種時間函數(shù)，這個時間函數(shù)中包含了許多信息，可以稱之為信號，這個信號可能在傳輸過程中受環(huán)境影響而發(fā)生畸變，以至于我們的信息被埋藏與這些噪聲之中。而濾波器就像是一個神奇的信號篩選器，能夠讓特定頻率范圍的電信號通過，同時把其他頻率的信號給攔住，還原出原本的信息。在通信、音頻處理、圖像處理、電力系統(tǒng)等領域，濾波器都發(fā)揮著巨大的作用，濾波器可以過濾干擾，讓信號變得更干凈。
1.1、濾波器按信號處理的方式分類可以分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器。
模擬濾波器：是通過電阻、電容、電感這些模擬電子元件來實現(xiàn)濾波的，主要處理連續(xù)時間的模擬信號的濾波器。
模擬濾波器有兩種，一種是無源濾波器，就是由電阻、電感和電容這些沒啥“活力” 的元件組成，結構簡單還便宜，不過性能很容易受元件參數(shù)影響。另一種是有源濾波器，它是由運算放大器等有點 “活力” 的元件和無源元件一起組成的，好處是增益高，性能也比較穩(wěn)定。
數(shù)字濾波器：它是通常通過數(shù)字處理器上的DSP算法實現(xiàn)濾波，主要處理的離散時間的數(shù)字信號的濾波器。數(shù)字濾波器是通過數(shù)字信號處理算法可以很精確地控制它的性能，而且還能方便地通過編程來調整。數(shù)字濾波器又分為有限沖激響應（FIR）濾波器和無限沖激響應（IIR）濾波器。
按頻率特性可以分為低通、高通、帶通、帶阻濾波器。
低通濾波器就像一個柵欄，只讓低頻信號通過，把高頻信號擋在外面。在音頻處理中，低通濾波器可以去掉高頻噪聲；在電力系統(tǒng)里，能讓直流電壓變得更平滑。
高通濾波器和低通濾波器正好相反，高通濾波器只讓高頻信號通過，低頻信號過不去。高通濾波器經常用來去除低頻干擾，比如音頻系統(tǒng)里的直流偏移。
帶通濾波器只允許特定頻率范圍內的信號通過，其他的都不行。在通信系統(tǒng)里，帶通濾波器被廣泛用來選擇特定頻率的信號進行傳輸或接收。
帶阻濾波器是專門擋住特定頻率范圍內的信號，讓其他頻率的信號通過。且?guī)ё铻V波器可以用來去除特定頻率的干擾，像電源里的諧波。
全通濾波器就像是一個對所有頻率都很“公平” 的通道。全通濾波器允許所有頻率的信號通過，而且這些信號通過之后，它們的大小（幅度）基本不會改變。全通濾波器主要是用來改變信號的相位。相位就像是一群人排隊的順序。信號通過全通濾波器后，雖然大小不變，但是排隊的順序（相位）可能變了。在一些聲音處理或者信號傳輸?shù)那闆r中，改變相位可以起到調整聲音空間感或者校正信號的作用。
1.3、按濾波器結構可以分為巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器
巴特沃斯濾波器（Butterworth Filter）：它的幅度響應特別平坦，在通帶和阻帶內的頻率響應都很均勻。巴特沃斯濾波器特別適用于低頻應用，如果對信號幅度要求高，巴特沃斯濾波器就很合適。
切比雪夫濾波器（Chebyshev Filter）：在通帶或阻帶內有像波浪一樣的等波紋特性，為了得到更陡峭的過渡帶，可以犧牲一點通帶或阻帶的平坦度。要是對過渡帶要求嚴格，切比雪夫濾波器是個不錯的選擇。
橢圓濾波器（Elliptic Filter）：過渡帶最陡峭，不過在通帶和阻帶內的頻率響應都有一些波紋。如果對過渡帶和濾波器尺寸要求都很高，那就選橢圓濾波器。
貝塞爾濾波器（Bessel Filter）：貝塞爾濾波器除了會改變依賴于頻率的輸入信號的幅度外，還會為其引入一個延遲。延遲使得基于頻率的相移產生非正弦信號失真。在需要維持波形的場合中十分適用。
了解濾波器的類型和作用，我們通常也需要關注濾波器以下參數(shù)：
對于帶通或帶阻濾波器，中心頻率是通帶的中心位置頻率，通常取
，其中
為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降 1dB 或 3dB 邊頻點。對于窄帶濾波器，常以插損最小點為中心頻率計算通帶帶寬。
對于低通濾波器，其通帶右邊頻點為截止頻率；對于高通濾波器，通帶左邊頻點為截止頻率。通常以 1dB 或 3dB 相對損耗點來標準定義。相對損耗的參考基準為：低通以直流（DC）處插損為基準，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準。
指需要通過的頻譜寬度，一般表示為
，其中
為以中心頻率
處插入損耗為基準，下降一定數(shù)值（如 1dB、3dB 等）處對應的左、右邊頻點。
由于濾波器的引入對電路中原有信號帶來的衰耗，通常以中心或截止頻率處損耗來表征。如果要求全帶內的插入損耗，則需要特別強調。
指在 1dB 或 3dB 帶寬（截止頻率）范圍內，插入損耗隨頻率在損耗均值曲線基礎上波動的峰值。
通帶內插入損耗隨頻率的變化量。例如在 1dB 帶寬內的帶內波動通常是 1dB。
衡量濾波器通帶內信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜?。理想匹配時 VSWR = 1:1，失配時 VSWR 大于 1。對于實際的濾波器，滿足 VSWR 小于 1.5:1 的帶寬一般小于 3dB 帶寬，其占 3dB 帶寬的比例與濾波器階數(shù)和插入損耗相關。
端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝（dB）數(shù)，也等于 20log10ρ（ρ 為電壓反射系數(shù)）。當輸入功率被端口全部吸收時，回波損耗為無窮大。
衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標，該指標越高，說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對某一給定帶外頻率 fs 抑制多少 dB，計算方法為 fs 處衰減量；另一種為提出表征濾波器幅頻響應與理想矩形接近程度的指標 —— 矩形系數(shù)（
），
（x 可為 40dB、30dB、20dB 等）。
指信號通過濾波器所需要的時間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導數(shù)，即
。
該指標表征濾波器對通帶內傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應函數(shù)設計的濾波器具有良好的相位線性度。
在無線通信里，濾波器用來選擇特定頻率的信號進行接收和發(fā)射，這樣能提高通信質量和抗干擾能力。在有線通信中，濾波器可以去掉信號里的噪聲和干擾，保證信號的傳輸質量。
在音響系統(tǒng)中，低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等可以調整音頻信號的頻率特性，讓音質變得更好。在音頻降噪中，濾波器能去除背景噪聲，提高音頻信號的信噪比。
在圖像增強中，濾波器可以去掉圖像里的噪聲，增強圖像的細節(jié)和邊緣。在圖像壓縮中，濾波器可以對圖像進行頻率分解，去掉高頻分量，減少數(shù)據(jù)量。
電力濾波器能去除電力系統(tǒng)里的諧波，提高電能質量。在直流電源中，低通濾波器可以讓直流電壓變得更平滑，去掉紋波。
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