Bessel-Filter
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Ein Bessel-Filter ist ein Frequenzfilter, bei dessen Entwurf folgende (äquivalente) Eigenschaften angestrebt wurden:
- optimales „Rechteckübertragungsverhalten“, d. h. eine Wellenform, deren Frequenzanteile innerhalb des Durchlassbereichs des Filters liegen, erscheint (bis auf eine Verzögerung) unverändert am Ausgang;
- konstante Gruppenlaufzeit im Durchlassbereich;
- linearer Phasengang im Durchlassbereich.
Dabei wird in Kauf genommen, dass der Amplitudenverlauf nicht so scharf wie beim Butterworth-Filter oder Tschebyscheff-Filter abknickt.
In der digitalen Signalverarbeitung können Bessel-Filter durch Wahl entsprechender Filterkoeffizienten in IIR-Filtern (rekursive Filterstruktur) realisiert werden.
Das Filter ist nach dem deutschen Mathematikers Friedrich Bessel (1784–1846) benannt.
[Bearbeiten] Übertragungsfunktion
Die Übertragungsfunktion ist darauf optimiert, die Gruppenlaufzeit von der Frequenz unabhängig zu machen.
Mit der Übertragungsfunktion für ein Filter n-ter Ordnung
mit
- A0 Gleichspannungsverstärkung
- und ωg Grenzfrequenz
lässt sich für die Koeffizienten die Rekursionsformel
-
i = 1: i = 2 … n:
ermitteln.
Die Koeffizienten sind allerdings nicht auf die Grenzfrequenz normiert, sondern auf die Gruppenlaufzeit; d.h. bei Ω = 1 ist die Amplitude nicht um 3dB abgesunken.
[Bearbeiten] Eigenschaften
Das Bessel-Filter besitzt folgende Eigenschaften:
- glatter Frequenzverlauf im Durchlassbereich
- geringe Steilheit des Amplitudengangs (geringer noch als beim Butterworth-Filter) im Bereich der Grenzfrequenz
- geringes Überschwingen bei der Sprungantwort, verringert sich mit der Ordnung
- konstante Gruppenlaufzeit im Durchlassbereich
[Bearbeiten] Normalisierte Bessel-Polynome
n | Bessel-Polynom |
---|---|
1 | 1 + P |
2 | |
3 | |
4 | |
5 |