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1 - SPÉCIFICATIONS

2 - MÉTHODES DE SYNTHÈSE D'UN FILTRE

3 - FILTRES D'AFFAIBLISSEMENT

4 - FILTRES DÉFINIS EN TEMPS DE PROPAGATION DE GROUPE

5 - FILTRES SPÉCIFIÉS À LA FOIS EN AMPLITUDE ET EN TEMPS DE GROUPE

Article de référence | Réf : E120 v1

Filtres spécifiés à la fois en amplitude et en temps de groupe
Fonctions de transfert des filtres électriques

Auteur(s) : Gaëlle LISSORGUES, Corinne Berland

Relu et validé le 21 mai 2024

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RÉSUMÉ

D'une façon classique, les spécifications d'un filtre peuvent s'expliciter soit dans le domaine fréquentiel, soit dans le domaine temporel, suivant la nature du problème à résoudre et la technologie de réalisation. Cet article se limite à la présentation des méthodes de calcul des fonctions de transfert des filtres électriques linéaires à une entrée et une sortie répondant à un jeu de spécifications. Ces dispositifs, qui jouent un rôle considérable dans les techniques de traitement et de transmission de l'information sont classés en deux types. Les filtres d’affaiblissement séparent les signaux utiles des signaux indésirables ; les filtres correcteurs modifient la forme des signaux incidents.

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ABSTRACT

Transfer function of electrical filters

Conventionally, the specifications of a filter can be explicited either within the frequency domain or in the temporal domain, according to the nature of the problem to be solved and the technology involved. This article is limited to the presentation of the calculation methods for the transfer functions of linear electrical filters with one entry and one exit responding to a certain range of specifications. These devices, which play a significantly part in the information treatment and transmission techniques, are classified into two types. The attenuation filters separate the useful signals from the unwanted ones; the corrective filters modify the form of the incident signals.

Auteur(s)

  • Gaëlle LISSORGUES : Professeur à l'ESIEE, docteur en électronique - Agrégée de physique appliquée et ancienne élève de l'École normale supérieure de Cachan

  • Corinne Berland : Professeur à l'ESIEE, docteur ingénieur en électronique et ancienne ingénieur R chez Alcatel - Fonctions de transfert des filtres électriques .

INTRODUCTION

Pour une présentation générale du filtrage, le lecteur pourra se reporter à l'article Filtrage et filtre électrique. Avant-propos [E 110] du présent traité. Cet article se limite à la présentation des méthodes de calcul des fonctions de transfert des filtres électriques linéaires à une entrée et une sortie répondant à un jeu de spécifications. Ces dispositifs, qui revêtent une importance fondamentale dans les techniques de traitement et de transmission de l'information, répondent à deux finalités :

  • séparer les signaux utiles des signaux indésirables : ce sont les filtres d'affaiblissement ;

  • modifier la forme des signaux incidents : ce sont les filtres correcteurs.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e120


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5. Filtres spécifiés à la fois en amplitude et en temps de groupe

À l'exception d'une solution analytique (filtres de Lerner, § 5.3), il n'existe pratiquement que des solutions numériques à ce type de problèmes. Cependant, si les spécifications en temps de groupe ne sont pas trop sévères, on peut souvent trouver une solution en choisissant convenablement une fonction d'affaiblissement à déphasage minimal. Nous allons successivement étudier ces cas.

5.1 Solutions mettant en œuvre un filtre d'affaiblissement

L'examen du comportement en temps de groupe d'un filtre d'affaiblissement à déphasage minimal montre que plus la coupure est raide, plus le temps de groupe est perturbé au voisinage de la fréquence de coupure. On peut donc améliorer la régularité du temps de groupe en bande passante en choisissant un filtre plus raide (d'ordre n plus élevé) et en rejetant la discontinuité du temps de groupe dans la bande de transition. Cette procédure, largement utilisée, est souvent suffisante, surtout si le temps de groupe ne doit être régulier que dans une zone partielle de la bande passante. La procédure est illustrée (figure 37).

Une autre solution consiste à choisir parmi les filtres d'affaiblissement disponibles, un filtre dont la transition n'est pas trop brutale. Les filtres de Tchebychev inverses sont à cet égard particulièrement intéressants.

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5.2 Correction d'un filtre d'affaiblissement

Si les spécifications imposent à la fois une grande régularité du temps de groupe et une transition raide et que les méthodes précédentes ne conviennent pas, la solution classique et sûre consiste à calculer une fonction d'affaiblissement répondant aux spécifications et à corriger le temps de groupe par un filtre passe-tout correcteur de phase. Bien que non optimale, cette solution est assez facile à mettre en œuvre et convient quel que soit le degré de régularité souhaité. Elle présente cependant l'inconvénient d'aboutir à un temps de propagation de groupe global de valeur élevée, mais convient aussi bien pour les filtres passe-bas que pour les filtres passe-bande, passe-haut et réjecteurs...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LISSORGUES (G.) -   Filtrage et filtres électriques — Avant-propos.  -  [E 110] Électronique, mai 2008.

  • (2) - LISSORGUES (G.) -   Filtres actifs — Synthèse et réalisation.  -  [E 115] Électronique, août 2008.

  • (3) - LISSORGUES (G.) -   Filtres à capacités commutées.  -  [E 140] Électronique, nov. 2005.

  • (4) - PRADO (J.) -   Filtres numériques — Synthèse.  -  [E 3 160] Électronique, nov. 2000.

  • (5) - PRADO (J.) -   Filtres numériques — Conversion de fréquences et bancs de filtres.  -  [E 3 162] Électronique, nov. 2000.

1 Sources bibliographiques

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Références

RABINER (R.) - GOLD (B.) - Theory and application of digital signal processing. - Prentice Hall, 752 p. (1975).

OPPENHEIM (A.V.) - SCHAFER (R.W.) - Digital Signal Processing. - Englewood Cliffs, NJ : Prentice-Hall (1975).

ORCHARD (H.J.) - TEMES (G.) - Filter design using transformed variables. - IEEE Trans. on Circuit Theory, CT15, no 4, déc. 1968.

RHODES (J.D.) - Filters approximating ideal amplitude and arbitrary phase characteristics. - IEEE Transactions, MTT-18 (1970).

SCANLAN (S.Q.) - BAHER (H.) - Filters with maximally flat amplitude and controlled delay response. - IEEE Transactions, CAS-23 (1976).

LITOVSKI (V.) - Synthesis of monotonic passband sharp cutoff filters with equiripple amplitude characteristics. - IEEE Transactions, CAS-26 (1979).

RAKOVICH (B.D.) - RADMANOVIC (M.Dj.) - POPOVICH (M.V.) - Transfer functions of selective filters with equalized pass band group delay response. - IEEE Proceedings, vol. 129, fév. 1982.

BELEVITCH (V.) - Classical network theory. - Holden Day (1968).

WEINBERG (L.) - Network analysis and synthesis. - Mc Graw Hill, 692 p. (1975).

KAWAKAMI (M.) - Nomographs for Butter-worth and Tchebychev filters. - IEEE Trans. on Circuit Theory, juin 1963.

SEDRA (A.S.) - BRACKETT (P.O.) - Filter theory and design. - Pitman (1978).

LUBKIN (Y.J.) - Filter systems and design. - Addison Wesley, 212 p. (1970)

ZVEREV (A.I.) - Handbook of filter synthesis. - Wiley, 576 p. (1967).

DANIELS (P.W.) - Approximation methods for electronic filter design. - Mc Graw Hill, 390 p. (1974).

PARKS (T.W.) - BURRUS (C.S.) - Digital filter design. - Wiley, 342 p. (1987).

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