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我们总希望设计完美无瑕,精确地吻合设定的指标。可设计滤波器时,却无法抵达理想滤波器的完美,就如同芝诺悖论中永远无法并排乌龟的兔子。

什么是理想滤波器

在回答这个问题前,首先要弄清什么是理想滤波器。我认为理想滤波器应具有以下三个特点:

  1. 通带增益恒定为1
  2. 阻带增益恒定为0
  3. 过渡带为0

理想滤波器为什么不可实现

那么为什么理想滤波器是不可实现的,只能去逼近呢?查阅课本和网络告诉我们,理想滤波器的h(t)在t<0时不为0,**不满足因果性** 。[1]</sup>我还没有看到证明,那么只能先感性的角度去理解这个关系。

首先,理想滤波器很明显满足一个特点,便是存在间断点。间断,从时域来看,例如冲激函数、单位阶跃函数,代表着在信号值瞬间迅速变化,对应着高频分量不为0。考虑极限的思想,在时域是瞬间变化,那么在频域应当是频率趋于无穷[2]。以此类推,频域存在间断点,那么也代表着时域存在无穷的信号[3]

其次看到网上的一个观点,时域的有限对应频域的无限,反之亦然。从直观上来感觉,这个是对的,这个观点便应该触及该问题的本质了。

(Y.D.X指出,可以从不确定性原理入手。不确定性原理描述不同表象间的关系,正是使用了Fourier变换,这个思路很有可能是正确的。待日后有时间补上详细证明)


  1. 1.不过因果律是恒成立的真理吗?现在看来,是的,即使是相对论也不违反因果律(量子论俺实在没弄懂)。也许随着科学的发展,某一天因果律也会被证伪呢?
  2. 2.那为什么正负无穷都有呢?这是因为信号是实信号,频域满足共轭偶对称。
  3. 3.这里目前不知道怎么说明时域正负信号都有