時域測量的高斯響應(yīng)低通濾波器(08-100)

　　圖2的G-10采用高斯低通濾波器設(shè)計中最通用的10階L-C型電路，它非常接近無限階的理論值。為了使高斯低通濾波器更適合高速頻率響應(yīng)，特別是測量鏈路的阻抗匹配條件，PSPL公司還在高斯低通濾波器設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)實踐經(jīng)驗作了修正，將9階高斯低通濾波器的阻抗匹配達到最佳，圖2中用PS-9表示。

　　眾所周知，除高斯濾波器之外，濾波器的品種很多，各有特點，各有用場，例如貝賽爾、巴特沃思、切比雪夫等，它們分別具有最平滑延遲、最平滑幅值、等幅值起伏的不同特征。圖2的BT-4就是4階的修正貝賽爾低通濾波器，它的頻率特性和階躍特性都與高斯低通濾波器G-10的接近。

　　低通高斯響應(yīng)濾波器的實現(xiàn)

　　在時域—頻域變換過程中濾波器居于關(guān)鍵的元件，無論低通、帶通、高通濾波器都有多種不同的運算方法和實現(xiàn)方法。上文提及的高斯、貝賽爾、巴特沃思和切比雪夫濾波器等等，都是電子測量常用的著名成果。至于實現(xiàn)方法則有基于運算、無源元件、有源元件的硬件法，以及基于邏輯運算的軟件法。

　　當(dāng)前，測量儀器使用最多的還是硬件濾波器，特別是無源元件構(gòu)成的濾波器，由集中或分布參數(shù)R、C、L多級級聯(lián)的硬件濾波器的帶寬可達到10GHz以上。由運算放大器和R、C、L反饋回路構(gòu)成的有源濾波器，受到運算放大器頻率響應(yīng)不夠?qū)挼南拗?，有源濾波器的帶寬只達到10MHz以下的音/視頻。軟件濾波器只能應(yīng)用在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后的輸入信號，由數(shù)字信號處理器執(zhí)行。根據(jù)時域—頻域傅里葉變換獲得的頻譜，如果不符合高斯響應(yīng)的頻譜時，利用數(shù)字運算程序，不難將較低的頻率分量提升，將較高的頻率分量壓縮，獲得“標(biāo)稱”化的高斯響應(yīng)波形。這種軟件濾波器廣泛應(yīng)用在數(shù)字示波器和頻譜分析儀的后段數(shù)字處理。它們屬于虛擬濾波器，不適用作為輸入前端的硬件低通濾波器使用。

　　低通上升時間濾波器的原理并不復(fù)雜，但在制作上需要實踐經(jīng)驗。在國外硬件濾波器由專業(yè)公司生產(chǎn)，作為精密元件供應(yīng)，甚至測量儀器公司都向用戶推薦它們的產(chǎn)品。在這類專業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)商中最具代表性的當(dāng)屬皮秒脈沖實驗室公司(PSPL)，它生產(chǎn)的各類濾波器獲得美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的認(rèn)證。PSPL公司高斯響應(yīng)的低通濾波器產(chǎn)品的時域特性如表1所示。

　　表1 高斯響應(yīng)低通濾波器的時域特性

　　一種截止頻率10GHz的阻抗匹配型高斯響應(yīng)低通濾波器如圖3所示，圖3a是外形，圖3b是英制的機械尺寸。

　　圖3 一種10GHz的高斯低通濾波器