時域測量的高斯響應低通濾波器(08-100)

　　圖2的G-10采用高斯低通濾波器設計中最通用的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，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計的基礎上，根據實踐經驗作了修正，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。

　　低通高斯響應濾波器的實現

　　在時域—頻域變換過程中濾波器居于關鍵的元件，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，特別是無源元件構成的濾波器，由集中或分布參數R、C、L多級級聯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反饋回路構成的有源濾波器，受到運算放大器頻率響應不夠寬的限制，有源濾波器的帶寬只達到10MHz以下的音/視頻。軟件濾波器只能應用在模擬/數字轉換后的輸入信號，由數字信號處理器執行。根據時域—頻域傅里葉變換獲得的頻譜，如果不符合高斯響應的頻譜時，利用數字運算程序，不難將較低的頻率分量提升，將較高的頻率分量壓縮，獲得“標稱”化的高斯響應波形。這種軟件濾波器廣泛應用在數字示波器和頻譜分析儀的后段數字處理。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雜，但在制作上需要實踐經驗。在國外硬件濾波器由專業公司生產，作為精密元件供應，甚至測量儀器公司都向用戶推薦它們的產品。在這類專業產品供應商中最具代表性的當屬皮秒脈沖實驗室公司(PSPL)，它生產的各類濾波器獲得美國標準技術研究所的認證。PSPL公司高斯響應的低通濾波器產品的時域特性如表1所示。

　　表1 高斯響應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