【题目编号】MC1-1259
【题目】滤波器有一个称为“通带波动”的参数,是指:
【答案】A
[A]滤波器在通带范围内的衰减特性变化幅度
[B]滤波器频率特性在整个频谱范围内的变化趋势
[C]CW 信号通过滤波器时键控边沿附近的信号幅度发生抖动的现象
[D]滤波器因元器件不稳定等随机因素而使输出信号增益波动的现象
考点速览
这道题问滤波器参数“通带波动”指的是什么。四个选项分别把它说成通带范围内衰减特性的变化幅度、整个频谱范围内的变化趋势、连续波键控边沿附近的幅度抖动,以及元器件不稳定造成的增益起伏。题目考的是能不能把“随频率变化的起伏”和“随时间变化的起伏”分开——通带波动是一个频域指标,量的是曲线在通带里上下能晃多少,不是时间轴上飘了多少。
通带波动从哪里来
滤波器的设计要在几件事之间做取舍:通带要多平、过渡带要多陡、阶数要多高。允许多一点通带波动,同样的阶数就能换来更陡的过渡带,这是切比雪夫(Chebyshev)响应的思路——它的通带内衰减在一个上限和一个下限之间来回摆动,波动量按设计取定,常见的有零点一分贝、零点五分贝、一分贝等档位。处处最平坦的是巴特沃斯(Butterworth)响应,通带里单调下降、没有起伏,但过渡带相对更缓。椭圆函数滤波器(elliptic filter)则在通带和阻带里都允许波动,换取最陡的过渡带。无论哪种,说明书上标注的通带波动都是频率的函数关系,单位是分贝。它通常有两种写法:一种给出波动量的峰峰值,一种给出相对基准电平的上下偏差,看数据手册时要把写法定住,否则同一个滤波器会被读出两个不同的数。
逐项辨析
选项 A 说通带波动是滤波器在通带范围内衰减特性的变化幅度。这正是定义:把通带里衰减的最大值与最小值之差(或以基准电平为参照的起伏量)报出来,就是波动。它限定了“在通带范围内”,也说清了量的是衰减的起伏,方向和范围都对,是本题的答案。
选项 B 说的是整个频谱范围内的变化趋势。这个范围太大了,通带之外还分布着过渡带和阻带,那里衰减从零点几分贝一路掉到几十分贝,是整个曲线的总体形状问题,与“通带波动”这个专有参数不相干。
选项 C 描述的是键控边沿附近的幅度抖动,属于时间轴上的现象。等幅电报的键控波形经过窄带滤波器时,边沿会被抹圆、可能出现振铃与过冲,起因是滤波器的瞬态响应与群时延特性,不是通带里随频率起伏的那条曲线。把瞬态现象当成频域参数,是这道题最像样的干扰项。
选项 D 说的是元器件不稳定等随机因素导致输出增益波动。这属于增益稳定性或者漂移问题,随时间、温度、供电变化,与频率响应无关。通带波动是设计确定的、可重复的曲线特征,不是随机涨落。
波动、插损与群时延是一组指标
翻看滤波器数据手册时,通带波动往往和插入损耗、驻波比、群时延波动排在一起。波动大的滤波器,带内的幅度一致性差,对单边带话音来说,听感上就是频率响应忽高忽低;对多音并行或者高速数据来说,幅度不平会直接改变星座图,抬升误码率。窄带滤波器的群时延在通带边缘会急剧变化,即使幅度平坦,调制信号也会被拖出波形失真。所以预选滤波器和发射机输出滤波器选型时,不能只盯带宽和选择性,还要看波动与群时延这两栏。单边带收发信机的中频滤波器尤其敏感,话音带宽内起伏一两个分贝,听感上还能忍;起伏到了三分贝以上,声音就会明显发闷或者发尖,报务和数据模式下更容易出问题。
易混淆点
容易混的是通带波动与带内插入损耗。插入损耗说的是通带中心或通带平均处信号被削弱了多少,是一个总体压低量;通带波动说的是这条曲线在通带里能晃多少,是起伏量。一个滤波器可以插损很大却比较平,也可以插损很小却起伏明显。另一个混淆点是把通带波动和阻带衰减的最小值搞混,阻带里要求的是“至少压到多少分贝以下”,通带里要求的是“起伏不超过多少分贝”,两者的方向刚好相反。还有一处用词上的坑:切比雪夫响应在通带里是等波纹的,波动量在整个通带内基本恒定;但如果滤波器的两端没有匹配好,反射波会在通带里叠出额外的起伏,这时的波动是匹配不良造成的,不是设计值。
应试要点
记住判据:通带波动是频域指标,量的是通带范围内衰减曲线的起伏幅度;凡是往时间轴扯(键控抖动、随机漂移)、或者把范围扩大到整个频谱的说法,都判错。顺带记住三档典型响应:最平坦看巴特沃斯,通带等波纹看切比雪夫,通带阻带都允许波动、过渡带最陡的是椭圆函数滤波器。