前文 平面谐振 文章里,留了个品质因数Q的话题。也在相关资料里看到过测试传输线和相邻传输线之间有耦合的仿真曲线:
很像高Q谐振器窄带的吸收线,表现为S21或S11的窄带吸收。
除了两条线耦合的情况,还可以是由两个或更多邻近平面组成的平面腔。这时,信号从一层切换到另外一层时,返回平面发生改变,返回电流在返回平面之间的切换,会耦合到腔内,造成高Q的谐振耦合。四层板的平面切换的示例:
由两个平面组成的谐振频率,等于在腔的两个开路端之间能容下为半波长某一整倍数的频率,由下式给出:
在实际版图设计中,由于平面的不完整或者矩阵形状,谐振频谱会更复杂。在实际的版图设计中,要注意:不要在不同返回平面之间切换信号,以及在靠近每个信号过孔处利用返回过孔抑制谐振。
品质因数是品质因子或Q因子的无量纲参数,可以表示振子阻尼性质的物理量,也可以表示振子的共振频率相对于带宽的大小。
Q因子越高,表示表示振子能量损失的速率越少,那么振动可持续的时间越长。如果这时候振子在共振,那么在共振频率附近的振幅会比较大,但产生共振的频率范围比较小,此频率范围可以称为带宽。
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Q因子是比较系统振幅衰减的时间常数和振荡周期后的结果。当Q因子数值较大时,Q因子可近似为系统从开始振荡起,一直到其能量剩下原来的(约1/535或0.2%),中间历经的振荡次数。
简单区分高低Q因子系统:
①低Q因子的系统(Q< ½)是过阻尼系统。
②高Q因子的系统(Q> ½)是欠阻尼系统。
③Q因子为½的系统是临界阻尼系统。
电阻、电感和电容并联,并联电阻值越小,其阻尼的效果越大,Q因子越小。
电感和电容并联,电阻串联,其Q因子和串联RLC电路相同,此时降低寄生电阻R可以提升Q因子,也使带宽缩小到需要的范围内。
品质因数Q来说,高频电路领域三个公式常用。
公式一:电感的品质因数:
等效电阻越小,电感的品质因数Q就越高。
公式二:谐振电路的品质因数:
其实公式二说的问题很简单,LC电路,在非谐振状态阻抗和谐振状态阻抗差异越大,这个LC电路的选频性能就越好,它Q值也就越大。
公式三LC谐振电路带通形状品质因数:
等于谐振电路的中心频率fo除以谐振电路的带宽BW。公式三得出了和公式一公式二不同的结论:即Q值不是越大越好,而是合适就好。
其实电容也有它的品质因数
但是我们很少用这个指标,一方面是因为电容损耗很小,通常情况不需要算 ,二是需要表示高频电容品质的时候也不用,而用 的倒数来表示,这个叫做损耗角。而在低频电容的损耗指标是等效串联电阻ESR。
前文链接:平面谐振
参考文档:
baike.baidu.com/item/%E5%93%81%E8%B4%A8%E5%9B%A0%E6%95%B0
信号完整性与电源完整性分析
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