Site Loader

Содержание

ДОБРОТНОСТЬ — это… Что такое ДОБРОТНОСТЬ?

  • добротность — См. качество… Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. добротность 1. см …   Словарь синонимов

  • добротность — 1. Количественная характеристика потерь колебательной системы при резонансе, равная где Wк полный запас энергии колебаний при резонансе; Wп потери энергии за период [Физический энциклопедический словарь] 2. Количественная мера потерь… …   Справочник технического переводчика

  • ДОБРОТНОСТЬ — ДОБРОТНОСТЬ, добротности, мн. нет, жен. (разг.). отвлеч. сущ. к добротный. Добротность сукна. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • ДОБРОТНОСТЬ — величина, характеризующая резонансные свойства линейной колебат. системы; численно равна отношению резонансной частоты со к ширине резонансной кривой Dw на уровне убывания амплитуды в ?2 раза: Q=w/Dw. Принято также выражать Д. колебат. системы… …   Физическая энциклопедия

  • Добротность — колебательной системы, характеристика резонансных свойств системы, показывающая, во сколько раз амплитуда вынужденных колебаний при резонансе превышает их амплитуду вдали от резонанса. Чем выше добротность системы, тем меньше потери энергии в ней …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • добротность — ДОБРОТНЫЙ, ая, ое; тен, тна. Доброкачественный, прочный. Добротное изделие. Добротно (нареч.) сработано. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • добротность — 3.17 добротность (Q factor): Величина, характеризующая степень остроты резонанса или избирательность по частоте колебательной механической системы с одной степенью свободы и обратная удвоенному коэффициенту демпфирования. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Добротность — Добротность  характеристика колебательной системы, определяющая полосу резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний. Добротность обратно пропорциональна скорости… …   Википедия

  • добротность — kokybė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. quality vok. Güte, f; Qualität, f rus. добротность, f; качество, n pranc. qualité, f …   Automatikos terminų žodynas

  • добротность — kokybė statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. quality vok. Güte, f rus. добротность, f pranc. qualité, f ryšiai: susijęs terminas – kokybės faktorius …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Добротность — Физическая энциклопедия

    ДОБРОТНОСТЬ колебательной системы- величина, характеризующая резонансные свойства линейной колебат. системы; численно равна отношению резонансной частоты w к ширине резонансной кривой Dw на уровне убывания амплитуды в Ц2 раз: Q=w/Dw Принято также выражать Д. через отношение запасённой в системе энергии

    W к средней за период колебаний мощности потерь Р, т. е. Q=wW/P. Однако при наличии потерь величина запасённой энергии не может быть установлена строго и определяется путём условного разграничения диссипативных и реактивных элементов. Так, напр., в случае электрич. контуров запасённую энергию считают сосредоточенной в чисто реактивных элементах индуктивности L и ёмкости С, а потери связывают с протеканием тока по чисто диссииативному элементу — сопротивлению R. Тогда

    Соответственно для механич. колебат. системы с массой т, упругостью k
    и коэф. трения b

    В колебат. системах с большой Д. частота и коэф. затухания a слабозатухающих колебаний вида eatsinwt связаны с Д. отношением Q=w/2a=p/d >> 1, где d=2pa/w — декремент затухания. Д. характеризует избирательную и разрешающую способности колебат. системы: чем больше Q, тем выше резонансный отклик системы по сравнению с нерезонансным; отклики системы на одинаковые по амплитуде сигналы с близкими частотами w1 и w2 существенно различны по величине и, следовательно, могут быть разрешены, если |w1-w2|/Dw=w/Q. Обычные радиоконтуры обладают Д. Q~10-10
    2
    , для камертона Q~102, для пьезокварцевой пластинки Q~2.104 на частоте 20 кГц, для СВЧ-резонаторов Q~103-104, а для квазиоптич. и оптич. резонаторов Q~106-107. Если в системе существует неск. источников диссипации, то для получения результирующей Д. QS складываются обратные величины:

    Величину Qi, с к-рой связан отвод энергии в полезную нагрузку, наз. рабочей Д. В случае многомодовых систем с дискретным (точнее, квазидискретным) спектром собственных частот каждая из мод обладает своей Д.; в пределе, когда спектр сливается в сплошной, понятие Д. утрачивает смысл. Лит.: Cтрелков С. П., Введение в теорию колебаний, 2 изд., М., 1964; Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Сивухин Д. В., Общий курс физики, 2 изд., [т. 3] — Электричество, М., 1983. М.
    А. Миллер
    .

          Предметный указатель      >>   

    Определяем добротность и частоту собственного резонанса катушки индуктивности

    Как ни странно, в катушках индуктивности нас в первую очередь интересует индуктивность. Измерить индуктивность не сложно. Готовые RLC-метры стоят недорого. Если RLC-метра нет, но есть осциллограф, индуктивность можно определить с его помощью. Также нормальный антенный анализатор без труда измеряет как индуктивность, так и емкость. Но у катушек индуктивности есть еще по крайней мере два важных свойства — частота собственного резонанса и добротность. Давайте разберемся, почему эти свойства важны и как их измерить.

    Суть проблемы

    Катушки индуктивности, существующие в реальном мире, можно описать при помощи следующей модели:

    Здесь L — это индуктивность катушки. Катушка мотается неким проводником, а реальный проводник имеет отличные от нуля потери. Резистор Rs (он же ESR, equivalent series resistance) как раз отображает эти потери. Конденсатор Cp — это паразитная емкость между витками катушки.

    Можно заметить, что индуктивность L и конденсатор Cp образуют параллельный колебательный контур. У этого контура есть резонансная частота. Она и называется частотой собственного резонанса катушки (self-resonant frequency). Ниже этой частоты катушка ведет себя, как катушка. Однако выше она начинает вести себя больше как конденсатор. Определив частоту собственного резонанса, мы поймем, на каких частотах может быть использована катушка.

    Rs имеет сложную природу, и работать с ним напрямую неудобно. Поэтому вместо того, чтобы говорить об Rs, говорят о добротности (quality factor или Q). Добротность — это безразмерная величина, характеризующая скорость затухания колебаний в колебательной системе. Чем больше Q, тем меньше затухания.

    Для катушек индуктивности добротность определяется, как отношение реактивного сопротивления к Rs:

    Реактивное сопротивление является функцией от частоты. Rs на самом деле тоже зависит от частоты. В мире любительского радио обычно говорят о Q на рабочих частотах катушки. Предполагается, что на этом интервале частот добротность меняется незначительно.

    Стоит упомянуть, что различают холостую добротность (unloaded Q) и нагруженную добротность (loaded Q). В рамках этой статьи под добротностью понимается исключительно холостая добротность. Нагруженная добротность возникает, когда катушку помещают в конкретную электрическую цепь.

    Испытуемый

    Попробуем определить частоту собственного резонанса и добротность такой катушки:

    Катушка намотана проводом МГТФ площадью сечения 0.35 кв.мм на трубе ПВХ с внешним диаметром 25 мм. Для принудительного шага я мотал два параллельных провода. Затем один провод постепенно отматывался, а второй фиксировался лаком. Длина намотки составила 30 мм, индуктивность — 2 мкГн.

    Такой способ намотки был использован с целью получить не самую позорную добротность. За годы экспериментов радиолюбители выработали хорошие практики, позволяющие максимизировать добротность. Основные рекомендации:

    • Толстый проводник предпочтительнее тонкого;
    • Любой диэлектрик в качестве каркаса катушки или изолятора проводника уменьшает добротность;
    • Charles Michaels, W7XC (SK) рекомендует в катушках с воздушным диэлектриком использовать отношение длины катушки к ее диаметру (L/D) не более 2:1. Здесь речь идет о намотке виток к витку;
    • Если же катушка мотается на каркасе, рекомендуется L/D = 1:1;
    • Tom Rauch, W8JI рекомендует использовать расстояние между витками, равное толщине проводника и L/D от 1 до 4;

    Кое-какие подробности можно найти в 9-ой главе книги ON4UN’s Low Band DXing, 5th Edition, в разделе 3.7.2 Making or Buying High-Q Loading Coils. Отмечу, что просто следовать этим советам недостаточно. Если ваша задача — получить как можно большую добротность, нужно брать конкретные доступные материалы, мотать катушки и измерять.

    На самом деле, мной было намотано пять катушек пятью разными способами. Приведенная выше имела максимальную добротность.

    Ищем собственный резонанс

    Для определения частоты собственного резонанса было решено воспользоваться анализатором спектра. С тем же успехом подойдет осциллограф с генератором сигналов, или RTL-SDR с генератором шума. Но анализатор спектра удобнее.

    Для подключения катушки между следящим генератором и входом анализатора было использовано такое приспособление:

    Экраны BNC-разъемов соединены между собой, а жилы идут к «банановым» коннекторам. К этим коннекторам и подключается катушка.

    В итоге получаем такую АЧХ:

    Перед нами частоты от 1 до 201 МГц, цена деления по горизонтали — 20 МГц. Собственный резонанс, если верить графику, пришелся где-то на 150 МГц. Ниже аттенюация сигнала увеличивается с ростом частоты. Так и должна работать катушка. Выше аттенюация уменьшается с ростом частоты. Это поведение конденсатора.

    Какие выводы отсюда можно сделать? Катушку можно использовать на частотах где-то до 37 МГц. На частотах, приближающихся к частоте собственного резонанса, использовать катушки нельзя. Причина заключается в том, что добротность падает по мере приближения к частоте собственного резонанса. На частоте собственного резонанса добротность равна нулю. Рекомендуется использовать катушки на частотах в 4+ раза ниже частоты собственного резонанса.

    Определяем добротность

    Для определения добротности воспользуемся подходом из статьи Fixture for Measuring Inductor Q with your Antenna Analyzer [PDF], которую написал Phil Salas, AD5X. По инструкции из статьи было изготовлено такое устройство:

    Идея довольно простая. Антенный анализатор подключается к BNC разъему, а катушка подключается к «банановым» коннекторам. В первом положении тумблера антенный анализатор измеряет эквивалент нагрузки 50 Ом. Для эквивалента нагрузки было использовано 20 соединенных параллельно резисторов 1 кОм ± 1%. Во втором положении измеряется последовательный колебательный контур, образованный этим же резистором 50 Ом, измеряемой катушкой и КПЕ.

    На резонансной частоте последовательный LC-контур представляет собой КЗ, и мы увидим чисто активное сопротивление около 50 Ом:

    В данном случае (первый график) резонанс попал на 9.3185 МГц. Антенный анализатор видит 50.4 Ом. Переключаем тумблер в другое положение. Видим сопротивление резистора без контура. Оно составило 49.8 Ом (второй график). Есть также небольшая реактивность в 0.4j. Ею мы пренебрежем, поскольку это всего лишь:

    >>> from math import pi
    >>> F = 9_318_500
    >>> 0.4/(2*pi*F)
    6.83178378888857e-09

    … 6.8 нГн, почти в 300 раз меньше измеряемых 2 мкГн.

    Смотрите, что получается. С контуром было 50.4 Ом, а без контура — 49.8 Ом. Разница в 0.6 Ом включает в себя Rs катушки, а также потери на конденсаторе. Но конденсаторы обладают существенно большей добротностью (> 1000), чем катушки. Поэтому разница в 0.6 Ом приходится преимущественно на Rs катушки.

    Теперь у нас есть все необходимое для вычисления добротности:

    >>> from math import pi
    >>> F = 9_318_500
    >>> L = 2.0/1000/1000
    >>> Rs = 50.4 — 49.8
    >>> Xl = 2*pi*F*L
    >>> Q = Xl/Rs
    >>> Q
    195.16620761650944

    Добротность порядка 200 — это неплохой результат. Обычные покупные катушки для сквозного монтажа имеют добротность в пределах 100. Не удивительно, что бывалые радиолюбители предпочитают мотать катушки самостоятельно. Случайная самодельная катушка из медной проволоки будет иметь добротность уже порядка 100-150. Согласно Low Band DXing, после некоторой практики можно легко делать катушки с добротностью ~400. В качестве потолка в различных источниках приводится Q от 800 до 1000.

    Домашнее задание: Смотайте катушку с индуктивностью побольше, порядка 70 мкГн. Для такой катушки вам понадобится каркас около 70 мм и 30 витков эмалированной проволоки диаметром 0.9 мм. Каким вышел Rs? Куда попала частота собственного резонанса? Сравните с приведенными выше результатами.

    Внимательный читатель может поинтересоваться, а почему номинал резистора был выбран именно 50 Ом? Это сделано лишь по той причине, что ошибка измерения антенного анализатора при таком сопротивлении минимальна. В теории, с тем же успехом можно использовать любое другое сопротивление, лишь бы оно было чисто активным.

    Заключение

    Допустим, мы спаяли генератор или фильтр, и он работает не так, как ожидалось. Причина может заключаться к собственном резонансе катушек. Слишком большие потери в согласующем устройстве? Причина может быть в низкой добротности компонентов. Теперь мы имеем больше шансов правильно диагностировать такие проблемы, или еще лучше — вообще избегать их.

    Дополнение: Измеряем параметры кварцевых резонаторов

    Метки: Электроника.

    Добротность — фильтр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

    Добротность — фильтр

    Cтраница 1

    Добротность фильтра устанавливают при минимальном, среднем и максимальном значении частоты каждого поддиапазона.  [1]

    Добротность фильтров типа LC лежит в пределах 100 — 300, чего недостаточно для получения крутых характеристик нарастания затухания в полосе непропускания. Для создания фильтров с крутыми характеристиками используются пьезоэлектрические резонаторы и магнитострикционные фильтры. Пьезоэлектрический резонатор представляет собой пластинку, специальным образом вырезанную из кристалла кварца и помещенную в стеклянный баллон с вакуумом, обеспечивающим минимальные потери энергии такого контура. В электрическом отношении кварцевая пластинка эквивалентна колебательному контуру с добротностью в несколько тысяч.  [3]

    Что такое добротность фильтра и как она влияет на эффективность фильтрации. Какое напряжение измеряет вольтметр электромагнитной системы на входе фильтра и на его выходе.  [4]

    Что такое добротность фильтра и как она влияет на эффективность фильтрации. Какое напряжение измеряет вольтметр электромагнитной системы на входе фильтра и на его-выходе.  [5]

    Практически это ограничивает добротность фильтра числом 15, если не приняты меры по регулировке или стабилизации скорости вращения ротора.  [6]

    Множитель TJ определяет снижение добротности фильтра из-за излучения.  [8]

    Множитель т ] определяет снижение добротности фильтра из-за излучения.  [10]

    Введем дополнительные обозначения: QI / 2 — добротность фильтра; 2Ti2 / Tt r — постоянная времени фильтра; cuq со У1 — 2 -частота фильтра с учетом затухания.  [11]

    Основным недостатком вышеописанных фильтров является то, что при изменении G4 добротность фильтра Q также меняется. Режекторный фильтр, показанный на рис. 4.24, лишен этого недостатка.  [13]

    Чем больше отношение частоты фильтра Шф к максимальной частоте диапазона шв, тем меньше должна быть величина добротности фильтра. Однако выбирать это отношение слишком малым не следует, так как затрудняется подавление побочных сигналов, обусловленных гармониковыми продуктами преобразования спектра. Обычно это отношение выбирают больше трех. Относительная стабильность частоты гетеродина зависит от выбора шг. Считают, что относительная нестабильность перестраиваемого гетеродина минимальна на частотах около 1 Мгц. В этом же диапазоне сравнительно легко осуществить перестройку гетеродина. Для работы в диапазоне звуковых или инфразвуковых частот приходится делить частоту гетеродина в целое число раз, например при помощи триггеров. При этом относительная нестабильность частоты остается постоянной.  [14]

    Страницы:      1    2    3

    Добротность простых вибраторных антенн Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

    ДОБРОТНОСТЬ ПРОСТЫХ ВИБРАТОРНЫХ АНТЕНН

    В связи с переходом на стандарты цифрового телерадиовещания и передачи данных с высокой скоростью в нашей стране возникает проблема модернизации действующих антенно-фидерных устройств для работы в данных стандартах. Одним из ключевых требований к антеннам подобных систем является высокое качества согласования цифрового радиовещания во всей полосе сигнала. Для оценки возможности использования уже действующих антенн или создания новых с улучшенными характеристиками согласования желательно иметь сравнительно простой критерий оценки степени согласования как с точки зрения сравнения антенн между собой, так и с точки зрения конкретных полос согласования с заданным КСВ. Целью данной работы является описание способов расчета конструктивной добротности вибраторных антенн, позволяющих под заданную схему согласования в виде полосового фильтра с бесконечным числом звеньев находить предельные полосы согласования под заданный КСВ или минимально возможный КСВ в заданной полосе частот для большего количества вибраторных антенн, чье реактивное сопротивление в пределах рабочей полосы носит монотонно возрастающий характер.

    Для возможности оценки степени согласования изначально нерезонансных антенн с помощью схемы согласования с ярко выраженными резонансными свойствами предлагается к входу антенны включать элемент трансформации, превращающий нерезонансную характеристику входного сопротивления антенны в резонансную с учетом элемента трансформации. Приводятся численные результаты по расчету конструктивной добротности таких типов антенн, как диполь, монополь, петлевой монополь и его модификации, а также зонтичный монополь. Показана целесообразность антенной модификации простых вибраторных антенн для коротких и тонких конструкций и возможности фидерной модификации для более длинных и толстых конструкций.

    Гайнутдинов Тимур Аншарович,

    МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]

    Гаранкина Наталья Ильинична,

    МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]

    Ключевые слова: широкополосное согласование, нерезонансная антенна, добротность антенны, последовательный контур с потерями, полосовой фильтр.

    Кочержевский Вадим Георгиевич,

    МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]

    Информация об авторах:

    Гайнутдинов Тимур Аншарович, доцент кафедры ТЭДиА МТУСИ, Москва, Россия Гаранкина Наталья Ильинична, инженер кафедры ТЭДиА МТУСИ, Москва, Россия Кочержевский Вадим Георгиевич, доцент кафедры ТЭДиА МТУСИ, Москва, Россия

    Для цитирования:

    Гайнутдинов Т.А., Гаранкина Н.И., Кочержевский В.Г. Добротность простых вибраторных антенн // Т-Сотт: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №8. С. 18-26.

    For citation:

    Gainutdinov T.A., Garankina N.I., Kocherzhewskiy V.G. (2017). The radiation quality factor of simple vibrator antennas. T-Comm, vol. 11, no.8, pp. 18-26. (in Russian)

    Переход к цифровым стандартам радиовещания и телевидения, расширение сетей мобильного широкополосного доступа с увеличением скорости передачи данных являются одними из главных -задач развития индустрии радиовещания и радиосвязи в пашей стране. Во всех этих случаях изменяются требования к качеству согласования передающих антенн в системах радио и телевещания, а также антенн базовых станций систем мобильного интернета.

    Требование к улучшению качества согласования (уменьшению КСВ) вызвано не энергетическими соображениями -уменьшение КСВ с 1,5 ло 1,1 приводит к увеличению КПД передающей системы на 3% при условии, что КПД всех остальных элементов (передатчика, фидера и антенны) идеальны и равны 1, В реальности вышрыш еще меньше, поскольку системы 1_Ш 1Д не работают с большими мощностями, а в системах цифрового радиовещания и телевидения уменьшение КСВ е 1,5 до 1,1 позволяет увеличить максимально передаваемую, па грани пробоя мощности на 36% [1], что сильно не меняет энергетический бюджет радиолинии. Необходимость уменьшения КСВ обусловлена только способом цифровой обработки аналогового сигнала в радиовещании и телевидении и его влиянием на ЭМС в зоне обслуживания, а также искажением уже в тракте передачи системы ШПД информации, передаваемой мобильному по л ьэователю.

    Задача широкополосного согласования является одной из самых интересных задач в теории антенн. Сразу оговоримся, что термин «широкополосное согласование» носит весьма условный характер [ 1 ]. В реальности, речь идет о методике создания согласующего устройства (СУ) обеспечивающее гарантированное согласование с неким критерием качества, обычно максимально допустимым КСН,„,„, в некоей конечной полосе частот. Сама эта полоса может быть весьма мала в процентном соотношении от несущей, но все равно говорят о широкополосном согласовании, подчеркивая факт гарантированного согласования в конечной полосе частот. По аналогии «узкополосным» согласованием называется [7| отнюдь не согласование в узкой полосе частот, а построение СУ, обеспечивающего гарантированное согласование на одной фиксированной частоте. При этом, в отличии от задач широкополосного согласования, где заведомо известна полоса согласования и требования к КСВ „„„ в ходе решения задачи узкополосного согласования, никак не контролируются не КСВ.™, не получающееся полоса согласования по этому КСВ. Нетрудно понять, что из-за отсутствия возможности контроля КСВЛПГ1, формулировка и методы решения задач узкополосного согласования не подходит для решения задачи уменьшения КСВяоп, требуемого для цифровых систем передачи, несмотря на то, что для многих систем ширина полосы согласования может быть крайне мала по сравнению с несущей.

    Проблема широкополосного согласования комплексных нагрузок с помощью чисто реактивных устройств в общем виде была исследована и решена Р. Фано. Русский перевод его докторской диссертации опубликован в виде книги в 1%5 г. [2]. Фундаментальным утверждением теории Фано является выведенная им система интегральных неравенств

    (г,

    />(/)-► О, КСВ

    оо

    1 = 1,2,3./) <1, А. — постоянные, конечные коэффициенты, связанные с номиналами независимых реактивных элементов в схеме замещения нагрузка, а N — число независимых элементов в этой схеме

    Как видно, из (1), даже при бесконечном числе элементов в СУ невозможно достичь бесконечно широкой полосы согласования, по и что гораздо важнее, любая частотная область, где достигается согласование близкое к идеальному

    _ 1 +И/)| | вызывает уменьшение

    1-Ил|

    всей полосы согласования из-за резко увеличения подынтегрального выражения в (1) в области идеального согласования и соответственно необходимости резкого уменьшения этого выражения в других областях, что возможно, только при стремлении |/>(/)|—>1, для выполнения условия на

    ограниченность интеграла в левой части (1). В связи с этим, очевидным следствием (1) является необходимость при построении СУ согласно теории Фано, избегать решений обеспечивающих идеальное согласование, и стремиться во всей требуемой полосе частот выдерживать КСВ близкий к КСВ:Щ„.

    Для численной оценки потенциальной согласуемое™ антенны, т.е. либо согласование с заданным КСВ,1П„ в максимальной полосе, либо в заданной полосе с минимальным КСВдоп, приня то использовать понятие добротность антенны [3]. Ширина рабочей полосы антенны 2Д/ обратно пропорциональна добротности и может быть записана в следующем виде

    КСВ-……(2)

    Однако методы, да и сами определения добротности в теории антенны весьма разнообразны. Классическое определение добротности устройства |4| как отношение энергии запасенной в системе к энергии потерь за время изменения фазы на один радиан, оказывается крайне неудачным для антенны, поскольку практически невозможно рассчитать энергию, запасенную антенной ввиду ее «размазанности» по бесконечному окружающему антенну пространства. По сути, первое определение добротности именно антенны дал Чу в своей замечательной работе [5]. Под добротностью антенны по Чу понималось умноженное на удвоенную круговую частоту отношение энергии запасенной внутри окружающей антенны радианной сферы к излучаемой за ее пределы мощности, Таким образом, в этом определении сделана попытка пространственной сепарации области, где преобладает запасенная энергия — радианная сфера от бесконечной области пространства, в которой преобладает и главное, может быть сравнительно несложно рассчитана мощность излучения. Заметим, что понятие радианная сфера весьма условно и для каждой антенны геометрия этой области находится исходя из исследования структуры ноля этой антенны в ближней и промежуточной зоне. Другое определение добротности было предложено Чу в той же работе [5] и развито Харринггоном

    Т-Сотт Vol.ll. #8-2017

    7ТТ

    в [6]. В этом случае добротность определялась как умноженное на удвоенную частоту отношение энергии запасенной в реактивных элементах эквивалентной схемы антенны к мощности потерь на активных элементах. Самое трудоемкое в этом определении — составление эквивалентной схемы, которая строится как совокупность неких элементарных схем, которые соответствуют сферическим гармоникам полей элементарных излучателей в поле далеко не элементарной антенны. Фактически, дальнейшее развития методов определения, и главное, расчетов добротности антенны идет сейчас по этим двум основным направлениям: одно из которых связано с упрощением и уточнением структуры поля антенны внутри радиан ной сферы, а второе можно коротко назвать метод эквивалентных схем Чу. Однако, для некоторого класса антенн, определение добротности может быть записано вполне кратко и быть доступным для абсолютно элементарных вычислений. Например, согласно Ягджану [7] добротность антенны определяется как

    0 = ^г„(о)0)|. при условии !т(ги(®н)) = 0. (3)

    Как видно из (3) такое определение добротности крайне легко рассчитываемо, однако может быть применено только к тем антенна, которые на рабочей частоте озй настроены в

    резонанс, т.е. имеют чисто активное входное сопротивление. Кроме того, из этого определения никак не следует механизм построения СУ, обеспечивающего наилучшее согласования такой антенны. Еще одно, более чем очевидное определение добротности было дано Фа но в своем фундаментальном труде [2]. В случае если входное сопротивление антенны может быть аппроксимировано входным сопротивлением последовательного резонансного контура с потерями, чья резонансная частота совпадает с центральной рабочей частотой антенны, то добротность контура равняется добротности антенны и может быть найдена, но стандартной формуле из теории цепей

    жж.

    (4)

    Я

    2А/

    Л

    л:

    д\пКСВ,)оп+] 1

    (5)

    кат Г*Рр=г-Й-

    ‘» 4>’ Щ

    юпосиое еоыатощгг устройств

    «»II I

    г’мчь |

    вА

    !

    ^Широкополосноесо:ляаилцге устройстео\ Антенна \

    Ь1С1= Ь2С2= 1’3С3 = — = ¿иСд = ЬНСН

    Рис. I. Схема широкополосного согласования по Фано

    Фактически схема согласования представляет полосовой фильтр с бесконечным числом звеньев. Звеном называется пара из двух контуров, один из которых параллельный включается параллельно относительно антенны-нагрузкн, а второй последовательный включается последовательно. Общее число элементов в звене 4 (2 емкости и 2 катушки).

    Целью данной работы является создание такого конструктивного понятия добротности антенны, которое было бы легко рассчитываемо (в отличии от классического определения и определений Чу), указывало бы тип схемы согласования антенны {в отличии от определения Ягджана) и могло быть использовано не только для тех антенн, чье реактивное сопротивление на рабочей частоте равно нулю (в отличии от определения Фано для резонансной антенны), достаточно лишь того что ее реактивное сопротивление монотонно возрастало по мере роста частоты, что соответствует поведению последовательному контура.

    Приведем ниже алгоритм конструктивного определения добротности.

    1. Рассчитывается зависимость входной проводимости антенны от частоты в окрестности рабочей частоты.

    2. Определяется полоса частот, в пределах которой активная проводимость антенны лежит в диапазоне от во/ КСВЛО[| до вцХ КСВдшц где С(> — активная проводимость антенны на центральной частоте. Если эта полоса шире выбранной в п.1, расчет п.! проводиться в более широкой полосе.

    3. Выбирается схема трансформации по питанию нерезо-насной антенны в резонансную. Данный пункт является, на наш взгляд, самым трудоемким. Очевидные схемы трансформации антенны с ярко выраженным емкостным входным

    сопротивлением приведем ниже.

    — ь _

    -си—

    К передатчику

    Для такого случая в [2] приводится схема широкополосного согласования (рис. 1), которая в предельном случае, т.е. при бесконечном числе элементов, обеспечивает предельную максимальную полосу согласования антенны по заданному КСВ, равную

    1рансфар ил юр

    Рис. 2

    Сма

    а)/,„«1/®Г„

    К передатчику

    Рис. 3

    Рис. 4

    Первая схема трансформации (рис. 2) заключается в подключении СУ на каком-то, желательно небольшом, расстоянии Ь от нагрузки. Второй способ трансформации заключается в последовательном подключении индуктивности («удлиняющей» катушки) ко входу антенны (рис. 9), а третий в параллельном подключении индуктивности (рис. 10). В СВЧ диапазоне, вместо индуктивностей возможно подключение коропкозамкнутых и разомкнутых шлейфов в случае использования в качестве фидеров коаксиального кабеля или микрополосковой линии, а также диафрагм или штырей если речь идет о волноводпых линиях питания [8].

    1. Для всех способов трансформации рассчитывается добротность эквивалентного последовательного контура, к которому приравнивается эквивалентное входное сопротивление антенны с учетом схемы трансформации.

    2. Из всех найденных добротностей выбирается минимальная. к которой и приравнивается добротность антенны. Естественно, все расчеты, связанные с определением номиналов элементов согласующей схемы рис. 1 ведутся с учетом выбранной схемы трансформации.

    Среди всех схем трансформации формально, наиболее простым является первый способ, поскольку он не требует подключения, вообще никаких реактивных элементов, однако для уменьшения длины линии-трансформатора, в нашем конкретном примере согласования антенны с ярко выраженным емкостным сопротивлением, необходимо линию-трансформатор делать весьма высокоомной (2вф> 1 /соС!К„>>К1КВ), что может быть затруднительно С конструктивной точки зрения.

    Схема с параллельным подключением индуктивности дает хорошие результаты, в случае если эквивалентное активное сопротивление Я-,кв существенно больше емкостного сопротивление 1/соСпкп во всем исследуемом диапазоне, что совершенно несвойственно коротким вибраторным антеннам, поэтому все численные результаты, приводимые далее в статье, получены при использовании схемы с удлиняющей качушкой (рис. 3).

    Отметим, что для огромного класса вибраторных антенн -диполей (симметричных электрических вибраторов — рис. 5) и монополей (вертикальных несимметричных заземленных вибраторов — рис 6.) при длине плеча £ — у диполя (высоте антенны И — у монополя) существенно меньшей четверти длины волны (I < 0.25А./? < 0.25Я), схема замещения имеет вид [9], представленный на рис. 7. В пределах сравнительно узкой полосы частот (до ±10% от несущей), которой вполне достаточно для решения многих практических задач,

    1,69 раз больше нерезонансного, полоса согласования 2ДМ1г=18Л%.

    На основе предложенного алгоритма были рассчитаны добротности различных простых вибраторных антенн. На рисунке 11 приведены зависимости добротиостей диполей от электрической длины плеча / / А для разных толщин диполя (2о/Я = Зх10″6;Зх10″3;0.02)

    петлевого монополя и на рис. 14 — учетверенный петлевой монополь. Характеристики обычного несимметричного вибратора Пистолькорса (петлевого монополя) общеизвестны, см. например [¡|, параметры модификаций достаточно подробно описаны в [8]

    о

    го

    \

    _

    |/>.

    ггн

    //и

    0.24 0,25

    |гаД.°3’10~*— 2а/УЗ’ 1С’3- 2аЯ»0,02—

    Рис. 1 1

    Как видно из рис. 11, предельная полоса согласования, составляющая хотя бы ±1% от несущей, у очень тонких вибраторов возможна лишь при длине плеча />0,16Х. Любопытно, что значительное (в 1000 раз) увеличение толщины вибратора от очень тонкого к умеренно толстому ведет к палению добротности практически в три раза, а дальнейшее небольшое (в семь раз) увеличение толщины от умеренно толстого к толстому ведет к падению добротности в 2,7 раза. Иными словами, переход к толстым проволочным структурам для широкополосных устройств оправдан всегда, причем даже если изначальная антенна выполнена или имитируется толстым проводником, но конструктивные возможности позволяют еще больше увеличить толщину, то это надо делать. Для умеренно толстого и толстого вибратора скорость падения добротности в области далекой от резонанса (/=0.12 X -Ю.18 А.) хорошо описывается кубической функцией (АУ /)», для тонких вибраторов показатель степени ближе к 4 ({А/ /)4. В области близкой к резонансу скорость падения добротности уменьшается, причем наиболее сильный эффект замедления наблюдается у толстых вибраторов.

    Входное сопротивление монополя и диполя при условии равенства С и 1т связаны друг с другом простым соотношением [1] 2ам_1а=2вхд_яь12, откуда следует что добротность монополя высотой Ь и толщиной 2ао равна добротности диполя с длиной плеча /=Ь и той же толщиной 2а11. Поэтому приведенные на рис.11 численные значения добротности диполя совпадают с добротностями монополя.

    Рассмотрим теперь расчет добротностей более широкополосных по сравнению с диполем и монополем простых вибраторных антенн — вибратора Пистолькорса и его модификаций [8]. Ограничиваясь только рассмотрением несимметричных вариантов построения этих антенн, приведем на рис. 12 вид петлевого монополя, на рис. 13 — вид сдвоенного

    Рис. им 12

    Ряс. 13

    Рис. 14

    Толщина проводов антенн 2а одинакова и равняется 0.003А., высоту антенн обозначим И. На рисунке 15 приведе-

    Т-Сотт Vol.ll. #8-2017

    7ТТ

    Щ

    2а },= 0.02

    Рис. 19

    Из этих рисунков видно, что существенный выигрыш антенной модификации по сравнению с фидерной достигается у тонких коротких монополей, чья добротность изначально очень велика (рис. 17). Для толстых монополей выигрыш по предельной полосе максимален у коротких зонтичных монополей, но не превосходит 2 раз (рис, 19),

    В заключении отметим, что используемое нами понятие конструктивной добротности, в общем случае, не совпадает с фундаментальными понятиями добротности антенны Чу. Предлагаемый в нашей работе параметр добротности, фактически привязан к одной из схем трансформации по питанию нерезонансной антенны в резонансную (см. рис. 2-4). Такая трансформация добавляет реактивность в эквивалентную схему антенны, и соответственно ухудшает добротность антенны, поэтому используемый в работе параметр 0 всегда будет больше или равна предельной добротности Чу. Равенство наблюдается только для изначально резонансной антенны. Однако, на наш взгляд, предлагаемый подход к расчету добротности антенны, являясь с одной стороны достаточно несложным и не требующим нахождения запасенной энергии внутри радианной сферы или по-

    строения эквивалентной схемы антенны по Чу, позволяет практически сразу определить возможность согласования антенны с требуемым качеством согласования в заданной полосе при использовании фундаментальной схемы, изображенной на рис. 1.

    1. Сазонов Д.М. Устройства СВЧ и антенны М. Высшая школа, 1988.432 с.

    2. Р. Фано. Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов. М: Сов. радио, 1965. 72 с.

    3. Слюсар В.И. 60 лет теории электрически малых антенн. Некоторые итоги. Электроника, технология, бизнес 2006. № 7. С. 10-19.

    4. http://ru.wikipedia.org/7oldid~82864575. Дата доступа 2.05.2017.

    5. Chit L.J., Physical Limitations of Antenna Q, Journal of Applied Physics, 19, December 1948, pp. 1163-1175.

    6. Harrington R.F., Effect of Antenna Size on Gain, Bandwidth, and Efficiency J. Res. Nat. Bureau Stand., 64D, January 1960, pp. 1-12

    7. Yaghjian A.D. and Best S.R. Impedance, bandwidth, and Q of antennas. IEEE Trans. Antennas Propag,, vol. 53, pp. 1298-1324,2005.

    8. Воскресенский Д.И.. Гостюхин В.Л.. Максимов B.M., Пономарев Jl.И. Устройства СВЧ и антенны. М.: Радиотехника, 2006. 376 с.

    9. Бовкун В.П., Бубнов И.А., Градан А.А.. Жук КН. Инженерный расчет коротких толстых вибраторов, Радиофизика и радиоастрономия, 2013, Т. 18, № 2. С. 161-168.

    10. Варламов О.В., Горегляд В.Д. Расширение полосы согласования передающих вещательных антенн диапазона ДВ для работы в стандарте DRM. T-Comm Телекоммуникации и транспорт № I 2013. С. 18-22

    И, Гайнутдинов Т.А., Гаранкцна Н.И., Ко нержевский В.Г. Двухтвенное согласующее устройство длинноволновых радиовещательных антенн И T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. №6. 2015. С. 48-56.

    12. Гайнутдинов Т.А., Гаранкина Н.И., Кочержевский В.Г. Укороченный несимметричный петлевой вибратор // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, № 8, 2016. С. 9-17.

    13. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев НД, Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: Горячая линия Телеком, 2007. 491 с.

    Литература

    THE RADIATION QUALITY FACTOR OF SIMPLE VIBRATOR ANTENNAS

    Timur A.Gainutdinov, Nataliya I.Garankina, Vadim G. Kocherzhewskiy,

    Moscow technical university of telecommunications and informatics, Moscow, Russia, [email protected]

    Abstract

    In connection with the transition to digital broadcasting standards and data transmission at high speed in our country, the problem arises of upgrading existing antenna devices for work in these standards. One of the key requirements for antennas of such systems is high level of impedance matching throughout the whole frequency band of the signal. To assess the possibility of using existing antennas or creating new ones with improved matching is desirable to have relatively simple criterion for assessing of matching both in terms of comparing among themselves and in terms of the specific matching band with the specified VSWR.

    The purpose of this paper is to describe calculation methods for constructive quality of the dipole antennas. It allows under the given scheme of matching in the form of the band pass filter with the infinite number of links to find ultimate bands of matching under the given SWR or minimum possible SWR in the required frequency band for the big number of dipole antennas whose reactive impedance within a working band has a monotonically increasing character.

    For possibility of the initially no resonance antennas matching degree assessment by means of the scheme of matching with pronounced resonating characteristics it is offered to connect the transformation element to an input of the antenna turning no resonance characteristic of the antenna input impedance into the resonance one.

    Numerical results on calculation of constructive quality of such types of antennas as a dipole, a monopole, a folded monopole and its modifications, and an umbrella monopole also are given. Feasibility of antenna modification of simple dipole antennas for short and thin constructions and a possibility of feeder modification for longer and thick constructions are shown.

    Keywords: broadband matching, no resonance antenna, the antenna quality factor, sequential circuit with losses, band pass filter. References

    1. Sazonov D.M. (1988). SHF devices and antennas. Moscow: Higher school, 432 p.

    2. R. Fano. (1965). Theoretical Limitations on the Broadband Matching ofArbitrary Impedances. Moscow: Soviet radio, 72 p.

    3. Slyusar V.I. (2006). 60 years of the theory electrically small antennas. Some totals. Electronics, technology, business, no. 7, pp. 10-19.

    4. http://ru.wikipedia.org/?oldid=82864575 . viewed 2 May 2017.

    5. Chu L.J. (1948). Physical Limitations of Antenna Q. Journal of Applied Physics, 19, December, pp. 1163-1175.

    6. Harrington R.F. (1960). Effect of Antenna Size on Gain, Bandwidth, and Efficiency J. Res. Nat. Bureau Stand., 64D, January, pp. 1-12.

    7. Yaghjian A.D. and Best S.R. (2005). Impedance, bandwidth, and Q of antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, pp. 1298-1324.

    8. Voskresensky D.I., Gostyukhin V.L., Maximov V.M., Ponomarev L.I. (2006). SPF’s devices and antennas. Moscow: Radio engineering, 376 p.

    9. Bovkun V.P., Tambourines I.A., Gridin A. A. (2013). I.N’s Bug. Engineering calculation of short thick vibrators. Radiophysics and radio astronomy, vol. 18, no. 2, pp. 161-168.

    10. Varlamov O.V., Goreglyad V.D. (2013). Bandwidth Extension LW Transmitting Broadcasting Antenna Systems for Operating in DRM Mode. T-Comm, no. 1, pp. 18-22.

    11. Gainutdinov T.A., Garankina N.I., Kocherzhewskiy V.G. (2015). The two-unit coordinating device of long-wave broadcasting antennas. T-Comm, no. 6, pp. 48-56.

    12. Gainutdinov T.A., Garankina N.I., Kocherzhewskiy V.G. (2016). The shortened asymmetrical loopback vibrator. T-Comm, no. 8. pp. 9-17.

    13. Erokhin G.A. Chernyshev O.V. et al. (2007). Antenna Devices and Radio wave Propagation. Moscow: Hot Line Telecom, 491 p. Information about authors:

    Timur A. Gainutdinov, Assistant professor, Cathedra of Technical Electrodynamics and Antennas, MTUCI, Moscow, Russia Natalia I. Garankina, Engineer, Cathedra of Technical Electrodynamics and Antennas, MTUCI, Moscow, Russia Vadim G. Kocherzhewskiy, Senior lecturer, Cathedra of Technical Electrodynamics and Antennas, Moscow, Russia

    Добротность пьезоэлектрических резонаторов | АО Пьезо

    Реальные колебательные системы (механические, электрические и электромеханические) имеют различного рода потери, определяющие затухание их колебаний. Важным параметром таких систем, характеризующим их избирательные свойства, является добротность. Добротность Q по определению есть энергетический коэффициент, представляющий отношение реактивной мощности колебательной cистемы Рр к её активной мощности Ра: Q = Рр / Ра.

    Для расчётов более удобно выражать добротность как отношение максимальной реактивной энергии Wр, накапливаемой системой за период колебаний, к активной энергии Wа, расходуемой на разного рода потери за то же время: Q = 2π Wp / Wa.

    Добротность пьезоэлектрических резонаторов, для которых справедлива эквивалентная электрическая схема, может быть выражена через эквивалентные электрические параметры: Q = ω1 L1 / R1 = 1 / ω1 C1 R1, где ω1 — круговая частота последовательного резонанса резонатора.

    Колебания резонаторов сопровождаются разного рода потерями, совокупность которых определяет значения динамического сопротивления, называемого поэтому иногда сопротивлением потерь, следовательно, и добротности. Эти потери имеют как механическую, так и электрическую природу. Кварц является почти идеальным диэлектриком, поэтому потери диэлектрического происхождения могут не приниматься во внимание. У таких пьезоэлектриков, как пьезокерамика, диэлектрические потери значительны и могут заметно влиять на сопротивление и добротность резонаторов. Электрические потери, обусловленные главным образом сопротивлением электродов, обычно невелики и значительно меньше механических. Природа механических потерь сложна и разнообразна. Основными потерями являются: потери на акустическое излучение, внутреннее и наружное трение, связанные колебания в пьезоэлементе.

    Акустическая передача (излучение) колебаний происходит как в воздушную среду, окружающую пьезоэлемент, так и в систему крепления пьезоэлемента. Потери на акустическую передачу в воздушную среду можно радикально устранить, удалив её из оболочки резонатора, что и делают в вакуумных резонаторах. В герметичных конструкциях можно уменьшить потери на излучение установкой специальных экранов, расположенных относительно излучающих поверхностей пьезоэлектрического элемента так, чтобы отражать и возвращать обратно энергию, излучённую ,в воздушную среду. Такой же принцип используется и для уменьшения потерь, обусловленных передачей энергии механических колебаний в систему крепления. На проволочных держателях, являющихся механическими волноводами, для этого устанавливают специальные детали, называемые отражателями.

    Интенсивные механические колебания пьезоэлемента могут вызывать ионизацию окружающего его слоя газа, являющуюся также источником дополнительных потерь.

    Потери на внутреннее трение происходят как в кристаллическом материале пьезоэлемента, так и в присоединенных к нему элементах — электродных и контактных покрытиях, проволочных держателях, соединительных материалах (припоях, клеях). Трение в поверхностном слое пьезоэлемента, нарушенном процессами механической обработки, также является источником интенсивных потерь. Потери этого рода значительно больше потерь на внутреннее трение кристалла. Для их уменьшения повышают чистоту обработки поверхности пьезоэлектрического пьезоэлемента, подвергая её тонкой шлифовке, полировке и травлению.

    Источником потерь в поверхностном слое являются также разного рода загрязнения, например остатками флюса, следами жира и пота рук и т. п. Существенным источником потерь являются материалы, посредством которых крепятся проволочные держатели — мягкие припои и клеи. Для уменьшения этих потерь используют минимальные дозы припоя и составы с небольшим внутренним трением. Мягкие припои, содержащие свинец, вносят существенное затухание и в настоящее время не используются. Для иллюстрации степени влияния материала припоя на затухание можно привести такой пример: замена паяного соединения на термокомпрессионное у резонатора продольных колебаний повысила добротность с 5×104 до 5×105, т. е. на порядок. Достигнутый уровень технологии при правильных конструктивных решениях позволяет в настоящее время существенно уменьшить разного рода механические потери и гарантировать средний уровень добротности резонаторов не менее 104… 105 для большинства типов. Очень высокие значения добротности (выше 105) в большинстве случаев не требуются. Большая добротность необходима только для резонаторов, используемых в высокостабильных кварцевых генераторах и узкополосных стабильных фильтрах. Большая добротность резонаторов является следствием правильных конструктивных решений и свидетельством высокой культуры производства. Высокодобротные резонаторы имеют, как правило, более высокую временную стабильность частоты (меньшее старение). У малодобротных резонаторов чаще наблюдаются большие величины старения.

    В прецизионных кварцевых резонаторах некоторых типов добротность достигла предельно высоких значений и определяется практически только внутренним трением в кварце. Все остальные виды потерь уменьшены до предельно малых величин. В зависимости от частоты, типа колебаний и некоторых других факторов значения добротности могут достигать нескольких миллионов или даже десятков миллионов.

    Добротность динамика – что это?

    Начнем разбираться с основными параметрами динамиков. Добротность – один из ключевых параметров.

    Добротность динамика – это не про то, насколько качественно он сделан:) Много мифов и заблуждений я слышал относительно этого параметра, но, он очень важен. И было бы не плохо разобраться и разложить все по полочкам.

    Не зная значение добротности сказать что-то вразумительное о динамике будет невозможно.

    У многих я спрашивал, что же такое добротность, и абсолютное большинство людей, будучи не первый день в звуке и автозвуке, как-то неуверенно говорили про потери, про соотношение упругих и вязких сил, про ширину резонансной полки… А дополнительные вопросы вообще вводили народ в тупик:)

    Если говорить простыми словами, добротность — это история про затухающие колебания. Про то, как именно динамик ведет себя после устранения возмущающей силы (прекращения сигнала).

    Что нам скажет википедия: добротность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за время изменения фазы на 1 радиан. Обозначается символом Q от англ. quality factor.

    Все понятно?:)

    Давайте разбираться: что в динамике отвечает за запасы энергии, а что за потери.

    Очевидно, что запасать энергию могут подвесы: внешний подвес и центрирующая шайба — это пружины, которые стремятся вернуть подвижку в первоначальное состояние.

    А вот с потерями все не так очевидно. Есть механические потери (Qms), сюда входят потери на трение в подвесах, затраты энергии на звукоизвлечение и т.д. Но этот компонент не доминирует в общей картине, главную скрипку играет электрическая добротность (Qel или Qes). Среднее значение механической добротности для низкочастотного динамика от 2 до 10.

    В моторе динамика происходит следующая интересная штука: проводник (катушка), двигаясь в магнитном поле вырабатывает ЭДС, то есть, работает не как двигатель, а как генератор. Обычно динамики подключены к усилителю, а у них (у усей) мизерное сопротивление, очень близкое к 0.

    Получается, что когда сигнал от усилителя исчезает, а динамик «на ходу» – он работает как генератор, причем с максимальной нагрузкой (выходы катушки практически закорочены). Эта нагрузка создает достаточно мощную тормозящую силу, вынуждающую катушку и дифузор быстро остановиться.

    Среднее значение электрической добротности для низкочастотного динамика от 0,2 до 0,9. Сравните это с типовыми значениями механической добротности, и станет очевидно, что гашение колебаний (потери энергии) происходят преимущественно из-за электрической составляющей.

    Можно провести простой эксперимент: взять низкочастотный динамик и аккуратно постучать по диффузору (за целостность динамика я не отвечаю!))) Вы услышите небольшой гул на резонансной частоте.

    Если закоротить выводы катушки и постучать еще раз – гула уже не будет, потому что колебания на резонансной частоте практически сразу же гасятся в магнитной системе динамика.

    Электрическая и механическая добротности складываются друг с другом и в итоге получается полная добротность – именно этот параметр мы используем для расчетов оформления. Да, знать добротность нам нужно именно для этого – чтобы можно было определить, какой корпус и какое акустическое оформление подойдет к нашему динамику.

    Механическая и электрическая добротности складываются не просто суммой, а формулой, аналогичной сопротивлению при параллельном включении:

    Qts=Qes*Qms/( Qes+Qms)

    Делаем вывод: чем мощнее у динамика мотор (при прочих равных), тем меньше будет добротность. Поэтому на сверхмощных сабах ставят по нескольку жестких центрирующих шайб, иначе добротность упадет ниже плинтуса:)

    С запасами и потерями энергии вроде разобрались. Теперь определимся с конкретными значениями.

    Высокая добротность – это когда потери малы, а энергии в подвесах запасено много и колебания продолжаются после исчезновения возмущающей силы. Причем это не случайные колебания, а именно колебания на частоте резонанса головки.

    Низкая добротность – потери велики, и при исчезновении сигнала колебания сразу же затухают. У такого динамика нет склонности выделять какую-то определенную частоту.

    Логично предположить, что для динамика подойдет именно низкая добротность! Нам не нужно, чтобы после окончания сигнала динамик сам по себе продолжал что-то доигрывать (и всегда на одной и той же частоте). Важно понимать, что высокодобротный динамик не будет продлевать короткие ноты, он к любому возмущению будет добавлять бубнеж на своей частоте резонанса. Оттого звук становится монотонным, окрашеным, с постоянным гулом — ну, я думаю, все знают, как звучат дешевые компьютерные бубнелки и музыкальные центры?:) А нам важно чтобы дин воспроизвел именно тот сигнал, который на него отправили, без импровизаций и самодеятельности.

    Как сопротивление провода влияет на добротность.

    Как влияет акустическое оформление?

    Объем воздуха в закрытом ящике работает как дополнительная воздушная пружина, следовательно жесткость колебательной системы растет, добротность растет. Чем меньше объем ящика, тем сильнее растет добротность.

    В ЧВ к диффу как бы прикрепляется масса воздуха в туннеле, оттого итоговая добротность растет. Во фри, ОЯ, БЭ и прочих существенно меняться добротность не должна.

    Для себя я сделал следующий вывод, и думаю, что он правильный: мы должны получить итоговую добротность всех резонансов в пределах 0,5-0,7. Вне зависимости, какое оформление мы выбрали.

    Как видим, все акустические оформления в лучшем случае не меняют добротность, а в большинстве случаев существенно ее поднимают. Поэтому нам нужны низкодобротные динамики с добротностями от 0,3 до 0,7. Для того, чтобы возросшая в оформлении частота составила нужные нам 0,7.

    Но, с этим связана некоторая подстава:) 99% дешевых и легкодоступных динамиков высокодобротные. Я говорю про бюджетную автомобильную акустику, про динамики, устанавливаемые в компьютерные колонки, в музыкальные центры, в бюджетные системы 5:1, в бумбоксы всякие. Почти везде добротность динамика близка к 1, а зачастую и того больше.

    Не знаю, почему так делается, то ли на магнитах экономят и не могут в рамках бюджета сделать мощный мотор, то ли специально делают так, чтобы в ущерб качеству «долбило» лучше (а долбить оно будет реально сильнее, и на любой композиции одинаково: в частоту резонанса).

    А может это тонкий маркетинговый ход, вынуждающих тех, кто слышит разницу, платить вместо 5000р за колоночки 50 000+?:)

    Автор: Денис (АЗвука – теория звука) 29.12.19

     

     

    Источник

    29, 1

    FAQ: Что такое Q Factor?

    Добротность (Q) резонатора выражается как отношение накопленной энергии к потерянной за цикл колебаний. Общие потери через резонатор увеличиваются с уменьшением добротности и будут увеличиваться быстрее с частотой при более низких значениях добротности резонатора. Однако по-настоящему понять, как определяется добротность, немного сложнее. Давайте посмотрим поближе.

    Понимание различных компонентов Q-фактора

    Существует три типа Q: Q с нагрузкой, Q без нагрузки (Q и ) и внешний Q (Q и ), которые составляют Q-фактор.Q L измеряется по графику характеристик фильтра. Стандартное определение Q L — это показатель качества (FOM) для пропускной способности:

    Q L определяется тем, что происходит внутри фильтра, то есть Q и , и способом, которым устройство связано с внешним миром, то есть Q e :

    В целом, Q L — удобный способ рассказать о характеристиках фильтра, как показано на графике. Но когда дело доходит до того, что заставляет фильтр работать так, как он работает, лучше всего посмотреть на ненагруженную добротность резонаторов, из которых построен фильтр.

    Q u может варьироваться в зависимости от технологии фильтрации. В металлическом волноводе на частотах миллиметрового диапазона Q и обычно составляет около 2000, в то время как встроенный фильтр, такой как RFIC, будет работать в диапазоне от 25 до 100. Кроме того, Q и могут широко варьироваться в пределах класса, например микрополосковый фильтр, который является одной из технологий, с которыми мы работаем. Микрополосковое устройство Q и обычно составляет от 200 до более 300, в зависимости от реализации.

    Факторы, влияющие на Q

    Наша задача в Knowles Precision Devices — найти оптимальный подход для вашего приложения, но в целом есть несколько факторов, на которые мы обращаем внимание при разработке фильтра с «лучшим» Q.К ним относятся диэлектрические потери, потери металла и излучаемые потери. Во-первых, диэлектрические потери определяются коэффициентом рассеяния или тангенс угла потерь материала подложки, а также толщиной подложки. Чем меньше тангенс угла потерь и толще керамическая подложка, тем выше добротность.

    Потери металла определяются несколькими факторами, включая проводимость материала проводника, глубину скин-слоя при рабочей частоте и качество поверхности материала подложки.Чем выше проводимость и более гладкая поверхность подложки, тем выше добротность. Что касается глубины скин-слоя, необходимо определить правильную толщину металла в зависимости от рабочей частоты. Для достижения максимальной эффективности рекомендуется использовать минимум пять глубин скин-слоя.

    Кроме того, в типичных керамических микрополосковых компонентах обычно используются золотые проводники из-за высокой проводимости и коррозионной стойкости. Хотя медь имеет лучшую проводимость, чем золото, она подвержена окислению, поэтому для защиты при использовании меди необходимо нанести защитный барьерный слой с потерями.

    Наконец, излучаемые потери обычно имеют наименьшее влияние на добротность. Излучаемые потери могут возникать, когда фильтры размещаются рядом с соседними компонентами, которые могут непреднамеренно отводить энергию от фильтра. Следовательно, правильное экранирование важно для гарантии того, что фильтр не будет отрицательно влиять или подвергаться отрицательному воздействию других компонентов системы. Наши фильтры могут быть разработаны со встроенным экраном для защиты компонента от взаимодействия с соседними компонентами.

    Q L и Q и — полезные инструменты для понимания того, как фильтр делает то, что он делает, но когда дело доходит до этого, мы обнаруживаем, что клиентов больше волнует, на что на самом деле способен фильтр, а не конкретный коэффициент добротности. .Таким образом, в общем, мы советуем, что при рассмотрении вариантов фильтров, лучше всего делать покупки не только на основе Q-фактора, а больше сосредоточиться на конкретных FOM полосы пропускания, таких как полоса пропускания, центральная частота, вносимые потери и пульсации полосы пропускания.

    Подробнее о миллиметровых фильтрах Knowles Precision Devices.

    Фактор качества — Радиация | Nuclear-power.com

    Эквивалентная доза (обозначение H T ) — величина дозы, рассчитанная для отдельных органов (индекс T — ткань). Эквивалентная доза основана на дозе, поглощенной органом, скорректированной с учетом эффективности типа излучения . Эквивалентная доза обозначается символом H T . Единица СИ H T — это зиверт (Зв) или бэр (эквивалент рентгена), который все еще широко используется ( 1 Зв = 100 бэр ). Единица зиверта была названа в честь шведского ученого Рольфа Зиверта, сделавшего большую часть первых работ по дозиметрии в лучевой терапии.

    Как было написано, для целей радиационной защиты поглощенная доза усредняется по органу или ткани, T, и эта средняя поглощенная доза взвешивается для качества излучения с помощью весового коэффициента излучения , w R , для вида и энергии падающего на тело излучения. Весовой коэффициент излучения — это безразмерный коэффициент, используемый для определения эквивалентной дозы из поглощенной дозы, усредненной по ткани или органу, и основан на типе поглощенного излучения.Полученная в результате взвешенная доза была обозначена как эквивалентная доза для органа или ткани:

    Фактор качества

    Фактор качества типа излучения определяется как отношение биологического повреждения, вызванного поглощением 1 Гр. от этого излучения к биологическому ущербу, вызванному 1 Гр рентгеновских лучей или гамма-лучей.

    Добротность определенного типа излучения связана с плотностью ионных следов, которые он оставляет в ткани.Коэффициенты качества для различных типов излучения перечислены в таблице.

    Эти коэффициенты качества ограничены диапазоном доз, представляющим интерес для радиационной защиты, то есть общей величиной пределов дозы. В особых обстоятельствах, когда мы имеем дело с более высокими дозами, которые могут вызывать детерминированные эффекты, соответствующие значения ОБЭ применяются для получения взвешенной дозы.

    Весовой коэффициент излучения

    Источник: ICRP Publ. 103: Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите

    2007 г. В области радиационной защиты весовой коэффициент излучения представляет собой безразмерный коэффициент, используемый для определения эквивалентной дозы из поглощенной дозы, усредненной по ткани или органу, и основан на типе излучения. поглощенное излучение.Раньше для этой цели использовался аналогичный коэффициент, известный как коэффициент качества , . Весовой коэффициент излучения представляет собой оценку эффективности на единицу дозы данного излучения относительно стандарта с низкой ЛПЭ.

    До 1990 г. величины эквивалента дозы определялись как коэффициент качества Q (L), который применялся к поглощенной дозе в точке, чтобы учесть различия в эффектах различных типов излучения. В своих рекомендациях 1990 г. МКРЗ представила модифицированную концепцию.В целях радиологической защиты поглощенная доза усредняется по органу или ткани, T, и эта средняя поглощенная доза взвешивается для качества излучения с точки зрения весового коэффициента излучения w R , для типа и энергии падающего излучения. на теле.

    Причина для замены фактора качества, то есть отношения Q – L, значениями w R в определении эквивалентных доз для органа и эффективной дозы заключалась в том, что Комиссия считала:

    ‘, что детали и точность, присущая использованию формального отношения Q – L для изменения поглощенной дозы, чтобы отразить более высокую вероятность ущерба в результате облучения радиационными компонентами с высокой ЛПЭ, не оправдана из-за неопределенностей в радиологической информации ».

    Следует отметить, что эти два фактора, весовой коэффициент излучения и коэффициент качества ограничены диапазоном доз, представляющим интерес для радиационной защиты, то есть общей величиной пределов дозы. В особых обстоятельствах, когда мы имеем дело с более высокими дозами, которые могут вызывать детерминированные эффекты, соответствующие значения ОБЭ применяются для получения взвешенной дозы.

    Специальная ссылка : ICRP, 2003. Относительная биологическая эффективность (ОБЭ), коэффициент качества ( Q ) и весовой коэффициент излучения ( w R ).Публикация МКРЗ 92. Ann. МКРЗ 33 (4).

    Фактор качества микрополосковых резонаторов | Блог системного анализа

    Основные выводы

    • Добротность описывает способность резонатора накапливать энергию.

    • Добротность — это отношение накопленной энергии к энергии, потерянной в контуре резонатора.

    • Добротность ненагруженного резонатора называется добротностью ненагруженного. Добротность нагруженного резонатора называется нагруженной добротностью.

    В микроволновых цепях резонаторы используются для выбора частоты

    Свойство частотной избирательности резонаторов можно применять в усилителях, фильтрах и генераторах. В частности, микрополосковые резонаторы широко используются в микроволновых схемах, поскольку они обеспечивают миниатюризацию. Резонаторы с микрополосковыми линиями бывают либо разомкнутыми, либо короткозамкнутыми и характеризуются «добротностью» — параметром, который описывает способность резонатора накапливать энергию.Добротность микрополосковых резонаторов высока, и в этом заключается преимущество их использования в миниатюрных усилителях или фильтрах с узкополосными частотными характеристиками.

    Фактор качества микрополоскового резонатора

    Резонаторная цепь, реализованная с использованием микрополосковых линий передачи, может быть смоделирована с помощью емкости, индуктивности, сопротивления и шунтирующей проводимости элементов распределенной линии.

    Резонаторный контур накапливает в себе электромагнитную энергию; электрическая энергия хранится в конденсаторах, а магнитная энергия — в индукторах.Потери энергии в контуре резонатора представлены сопротивлением. На резонансной частоте электрическая энергия в конденсаторе равна магнитной энергии, запасенной в индукторах. В резонансных условиях микрополосковые резонаторы обеспечивают чисто резистивный входной импеданс.

    Добротность (добротность) — это отношение накопленной энергии к энергии, потерянной в контуре резонатора. Его можно обобщить следующим образом:

    Загруженные, ненагруженные и внешние факторы качества

    Основные характеристики микрополоскового резонатора можно определить по его резонансной частоте, коэффициенту связи и ненагруженной добротности.Микрополосковые линии, используемые для построения резонаторов, либо имеют открытый конец, либо закорочены, либо подключены к другим цепям. Добротность резонатора зависит от того, как и к какому контуру резонатор подключен или нагружен. Добротность резонатора может быть описана как добротность под нагрузкой, добротность без нагрузки или как внешняя добротность.

    Резонатор с микрополосковой линией может быть полуволновой линией, которая имеет емкостную связь с входной микрополосковой линией, или это может быть диэлектрический резонатор, который индуктивно связан с микрополосковой линией.Любой микрополосковый резонатор можно смоделировать с помощью распределенных элементов.

    Далее мы обсудим добротность обобщенной модели микрополоскового резонатора, приведенной ниже.

    Обобщенная модель микрополоскового резонатора

    Модель микрополоскового резонатора с использованием распределенных элементов

    Резонатор моделируется с помощью C, L и G 0 и соединен к внешней нагрузке, обозначенной как I N , G ex и B ex .Резонатор и цепь нагрузки имеют общее напряжение В. Схема выше согласована по сопротивлению.

    От порта 1-1 правый контур образует резонатор, а левый контур — внешнюю нагрузку. Добротность ненагруженного резонатора называется добротностью без нагрузки Q 0 . Рассматривая только контур резонатора, резонансная частота может быть задана как:

    , а добротность без нагрузки может быть определена как:

    https: // drive.google.com/file/d/1V2lG0EJ2GKQt-AvP7utYUz4rs_X2I_su/view

    G 0 = 1 / R 0 — это проводимость, которая представляет собой энергию, рассеиваемую в резонаторе. Потери в проводнике, диэлектрические потери и радиационные потери — это способы рассеивания энергии в микрополосковом резонаторе.

    Когда внешняя цепь подключена к резонатору, резонатор считается нагруженным. В этом нагруженном состоянии на добротность резонатора влияют внешние элементы схемы.Добротность резонатора в этом нагруженном состоянии называется нагруженной добротностью, которая отличается от ненагруженной добротности. Резонансная частота резонатора также немного меняется с нагрузкой. Нагруженная добротность Q L может быть определена следующим уравнением:

    Q ex — это внешний добротность:

    Коэффициент связи и добротность

    Фактор качества микрополосковый резонатор зависит от коэффициента связи k.Коэффициенты добротности под нагрузкой и без нагрузки имеют следующую взаимосвязь с коэффициентом связи:

    Мы видели, что резонатор и внешняя цепь имеют общее напряжение, В, поэтому, применяя соотношение напряжение-сопротивление к мощности, коэффициент связи может можно записать как:

    На основе мощности, рассеиваемой во внешней цепи и резонаторе, и в зависимости от значений Q 0 и Q ex, можно сказать, что в микрополосковой линии существуют различные типы связи. резонаторы.

    Коэффициент сцепления, к

    Отношения

    Тип муфты

    к = 1

    Q0 = Qex

    Критическая муфта

    k> 1

    Q0

    Под критической муфтой

    к <1

    Q0> Qex

    Муфта сверхкритического давления

    Тип связи, основанный на значениях добротности

    Разработка микрополоскового резонатора с высокой добротностью имеет важное значение для повышения производительности фильтров и генераторов, использующих их.К счастью, программное обеспечение Cadence может помочь в разработке микрополосковых резонаторов с высоким коэффициентом качества.

    Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений. Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

    Эффективные механизмы настройки добротности в микромеханических резонаторах: Прикладная физика Обзоры: Том 5, № 4

    Залалутдинов и др. 84 84. М.Залалутдинов, А. Цендер, А. Ольховец, С. Тернер, Л. Секарич, Б. Илич, Д. Чаплевский, Дж. М. Парпиа и Х. Г. Крейгхед, Appl. Phys. Lett. 79 , 695 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1388869 Улучшить 10 k Самостоятельная осцилляция.
    Залалутдинов и др. 190 190. М. Залалутдинов, К. Л. Обен, М. Панди, А. Т. Цендер, Р. Х. Рэнд, ЧАС.Г. Крейгхед, Дж. М. Парпиа и Б. Хьюстон, Appl. Phys. Lett. 83 , 3281 (2003). https://doi.org/10.1063/1.1618363 Улучшить 10 k Самостоятельная осцилляция.
    Aubin et al. 191 191. К. Обен, М. Залалутдинов, Т. Алан, Р. Б. Райхенбах, Р. Рэнд, А. Цендер, Дж. Парпиа и H. Craighead, J. Microelectromech. Syst. 13 , 1018 (2004). https: // doi.org / 10.1109 / JMEMS.2004.838360 Enhance 7.5 k Self-osc.
    Мецгер и Каррай 12 12. К. Х. Мецгер и К. Каррай, Nature 432 , 1002 (2004). https://doi.org/10.1038/nature03118 Оба 2 k 120, самоос.
    Кармон и др. 193 193. Т. Кармон, Х. Рохсари, Л. Ян, Т. Дж. Киппенберг и К. Дж.Вахала, Phys. Rev. Lett. 94 , 223902 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.223902 Enhance 1.2 k Self-osc.
    Рохсари и др. 192 192. Х. Рохсари, Т. Дж. Киппенберг, Т. Кармон и К. Дж. Вахала, IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 12 , 96 (2006). https://doi.org/10.1109/JSTQE.2005.862890 Enhance 630 Self-osc.
    Киппенберг и др. 85 85. Т. Дж. Киппенберг, Х. Рохсари, Т. Кармон, А. Шерер и K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 95 , 033901 (2005). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.033901 Enhance 3.5 k Self-osc.
    Pandey et al. 195 195. М. Панди, К. Обен, М. Залалутдинов, Р. Б. Райхенбах, А. Т. Цендер, Р. Х. Рэнд и Х. Г. Крейгхед, Дж.Microelectromech. Syst. 15 , 1546 (2006). https://doi.org/10.1109/JMEMS.2006.879693 Enhance 10 k Self-osc.
    Schliesser et al. 155 155. А. Шлиссер, П. Дель’Хэй, Н. Нуши, К. Дж. Вахала и T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 97 , 243905 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.243905 Оба 2,9 k 110, self-osc
    Arcizet et al. 173 173. О. Арсизе, П. Ф. Кохадон, Т. Брайант, М. Пинар и А. Хайдманн, Nature 444 , 71 (2006). https://doi.org/10.1038/nature05244 Оба 10 k 330, самоос.
    Gigan et al. 83 83. С. Гиган, Х. Р. Бём, М. Патерностро, Ф. Блазер, Г. Лангер, Дж. Б. Герцберг, К. С. Шваб, Д. Бойерле, М. Аспельмейер и А.Цайлингер, Nature 444 , 67 (2006). https://doi.org/10.1038/nature05273 Подавить 10 k 330
    Рохсари и др. 192 192. Х. Рохсари, Т. Дж. Киппенберг, Т. Кармон и К. Дж. Вахала, IEEE J. Sel. Верхний. Квантовая электроника. 12 , 96 (2006). https://doi.org/10.1109/JSTQE.2005.862890 Enhance 630 Self-osc.
    Хоссейн-Заде et al. 194 194. М. Хоссейн-Заде, Х. Рохсари, А. Хаджимири и K. J. Vahala, Phys. Ред. A 74 , 023813 (2006). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.74.023813 Enhance 2 k Self-osc.
    Heidmann et al. 174 174. А. Хайдманн, О. Арсизе, Т. Каниард, К. Молинелли, П. Верло, Т. Брайант и ПФ. Кохадон, Энн. Phys. 32 , 33 (2007).https://doi.org/10.1051/anphys:2008003 Оба 2 k 67, самоос.
    Харрис и др. 156 156. Дж. Г. Э. Харрис, Б. М. Цвикль и А. М. Джейич, Rev. Sci. Instrum. 78 , 013107 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2405373 Подавить 1,9 k 370
    Favero et al. 157 157. И. Фаверо, К. Мецгер, С.Камерер, Д. Кёниг, Х. Лоренц, Дж. П. Коттаус и K. Karrai, Appl. Phys. Lett. 90 , 104101 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2711181 Оба 1,1 k 640, 3,2 k
    Jourdan et al. 159 159. Г. Журдан, Ф. Комин и J. Chevrier, Phys. Rev. Lett. 101 , 133904 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.133904 Оба 2 к 950, 8.3 к
    Teufel et al. 33 33. J. D. Teufel, К. А. Регал и K. W. Lehnert, New J. Phys. 10 , 095002 (2008). https://doi.org/10.1088/1367-2630/10/9/095002 Оба 3,8 k 2,6 k, 5,6 k
    Metzger et al. 160 160. К. Мецгер, И. Фаверо, А. Ортлиб и К. Каррай, Phys. Ред. B 78 , 035309 (2008). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevB.78.035309 Подавить 260 28
    Metzger et al. 161 161. К. Мецгер, М. Людвиг, К. Нойенхан, А. Ортлиб, И. Фаверо, К. Каррай и F. Marquardt, Phys. Rev. Lett. 101 , 133903 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.133903 Улучшить 290 Самостоятельная осцил.
    Thompson et al. 82 82. Дж. Д. Томпсон, Б. М. Цвикль, А. М. Джейич, Ф. Марквардт, С. М. Гирвин и Дж. Г. Э. Харрис, Nature 452 , 72 (2008). https://doi.org/10.1038/nature06715 Подавитель 1,1 M 25 k
    Teufel et al. 175 175. J. D. Teufel, Дж. У. Харлоу, К. А. Регал и K. W. Lehnert, Phys. Rev. Lett. 101 , 197203 (2008). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevLett.101.197203 Подавить 500 k 14 k
    Schliesser et al. 196 196. А. Шлиссер, Р. Ривьер, Г. Анетсбергер, О. Арсизе и T. J. Kippenberg, Nat. Phys. 4 , 415 (2008). https://doi.org/10.1038/nphys939 Подавить 30 k 46
    Gröblacher et al. 158 158. С. Грёблахер, С.Гиган, Х. Р. Бём, А. Цайлингер и М. Аспельмейер, Europhys. Lett. 81 , 54003 (2008). https://doi.org/10.1209/0295-5075/81/54003 Подавление 2,1 k 200 м
    Anetsberger et al. 176 176. Г. Анетсбергер, О. Арсизе, К. П. Унтеррайтмайер, Р. Ривьер, А. Шлиссер, Э. М. Вейг, Дж. П. Коттаус и T. J. Kippenberg, Nat. Phys. 5 , 909 (2009).https://doi.org/10.1038/nphys1425 Enhance 70 k Self-osc.
    Lin et al. 198 198. Q. Lin, Дж. Розенберг, X. Цзян, К. Дж. Вахала и О. Живописец, Phys. Rev. Lett. 103 , 103601 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.103601 Оба 4 170 м, самоос.
    Gröblacher et al. 177 177.С. Грёблахер, Дж. Б. Герцберг, М. Р. Ваннер, С. Гиган, К. С. Шваб и M. Aspelmeyer, Nat. Phys. 5 , 485 (2009). https://doi.org/10.1038/nphys1301 Подавить 30 k 8
    Okamoto et al. 162 162. Х. Окамото, Д. Ито, К. Ономицу, Т. Согава и Х. Ямагути, Appl. Phys. Экспресс 2 , 035001 (2009). https://doi.org/10.1143/APEX.2.035001 Оба 20 k 5,7 k, 90 k
    Томс и Кармон 225 225. М. Томес и Т. Кармон, Phys. Rev. Lett. 102 , 113601 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.113601 Enhance 770 Self-osc.
    Schliesser et al. 197 197. А. Шлиссер, О. Арсизе, Р. Ривьер, Г. Анетсбергер и Т.J. Kippenberg, Nat. Phys. 5 , 509 (2009). https://doi.org/10.1038/nphys1304 Подавить 2 M 160 k
    Парк и Ван 226 226. Ю.-С. Парк и H. Wang, Nat. Phys. 5 , 489 (2009). https://doi.org/10.1038/nphys1303 Подавить 1,5 k 430
    Hölscher et al. 163 163. Х. Хёльшер, П. Мильде, У. Цервек, Л.М. Энг и R. Hoffmann, Appl. Phys. Lett. 94 , 223514 (2009). https://doi.org/10.1063/1.3149700 Оба 180 k 110 k, 410 k
    Hertzberg et al. 152 152. Дж. Б. Герцберг, Т. Рошело, Т. Ндукум, М. Савва, Клерк А.А. и K. C. Schwab, Nat. Phys. 6 , 213 (2010). https://doi.org/10.1038/nphys1479 Оба 280 k 56 k, 2.8 M
    Fu et al. 164 164. Х. Фу, Ю. Лю, Дж. Чен и Г. Цао, Sens. Actuators A 163 , 533 (2010). https://doi.org/10.1016/j.sna.2010.08.032 Оба 4,1 к 1,2 к, 14 к
    Грудинин и др. 199 199. И. С. Грудинин, Х. Ли, О. Пейнтер и K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 104 , 083901 (2010). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevLett.104.083901 Enhance 1 k Self-osc.
    Teufel et al. 208 208. J. D. Teufel, Д. Ли, М. С. Оллман, К. Чичак, А. Ж. Сируа, Дж. Д. Уиттакер и Р. В. Симмондс, Nature 471 , 204 (2011). https://doi.org/10.1038/nature09898 Подавить 360 k 11 k
    Bahl et al. 86 86.Г. Баль, М. Томес, Ф. Марквардт и T. Carmon, Nat. Phys. 8 , 203 (2012). https://doi.org/10.1038/nphys2206 Оба 12 k 810, 480 k
    Rivière et al. 201 201. Р. Ривьер, С. Делеглиз, С. Вайс, Э. Гавартин, О. Арсизе, А. Шлиссер и T. J. Kippenberg, Phys. Ред. A 83 , 063835 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.83.063835 Подавить 10 k 450
    Verhagen et al. 200 200. Э. Верхаген, С. Делеглиз, С. Вайс, А. Шлиссер и Т. Дж. Киппенберг, Nature 482 , 63 (2012). https://doi.org/10.1038/nature10787 Подавить 5,2 k 45
    Teufel et al. 77 77. J. D. Teufel, Т. Доннер, Д. Ли, Дж.У. Харлоу, М. С. Оллман, К. Чичак, А. Ж. Сируа, Дж. Д. Уиттакер, К. В. Ленерт и Р. В. Симмондс, Nature 475 , 359 (2011). https://doi.org/10.1038/nature10261 Подавить 330 k 35
    Okamoto et al. 167 167. Х. Окамото, Д. Ито, К. Ономицу, Х. Санада, Х. Гото, Т. Согава и Х. Ямагути, Phys. Rev. Lett. 106 , 036801 (2011).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.036801 Оба 6,5 к, 8,5 к 2,1 к, автопроб.
    Чан и др. 87 87. Дж. Чан, Т. П. М. Алегре, А. Х. Сафави-Наейни, Дж. Т. Хилл, А. Краузе, С. Грёблахер, М. Аспельмейер и О. Пейнтер, Nature 478 , 89 (2011). https://doi.org/10.1038/nature10461 Подавить 100 k 250
    Зайцев и др. 221 221. С. Зайцев, А.К. Пандей, Штемплюк О. Букс Э. // Phys. Ред. E 84 , 046605 (2011). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.84.046605 Оба 240 k 80 k, автопроб.
    Laurent et al. 168 168. Дж. Лоран, А. Моссет, О. Арсизе, Ж. Шеврие, С. Хуант и H. Sellier, Phys. Rev. Lett. 107 , 050801 (2011). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevLett.107.050801 Оба 15 k 7,5 k, автопроб.
    Fu et al. 165 165. Х. Фу, К. Лю, Ю. Лю, Дж. Чу и G. Cao, Appl. Phys. Lett. 99 , 173501 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3655333 Улучшение 1,6 k Самостоятельная осцилляция.
    Massel et al. 178 178. Ф. Массель, Т. Т. Хейккиля, Дж.-M. Пирккалайнен, С. У. Чо, Х. Салониеми, П. Дж. Хаконен и М. А. Силланпяя, Nature 480 , 351 (2011). https://doi.org/10.1038/nature10628 Enhance 27 k Self-osc.
    Krause et al. 31 31. А. Г. Краузе, М. Вингер, Т. Д. Блазиус, К. Линь и О. Художник, Нат. Фотоника 6 , 768 (2012). https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.245 Подавить 1.4 M 14 k
    Fu et al. 166 166. Х. Фу, К. Лю, Ю. Лю, Дж. Чу и Г. Цао, Опт. Lett. 37 , 584 (2012). https://doi.org/10.1364/OL.37.000584 Оба 1,5 k 750, 1,7 k
    Faust et al. 181 181. Т. Фауст, П. Кренн, С. Манус, Дж. П. Коттаус и E. M. Weig, Nat. Commun. 3 , 728 (2012).https://doi.org/10.1038/ncomms1723 Оба 290 k 150 k, самоос.
    Barton et al. 209 209. Р. А. Бартон, И. Р. Шторч, В. П. Адига, Р. Сакакибара, Б. Р. Киприани, Б. Илич, С. П. Ван, П. Онг, П. Л. Макьюэн и J. M. Parpia, Nano Lett. 12 , 4681 (2012). https://doi.org/10.1021/nl302036x Оба 500 240, автопроб.
    Massel et al. 182 182. Ф. Массель, С. У. Чо, Ж.-М. Пирккалайнен, П. Дж. Хаконен, Т. Т. Хейккиля и M. A. Sillanpää, Nat. Commun. 3 , 987 (2012). https://doi.org/10.1038/ncomms1993 Подавить 35 k 1,6 k
    Harris et al. 202 202. Г. И. Харрис, У. Л. Андерсен, Дж. Книттель и W. P. Bowen, Phys.Ред. A 85 , 061802 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.85.061802 Улучшить 320 Самостоятельная осцил.
    Watanabe et al. 169 169. Т. Ватанабэ, Х. Окамото, К. Ономицу, Х. Гото, Т. Согава и Х. Ямагути, Appl. Phys. Lett. 101 , 082107 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4747328 Улучшение 1,3 k Самостоятельная осцил.
    Safavi-Naeini et al. 78 78. А. Х. Сафави-Наейни, Дж. Чан, Дж. Т. Хилл, Т. П. М. Алегре, А. Краузе и О. Живописец, Phys. Rev. Lett. 108 , 033602 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.033602 Подавить 93 k 2,6 k
    Purdy et al. 210 210. Т. П. Парди, Р. В. Петерсон, П. Л. Ю и C.A. Regal, New J. Phys. 14 , 115021 (2012).https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115021 Подавить 14 M 290
    Хургин и др. 179 179. Ж. Б. Хургин, М. В. Прюсснер, Т. Х. Стиватер и В. С. Рабинович, New J. Phys. 14 , 105022 (2012). https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/10/105022 Enhance 19 k Self-osc.
    Тейлор и др. 203 203.М. А. Тейлор, А. Сорковский, Дж. Книттель, К. Х. Ли, Т. Г. Макрей и W. P. Bowen, Opt. Экспресс 20 , 12742 (2012). https://doi.org/10.1364/OE.20.012742 Улучшение 600 Самостоятельная осцилляция.
    Usami et al. 149 149. К. Усами, А. Нэсби, Т. Багчи, Б. М. Нильсен, Дж. Лю, С. Стоббе, П. Лодаль и E. S. Polzik, Nat. Phys. 8 , 168 (2012).https://doi.org/10.1038/nphys2196 Оба 2.3 M 31 k, саморегулирующийся.
    Флауэрс-Джейкобс et al. 211 211. Н. Э. Флауэрс-Джейкобс, С. В. Хох, Дж. С. Санки, А. Кашканова, А. М. Джейич, К. Дойч, Дж. Райхель и Дж. Г. Э. Харрис, Appl. Phys. Lett. 101 , 221109 (2012). https://doi.org/10.1063/1.4768779 Подавить 65 k 3,3 k
    Zhang et al. 204 204. М. Чжан, Г. С. Видерхеккер, С. Манипатруни, А. Барнард, П. Макьюэн и М. Липсон, Phys. Rev. Lett. 109 , 233906 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.233906 Улучшить 3,4 к. Самостоятельная осцил.
    Suh et al. 212 212. Дж. Сух, А. Дж. Вайнштейн и K. C. Schwab, Appl. Phys. Lett. 103 , 052604 (2013). https: // doi.org / 10.1063 / 1.4816428 Enhance 74 k 460 k
    Fainstein et al. 214 214. А. Файнштейн, Н. Д. Ланзиллотти-Кимура, Б. Жуссеран и Б. Перрин, Phys. Rev. Lett. 110 , 037403 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.037403 Enhance 100 k Self-osc.
    Vanner et al. 170 170. М. Р. Ваннер, Дж.Хофер, Г. Д. Коул и M. Aspelmeyer, Nat. Commun. 4 , 2295 (2013). https://doi.org/10.1038/ncomms3295 Подавить 31 k 450
    Blocher et al. 185 185. Д. Б. Блохер, А. Т. Зендер и R.H. Rand, J. Microelectromech. Syst. 22 , 835 (2013). https://doi.org/10.1109/JMEMS.2013.2248124 Улучшение Н.М. Самостоятельная осцил.
    Yuvaraj et al. 184 184. Д. Юварадж, М. Б. Кадам, Штемплюк О. E. Buks, J. Microelectromech. Syst. 22 , 430 (2013). https://doi.org/10.1109/JMEMS.2012.2226931 Enhance N.M. Self-osc.
    Багери и др. 183 183. М. Багери, М. Пут, Л. Фан, Ф. Марквардт и H. X. Tang, Phys. Rev. Lett. 111 , 213902 (2013). https://doi.org/10.1103 / PhysRevLett.111.213902 Enhance 6 k Self-osc.
    Woolf et al. 228 228. Д. Вульф, ПК. Хуэй, Э. Ивасе, М. Хан, А. В. Родригес, П. Деотаре, И. Булу, С. Джонсон, Ф. Капассо и М. Лончар, Опт. Экспресс 21 , 7258 (2013). https://doi.org/10.1364/OE.21.007258 Оба 3,6 k 640, саморегулирующийся.
    Adiga et al. 213 213. В. П. Адига, Р. де Альба, И. Р. Шторч, П.А.Ю., Б. Илич, Р. А. Бартон, С. Ли, Дж. Хоун, П. Л. Макьюэн, Дж. М. Парпиа и Х. Г. Крейгхед, Appl. Phys. Lett. 103 , 143103 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4823457 Enhance 17 k 80 k
    Li-Ping et al. 171 171. Д. Ли-Пин, М. Тиан-Хуа, Ф. Хао и С.Гэн-Ю, Чин. Phys. В 23 , 107801 (2014). https://doi.org/10.1088/1674-1056/23/10/107801 Подавить 25 k 2,1 k
    Suchoi et al. 222 222. О. Сухой, Л. Элла, Штемплук О. Букс Э. // Phys. Ред. A 90 , 033818 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.90.033818 Улучшить 7,4 k Самостоятельная осцил.
    Thijssen et al. 186 186. Р. Тайссен, Т. Дж. Киппенберг, А. Полман и Э. Верхаген, ACS Photonics 1 , 1181 (2014). https://doi.org/10.1021/ph500262b Enhance 1 k 5 k
    Dhayalan et al. 215 215. Ю. Даялан, И. Баскин, К. Шломи и Букс Э. // Phys. Rev. Lett. 112 , 210403 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.210403 Увеличить N.М. Самостоятельная осн.
    Suchoi et al. 223 223. О. Сухой, К. Шломи, Л. Элла и Букс Э. // Phys. Ред. A 91 , 043829 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.043829 Enhance 270 k Self-osc.
    Шломи и др. 187 187. К. Шломи, Д. Юварадж, И. Баскин, О. Сухой, Р. Виник и Букс Э. // Phys.Ред. E 91 , 032910 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.032910 Улучшить Н.М. Самостоятельная осцил.
    Ян и др. 224 224. В. Ян, С. А. Герке, К. В. Нг, Ю. Рао, К. Чейз и C. J. Chang-Hasnain, Sci. Отчет 5 , 13700 (2015). https://doi.org/10.1038/srep13700 Enhance 3.6 k Self-osc.
    Okamoto et al. 172 172. Х. Окамото, Т. Ватанабэ, Р. Охта, К. Ономицу, Х. Гото, Т. Согава и Х. Ямагути, Нат. Commun. 6 , 8478 (2015). https://doi.org/10.1038/ncomms9478 Оба 5,6 k 930, 19 k
    Zhang et al. 205 205. М. Чжан, С. Шах, Дж. Карденас и М. Липсон, Phys. Rev. Lett. 115 , 163902 (2015). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevLett.115.163902 Enhance 3.4 k Self-osc.
    Пирккалайнен и др. 216 216. Ж.-М. Пирккалайнен, Э. Дамскегг, М. Брандт, Ф. Массель и M. A. Sillanpää, Phys. Rev. Lett. 115 , 243601 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.243601 Подавить 39 k 370
    Khanaliloo et al. 188 188.Б. Ханалилоо, Х. Джаякумар, А. С. Грычув, Д. П. Лейк, Х. Кавиани и П. Э. Барклай, Phys. Ред. X 5 , 041051 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041051 Оба 720 к 7,2 к, автопроб.
    Zhu et al. 229 229. Х. Чжу, Ф. Йи и E. Cubukcu, Nat. Фотоника 10 , 709 (2016). https://doi.org/10.1038/nphoton.2016.183 Enhance 61 k 18 k, Self-osc.
    Ким и Бахл 227 227. С. Ким и Г. Баль, Опт. Экспресс 25 , 776 (2017). https://doi.org/10.1364/OE.25.000776 Подавить 8,3 k 3,8 k
    Peterson et al. 217 217. Р. В. Петерсон, Т. П. Парди, Кампель Н.С., Р. В. Эндрюс, П.-Л. Ю, К. В. Ленерт и C.A. Regal, Phys. Rev. Lett. 116 , 063601 (2016).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.063601 Подавить 8,2 M 1,6 k
    Clark et al. 218 218. Дж. Б. Кларк, Ф. Лекок, Р. В. Симмондс, Ж. Аументадо и Дж. Д. Тойфель, Nature 541 , 191 (2017). https://doi.org/10.1038/nature20604 Подавить 670 k 1,7 k
    Inoue et al. 220 220. Т.Иноуэ, Ю. Анно, Ю. Имакита, К. Такей, Т. Ари и С. Акита, ACS Omega 2 , 5792 (2017). https://doi.org/10.1021/acsomega.7b00699 Enhance 300 Self-osc.
    Suzuki et al. 207 207. Р. Сузуки, Т. Като, Т. Кобатаке и Т. Танабе, Опт. Экспресс 25 , 28806 (2017). https://doi.org/10.1364/OE.25.028806 Улучшение 100 Самостоятельная осцилляция.
    Houri et al. 219 219. С. Хури, С. Дж. Картамил-Буэно, М. Пут, П. Г. Стинекен, Х. С. Дж. Ван дер Зант и W. J. Venstra, Appl. Phys. Lett. 110 , 073103 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4976310 Улучшить 430 Самостоятельная осцилляция.
    de Alba et al. 189 189. Р. де Альба, Т. С. Абхилаш, Р. Х. Рэнд, ЧАС.Г. Крейгхед и J. M. Parpia, Nano Lett. 17 , 3995 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b04769 Enhance 5 k Self-osc.
    Gil-Santos et al. 206 206. Э. Хиль-Сантос, М. Лабусс, К. Бейкер, А. Гетчи, В. Хиз, К. Гомес, А. Лемэтр, Г. Лео, К. Чути и И. Фаверо, Phys. Rev. Lett. 118 , 063605 (2017). https: // doi.org / 10.1103 / PhysRevLett.118.063605 Enhance 1 k Self-osc.
    Patel et al. 230 230. Р. Н. Патель, З. Ван, В. Цзян, К. Дж. Сарабалис, Дж. Т. Хилл и A.H. Safavi-Naeini, Phys. Rev. Lett. 121 , 040501 (2018). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.040501 Подавить 200 k 33 k

    Q Factor — обзор

    II.A.2 Экспозиция

    Экспозиция X представляет собой частное dQ на dm . где dQ — абсолютное значение полного заряда ионов одного знака, произведенных в воздухе, когда все электроны, высвобождаемые фотонами в элементе объема воздуха, имеющем массу дм , полностью останавливаются в воздухе; то есть

    X = dQ / dm.

    Это определение указывает на то, что экспозицию можно измерить, собирая заряд, произведенный в известном объеме (массе) воздуха, произведенном взаимодействием фотонов в воздухе.

    Особой единицей воздействия является рентген, названный в честь первооткрывателя рентгеновских лучей. Один рентген эквивалентен 2,58 × 10 –4 Кл / кг. В единицах СИ рентген больше не будет использоваться, и экспозиция будет просто измеряться в единицах Кл / кг (заряд, произведенный на единицу массы).

    Это определение является очень ограничительным, поскольку оно применяется только к фотонам (т. Е. Рентгеновским и гамма-излучениям), взаимодействующим в воздухе; воздействие других излучений не следует выражать в единицах экспозиции.Кроме того, энергия излучения, взаимодействующего с другими типами материи (например, тканью), не может быть выражена в единицах воздействия. Дополнительный фактор, о котором часто забывают, заключается в том, что величина воздействия не определена для фотонов с энергией> 3 МэВ. Тем не менее, эта величина по-прежнему широко используется в радиационной защите, и большинство карманных дозиметров (прямое и косвенное считывание) «считывают» единицы воздействия, как и многие портативные приборы для исследования с ионизационной камерой с воздухом (точнее, мощность облучения). .С введением единиц СИ некоторые производители карманных ионизационных камер поставляют свои дозиметры с внутренней шкалой, которая считывается непосредственно в кулонах на килограмм. В настоящее время эти дозиметры прямого считывания не продаются в США.

    A Более полезное количество указано в определении поглощенной дозы. Поглощенная доза D — это частное дм ɛ на дм , где дм ɛ — средняя энергия, передаваемая ионизирующим излучением веществу в элементе объема, а дм — масса вещества в этом объеме. элемент.Математически

    D = dε / dm.

    Это фундаментальное определение просто утверждает, что поглощенная доза — это энергия, поглощенная на единицу массы облучаемого материала. специальная единица поглощенной дозы — рад и 1 рад = 0,01 Дж / кг. В новой системе СИ для поглощенной дозы используется серый цвет, а 1 Гр = 1 Дж / кг. Другими словами, 1 Гр = 100 рад.

    В области радиационной защиты персонала интерес представляет эквивалентная доза . Эквивалент дозы H является произведением поглощенной дозы, добротности и любых других модифицирующих факторов, которые могут быть подходящими для ситуации облучения.то есть

    H = D × Q × N.

    В этом уравнении D представляет поглощенную дозу из приведенного выше уравнения, Q — коэффициент качества и N — произведение всех модифицирующих факторов. Для ситуаций внешнего облучения всегда предполагается, что N равно 1. (Совсем недавно ICRU решило отказаться от коэффициента N , потому что не было случаев, когда ему присваивалось значение, отличное от единицы. ) Значения добротности зависят от типа излучения и линейной передачи энергии (ЛПЭ) излучения.Однако в целях радиационной защиты обычно предполагается, что значения Q являются постоянными для определенных типов или излучения. В настоящее время приняты значения

    Q = 1 для электронов, бета-излучения, рентгеновского, гамма-излучения и тормозного излучения.

    Q = 20 для альфа-частиц, осколков деления и ядер отдачи, хотя ни один из них не представляет опасности внешнего излучения.

    Q = 3 для тепловых и промежуточных нейтронов (энергии <10 кэВ).

    Q = 10 для быстрых нейтронов (энергия> 10 кэВ) и протонов, хотя Международная комиссия по радиологической защите (ICRP) недавно рекомендовала увеличить Q до 20 для быстрых нейтронов. Это изменение не было широко включено в национальные рекомендации по радиационной защите и не было реализовано в федеральных постановлениях.

    Следует отметить, что данные об эквивалентной дозе нейтронного потока представлены в табличной форме в Разделе 10 Свода федеральных правил, часть 20.4 «Единицы дозы излучения» можно использовать для получения добротности как функции энергии нейтронов.

    Традиционной единицей эквивалента дозы является бэр. Согласно традиционному определению эквивалента дозы, единица бэр не имеет эквивалента в сгс (сантиметр-грамм-секунда) или мкс (метр-килограмм-секунда). Зарезервировать специальную единицу для использования с количественным эквивалентом дозы и не связывать с ней никаких других условных единиц было способом указать, что эквивалент дозы был произведением физической величины (поглощенной дозы), эмпирическим коэффициентом, применяемым для учета различий в биологическая реакция на равные поглощенные дозы от разных излучений (коэффициент качества), а также фактор, учитывающий любые другие эффекты, которые могут быть отмечены для конкретных ситуаций облучения (другие модифицирующие факторы).

    Совсем недавно МКРЗ решила заменить термин фактор качества , Q термином весовой коэффициент излучения , w R . Однако для целей этого обсуждения добротность и весовой коэффициент излучения концептуально эквивалентны.

    Единица СИ для эквивалента дозы называется зиверт, где 1 Зв = 1 Дж / кг и, следовательно, 1 Зв = 100 бэр. В этом случае ICRU решил, что коэффициент качества и коэффициент распределения безразмерны, и поэтому было ясно, что и поглощенная доза, и эквивалент дозы должны иметь одни и те же единицы в системе СИ.Присвоение зиверту тех же единиц измерения, что и для серого, вызвало большую путаницу и обсуждение в сообществе радиационной защиты. Однако на данном этапе это не должно вызывать проблем, поскольку единицы СИ еще не приняты для использования в целях радиационной защиты в Соединенных Штатах.

    Фактор качества (Q) | Введение в цифровые фильтры

    Фактор качества (Q)

    Добротность (Q) двухполюсного резонатора определяется соотношением [20, с.184]

    (E.7)

    где и — параметры резонаторного перехода функция
    (E.8)

    Обратите внимание, что Q определяется в контексте непрерывного времени резонаторов, поэтому передаточная функция представляет собой преобразование Лапласа (вместо преобразования z ) непрерывного (вместо дискретное время) импульсная характеристика.Введение в Анализ преобразования Лапласа приведен в Приложении D. Параметр называется постоянной демпфирования (или « коэффициент демпфирования ») передаточной функции второго порядка и называется резонансная частота [20, с. 179]. Резонансная частота совпадает с физической частота колебаний импульсной характеристики резонатора при постоянная демпфирования равна нулю. Для демпфирования света приблизительно физическая частота импульсного колебания (умноженное на скорость перехода через нуль синусоидальных колебаний при экспоненциальный спад).Для больших постоянных демпфирования лучше использовать воображаемую часть положения полюса как определение резонансная частота (которая точна в случае одиночного сложного столб). (См. §B.6 для более полного обсуждения резонаторов, в случае дискретного времени.)

    По формуле корней квадратного уравнения полюсы передаточной функции даны

    (E.9)

    Следовательно, полюса сложны только тогда, когда.Поскольку настоящие полюса не резонируют, у нас для любого резонатора. Дело называется с критическим демпфированием , а называется передемпфирование . Резонатор () называется с недостаточным демпфированием , и предельный случай просто без демпфирования .

    Что касается обозначений предыдущего раздела, в котором мы определили один из сложных полюсов как , у нас есть


    Для резонаторов совпадает с классическим определением количество [20, с.624]

    Поскольку мнимые части сложных полюсов резонатора равны , скорость перехода через нуль импульса резонатора ответ переходов в секунду. Кроме того, очень близка к пиковой частоте в резонаторе амплитудный отклик. Если исключить полюс отрицательной частоты, становится ровно пиковая частота. В других словами, как мера пиковой частоты резонанса, только не учитывает взаимодействие положительной и отрицательной частоты резонансные пики в частотной характеристике, которые обычно незначительны за исключением низкочастотных резонаторов с сильным демпфированием.На любую сумму демпфирование дает частоту пересечения нуля импульсной характеристикой точно, как сразу видно из вывода в следующем раздел.

    Время затухания — Q периодов

    Еще одно хорошо известное практическое правило состоит в том, что резонатор — это количество « периодов » при экспоненциальном затухании его импульса отклик. Точнее, покажем, что для импульсная характеристика затухает в циклах, что составляет около 96 процентов спада, или -27 дБ.

    Импульсная характеристика, соответствующая уравнению (E.8), находится по формуле инвертирование преобразования Лапласа передаточной функции. С тех пор только второго порядка, решение можно найти во многих таблицах Преобразования Лапласа. В качестве альтернативы мы можем разбить его на сумму условия первого порядка, обратимые при проверке (возможно, после переопределение преобразования Лапласа экспоненциального распада, которое очень простой). Таким образом, мы выполняем частичное разложение дроби Уравнение(E.8) для получения

    где задаются уравнением (E.9), а некоторая алгебра дает

    как соответствующие вычеты полюсов.

    Таким образом, импульсный отклик

    В предположении резонатора имеем , куда (используя обозначения предыдущий раздел), а импульсная характеристика сводится к

    где и — общие амплитудные и фазовые постоянные, соответственно. E.1

    До сих пор мы показали, что импульсный отклик затухает как с синусоидальной радианной частотой под экспоненциальной огибающей.После Q периодов на частоте , время продвинулось к

    где мы использовали определение (E.7) . Таким образом, после периодов огибающая амплитуды уменьшилась до что составляет около 96 процентов распада. Единственное приближение в этом выводе было который выполняется всякий раз, когда , или .

    Q как энергия, запасенная по сравнению с рассеиваемой

    Еще одно значение для [20, с. 326]

    где резонатор свободно затухает (невозбужден).

    Доказательство. Общая накопленная энергия в данный момент составляет равна полной энергии оставшегося отклика. После порыва в момент времени 0 запасенная энергия в резонаторе второго порядка равна

    Энергия, рассеянная в первом периоде является , куда

    Предполагая, как и раньше, так что

    Предполагая далее, что получаем Это энергия, рассеиваемая за один цикл. Разделив это на общая накопленная энергия в нулевой момент времени, , дает откуда как заявлено.Обратите внимание, что это эмпирическое правило требует, когда требуется только один из предыдущего раздела.
    Следующий раздел:
    Аналоговые фильтры Allpass
    Предыдущий раздел:
    Связь радиуса полюса с пропускной способностью

    Коэффициент качества

    Как в #physics, так и в некоторых # инженерных приложениях мы часто используем словарный коэффициент качества. Добротность — это безразмерный параметр, описывающий осциллятор или резонатор. Q-фактор определяется как отношение пиковой энергии, запасенной в # резонаторе в цикле колебаний, к энергии, потерянной на радиан цикла.

    Если коэффициент качества выше, он показывает меньшую скорость потерь энергии, поэтому количество колебаний становится медленным. Например, когда мы подвешиваем маятник в sir, он имеет высокий коэффициент добротности, а в масле он имеет меньшую добротность по сравнению с воздухом. Таким образом, резонаторы, имеющие добротность, имеют низкое демпфирование. Так они чаще вибрируют дольше.

    Q Factor

    Q Factor описывает резонансное поведение резонатора. Резонаторы с более высокой добротностью, синусоидально управляемые с большими амплитудами, но в этом состоянии частоты имеют меньший диапазон.В ходе этого процесса мы определяем термин «пропускная способность». Полоса пропускания — это диапазон частот, в котором резонирует осциллятор. В радиоприемнике, если мы используем схему с высокой добротностью, это потребует большей избирательности. Но это упрощает работу, отфильтровывая сигналы от других станций, находящихся в более близком спектре.

    В генераторе высоких частот у нас меньший диапазон более стабильных частот. Добротность осцилляторов в конечном итоге варьируется от одной системы к другой. Это зависит от конструкции системы.

    Системы, для которых необходимо демпфирование, должны иметь Q около 1⁄2. Как часы, лазеры и другие резонирующие системы, которые требуют сильного резонанса или высокой частоты, будут иметь высокую добротность. В камертоне присутствует около 1000 качественных факторов. Некоторые лазеры с высокой добротностью и атомные часы с высоким коэффициентом качества, которые имеют сверхпроводящие ВЧ-резонаторы, могут иметь диапазон до 10¹¹ и выше.

    Часто физики и инженеры используют некоторые альтернативные величины для описания осциллятора. Например, коэффициент затухания, относительная полоса пропускания, ширина линии и т. Д.Концепция фактора качества предложена К.С. Джонсоном из западной электроэнергетической компании. Когда оценивал качество катушек. Он предложил термин Q-фактор.

    Фактор качества и демпфирование

    Фактор качества зависит от поведения простых демпфированных генераторов.

    • Генератор становится чрезмерно демпфированным, когда система имеет низкий коэффициент качества. Такая система никоим образом не осциллирует, однако при движении от ее сбалансированного согласованного состояния доходности она возвращается к ней посредством экспоненциального затухания, двигаясь в сторону согласованного состояния, оцениваемого асимптотически.У него есть мотивационная реакция, которая представляет собой совокупность двух экспоненциально убывающих возможностей с разной скоростью распада. По мере уменьшения добротности более медленный режим распада становится более обоснованным по сравнению с более быстрым режимом и подавляет реакцию системы, вызывая более медленную систему. Фильтр нижних частот второго запроса с очень плохим коэффициентом качества имеет реакцию шага примерно на первом запросе; доходность системы реагирует на вклад стадии постепенным подъемом к асимптоте.

    • Осциллятор становится недостаточно демпфированным, когда система имеет высокий коэффициент качества. Эта система представляет собой комбинацию колебаний с определенной частотой, которая снижает амплитуду сигнала. В генераторе с недостаточным демпфированием системы с низким коэффициентом качества могут колебаться только меньшее количество раз. Относительная величина демпфирования уменьшается с увеличением добротности. Чистая колебательная система, например, вечно звенящий колокол, имеет безграничную добротность.Тем более, что по большей части выход фильтра нижних частот второго запроса с первоклассным фактором реагирует на вклад стадии быстрым выходом за пределы, колебаниями и, в конечном итоге, встречей с постоянным уважением государства.

    • Генератор становится критически демпфированным, когда система имеет промежуточный коэффициент качества. Выход этой системы не колеблется или не перескакивает, как система с недостаточным демпфированием. Критическое демпфирование обеспечивает более быструю реакцию, которая возможна без перерегулирования.Детали реальной системы обычно допускают некоторый перерегулирование для более быстрой вводной реакции или требуют более медленной пусковой реакции, чтобы обеспечить безопасность против перерегулирования.

    Влияние фактора качества

    Фактор качества является очень важным элементом при работе со схемой настройки RF. Обычно нам требуется высокий коэффициент качества, что очень выгодно. Но и здесь у нас есть некоторые соображения.

    • Пропускная способность: Пропускная способность схемы настройки # будет уменьшаться, если у нас будет высокий коэффициент качества.Таким образом, схема настройки будет сильнее, потому что энергия накапливается в цепи.

    • Широкая полоса пропускания: Во многих радиочастотных приложениях существует необходимость в широкой пропускной способности. Для некоторых типов настроек требуется широкая пропускная способность для передачи данных, а для различных приложений требуются фиксированные фильтры для обеспечения широкополосного покрытия. Несмотря на то, что может потребоваться быстрое устранение нежелательных знаков, существует конкурирующая предпосылка для широких скоростей передачи. Точно так же во многих приложениях ожидаемое качество Q должно быть разрешено, чтобы обеспечить общую производительность, которая требуется для сбора предпосылок для широкой передачи данных и устранения нежелательных сигналов.

    • Общие паразитные сигналы: Паразитные сигналы часто удаляются схемой настройки. Для более высоких требований к добротности нам нужны более резкие фильтры. Таким образом, мы можем удалить из этого ложные сигналы.

    • Звонок: Добротность резонаторного контура увеличивается за счет уменьшения этих потерь. Это приводит к тому, что любое колебание, которое настроено, будет долгим путем умереть. Другими словами, можно сказать, что это звонко.

    Формулы добротности

    Основная формула добротности или добротности основана на потерях энергии в # индукторе, цепи или других формах компонента.

    • Математическое выражение коэффициента качества относительно приведенного выше определения: Q = цикл Estored / Elostper.

    • Когда мы рассматриваем полосу пропускания RF, формула принимает вид Q = F0 / F3dB

    Вывод:

    Коэффициент качества # или Q используется в применении производительность резонаторного контура.Значения коэффициента Q часто используются при определении характеристик катушки индуктивности, конденсатора или настроенной цепи.

    См. Также:
    1. Технология Zigbee

    2. Напряжение и ток

    3. 5G Communications

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *