万物皆可振,只是缺少一个和它匹配的频率源而已。
谐振现象,是射频设计中最常遇到的一种,很多人可能一提到谐振,就联想到LC谐振电路,其实谐振无处不在。如果我们用另一个名字来描述折中现象可能就显得更广义一些——共振。谐振又称为共振,这个我们最早学习物理中振动的时候学习过,振荡系统在周期性外力作用下,当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时,振幅急剧增大的现象。
共振,大家一定比较熟悉了,最有名的一个故事是拿破仑行军踩踏大桥,就是因为士兵步伐的频率和大桥固有频率相同或者接近,产生了共振,使桥的振动加强,超过了大桥的承载力,从而使得桥断裂。以至于后来很多国家规定:大队人马过桥时,要改齐走为便步走。
这里面提到两个谐振相关的名词:外力作用频率和系统固有振荡频率。在射频电路设计中,这个外力作用频率就是电磁波信号(或者交流电)的频率,这个不同多说,但是系统固有振荡频率在射频电路中怎么解呢?
从电路理论来说,就是LC谐振电路的频率,这个谐振频率f0只和电路中的电容C和电感L有关,无论进来的信号是什么频率,LC电路的谐振频率始终是下式中的f,这个f就是这个LC电路的固有谐振频率。
进而,根据上节所讲的分布参数特征,射频电路中的每一部分都有其固有的谐振频率,这个谐振频率只跟电路的电感电容相关,包括各种的寄生电容,寄生电感等。从这个角度来说,一个射频系统中有很多很多的谐振,我们设置在电路里面的LC串联或者并联电路,射频走线阻抗不连续性产生的寄生电容/电感引发的谐振,屏蔽腔的谐振,甚至整个射频系统结构的谐振。
在射频设计中,谐振不可避免,在信号选频,滤波,耦合,放大,辐射中,谐振都起着不可替代的作用。但是一些谐振也会引起电路的自激,干扰和不稳定出现,在设计中,一定要加以识别,趋利避害。我们接着分享几个快速计算射频系统谐振的方法。
原文始发于微信公众号(射频学堂):射频设计中不可或缺的射频思维—— 谐振思维