提高磁棒天线的Q值是提高高频载波的幅值。

zkh.frank

我是从一个形象的角度来理解天线的Q值。磁棒配上电容本质上就是一个振荡回路，其Q值就像定义了一个滑动窗口，然后把窗口内所有振荡周期的能量进行叠加，窗口的大小就是Q个周期，并且每个周期就往前滑动一个周期（相当于丢掉窗口最老的那个周期，加入最新一个周期的能量）。Q值越大，窗口越大，积累的能量就越高（简单地说，就是幅值比单个周期高Q倍）

如果用一个频率 f 的等幅波（例如一个CW信号 di dah 信号），经过这样一个同样谐振于频率 f 的LC谐振电路，可以观察到输出的波形是一个纺锤形：一开始逐渐增大，然后保持不变（此时的幅度就是单个CW周期幅度的Q倍），最后（当CW信号撤销后）慢慢变小，直到消失。

至于调制度，按照上面模型，我草草分析的结果是不变，供参考。

大孔景元

用一个脉冲激励LC回路，得到的是一串衰减振荡，，用同频率的一串正弦脉冲串激励LC回路也是相似的，脉冲串输入，lc两端振幅是逐渐上升的，脉冲串停止，lc两端振幅逐渐下降

如果调幅信号的调制度通过LC回路后不会变化，那么上述现象就不会发生，输入是矩形波，输出依然是矩形波

输入输出波形的变化原因就是lc回路的Q值越高，自身的谐振振幅变化越拖沓，跟不上快速变化

ssffzz1

大孔景元 发表于 2023-11-12 11:33
用一个脉冲激励LC回路，得到的是一串衰减振荡，，用同频率的一串正弦脉冲串激励LC回路也是相似的，脉冲串输 ...

今中午有空测试了一下，普通住宅没有电磁屏蔽环境，干扰比较大。测出来不是很可信。

1、信号发生器通过5匝线圈耦合到一根磁棒上，磁棒是LC调谐回路。信号发生器发出1M载波的AM调制信号，调制度30%，音频是1k。
然后用频谱分析仪的AM分析功能看调制度。


这个是电路。
这个磁棒的Q几百还是有的。不调谐到谐振频率上，频谱仪根本看不到信号。频谱仪的灵敏度能到-100多个dB以上，都看不到信号。


信号发生器的设置，都标红了。


AM调制信号的情况，可明显看到载波频率和上下边带。


AM分析的结果。调制度30%。

ssffzz1

二、去掉磁棒，频谱分析仪直接测试信号发生器的输出


直接接上了。


AM分析情况。调制度还是30%。不过这个能看到音频的谐波了。这个信号对频谱分析仪来说挺强的了。


三、减小信号发生器的输出，是到达频谱分析仪的信号和用磁棒的时候相同。


调低了输出电平。


可以和上帖比较下。


AM分析情况。调制度小了一些。这里我不知道是信号发生器的原因还是其他原因。我认为是信号发生器自身的原因。同时家里干扰比较大，也没法确定。


我的看法是，Q值不会改变调制度，至少是影响不会太大。
当然你说的Q无限大的情况，也许是可能的，但这个情况是不存在的，目前的有载Q最高也就几百的量级。
Q无限大，那么磁芯也就过载了，放大电路也就过载了。任何载波的通带都是无限小，也就没有调制度的说法了。

大孔景元

谢谢提供详实的实验，1千赫音频信号频率太低，相比于1000千赫载波，磁棒线圈做到极致Q值也影响不了丝毫，500KC载频频率，10千赫音频调制，会有明显不同

ssffzz1

大孔景元 发表于 2023-11-12 14:36
谢谢提供详实的实验，1千赫音频信号频率太低，磁棒线圈做到极致Q值也赢不了丝毫，500KC载频频率，10千赫音 ...

我刚试了下仪器，在不同的载波频率和不同的音频信号频率下，调制度的确不一样。中间没有过磁棒，直通的。可能是仪器有问题，或者超出了范围。

但是在AM频段400k-50m，1k的调制波，30%这个是准的。

机器对于，10k的音频信号，调不上去。FM可以AM不行，上不去。


不过还是不太明白。
Q表征的是LC震荡电路的无功功功率情况，在谐振频率下，他们对外呈现为一个纯电阻。在通带范围内，稍为呈现容性或感性。按说他们对调制度不会有过大的影响。

当然你载波频率和调制波接近的话，是另外一回事了。



补充：
后来用示波器观察了一下信号发生器的输出，发现音频信号用1k还是5k，调制度不变。看来和频谱分析仪有关系，不是信号发生器的问题。冤枉好人了。

ssffzz1

这张图片是过了磁棒的。




这张图片是没过磁棒的。

他们的唯一区别就是是否过了磁棒，其他参数一样的。

可以看到调制度是基本一样的。
（这里我个人理解应该是峰值30%,才比较正确。但这里是RMS30%，可能不太对。我手里信号发生器可能有问题。）



至于前面帖子的（不在这个帖子里）后一张图，是因为改了信号发生器的输出幅度。我家里有干扰，还有机器原因，这个参考意义并不是那么大。

ym78321

Q值高，幅频特性变窄，离载波远一点的频率信号幅值被压低，当Q值无穷大则理论上带宽为零，相当于LC自己收窄了通带直至只允许载频通过，这不是改变了调制度，而是改变了频谱分布。
在Q值上升至无穷大的过程中，先是滤掉了调制信号（压制）高频，然后是中频、最后是低频，这是响应，引申为选择；是已调制波的某个频率下的幅值被压低了，不是相对比值（音频/载频）被改变了。
说幅值就要对应某个频率，说Q相当于说带宽内全部频率响应，就是幅频信号透过这个带宽窗口的频谱，不是单一频率；当Q无穷大，只有一个载频，但已经没有调制度了。

zkh.frank

大孔景元 发表于 2023-11-12 11:33
用一个脉冲激励LC回路，得到的是一串衰减振荡，，用同频率的一串正弦脉冲串激励LC回路也是相似的，脉冲串输 ...

下面是我自己瞎琢磨的，民科出身，供参考。
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爱因斯坦的一个过人之处在于思想实验。能否在大脑中具现出一个物理过程的图景是一个非常重要的能力。通过图形化的思考LC振荡对谐振载波的影响，是我之前那个帖子想要表达的一个重要信息。

我个人对Q值理解：是指谐振回路在每个振荡周期损耗当前周期1/Q的能量，所以，Q个周期正好损耗一个完整周期的能量，从而达到一种平衡：即新进来的一个周期的能量正好补充之前所损失的能量。

一个粗糙的数学公式大致如下（下标的关系可能不准确）：

S[n] = X[n-Q+1] + X[n-Q+2] + ... + X[n]

用递推公式可能更容易理解：
S[n] = S[n-1] + X[n] - X[n-Q]

下标表示时间，S[n] 为 T_n时刻的谐振波形的幅度，X[n]表示T_n个时刻近来的信号幅度，所以，观察到的谐振波形，是随时间逐渐右移，抛弃掉最老的那个信号，并把当前最新的信号包含进来。


再把调制信号考虑进来。调制信号本质上是载波幅度的变化，调制度本质上是载波幅度相对最大最小值的一个比例关系，也就是依照一个低频正弦波的方式缓慢影响X[n]的值（缓慢的意思是取决于载波和调制信号的频率之比，例如1000KHz/5KHz=200）。实际中，上述比值会大于Q值，这意味着一个宽度为Q个周期的时间窗口可以捕捉并反映出调制信号的变化。

的确，由于谐振导致Q个周期信号的叠加，的确会使得叠加之后的信号并不是原始载波信号的线性放大，因此波形并不对等，正如前面说的，可能是变成纺锤形，但这对频率远低于载频的调制信号来说并没有太大影响。

带小朋友玩过荡秋千的朋友，可以用下面的场景来想像（这是我带小孩时领悟出来的）：当你的小孩坐在秋千上来回晃动时，秋千有自己的周期（近似的，就像物理中的单摆或者老式座钟一样），如果你每次在他荡到最高点的时侯，总是给一个顺向的推力（并且假定推力总是一样的），这就是模拟了载波进入了振荡回路。你可以想像秋千会越荡越高，但是最终会到一个平衡点，因为秋千振荡过程中有损耗（摩擦力或者风阻之类的，这种损耗等价于振荡回路中的电阻或者其它损耗）。

假定你现在去模拟调制信号，从而改变你推动秋千运动的力量，你会发现秋千的幅度会跟随你力量的变化而变化（简而言之，当你用力小的时侯，秋千会稳定到一个幅度比较低的状态，反之亦然）. 所以，即使是谐振了，谐振出来的振幅依然会（等比例地？）反应载波幅度大小的变化


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学渣是老师教了，什么都没学会（不管是淘气还是笨）
一般的学生，学会了一部份老师讲的
好学生，学会了大部份或者全部老师讲的
学霸，是学会了老师讲的，并且能举一反三
天才，是从老师讲的东西里面，领悟出自己的东西

与君共勉 (不要误会，我不是天才，只是羡慕那些天才而已)

大孔景元

载波1000kc，调制波5kc，Q值很难到“过高”的程度，载波降到500-600kc，仪器要以松耦合的方式加到LC回路，比如串个几p的电容，用耦合线圈的话可以用十几p的电容

冰岛

18#、19#的测试结果非常有说服力，不过我还是想说说我自己的看法。
AM广播和AM通信（包括平衡调幅和单边带平衡调幅）是利用边频传送信息的，因此，理论上当天线回路的Q值高到一定程度，再提高Q值就只能提升载波幅度，边频幅度未必能同步提升，因为Q等于谐振频率除以通频带所得的商，在载波和天线回路谐振频率一定的情况下，当Q值高到边频无法完整通过天线回路，楼主说的那种情况就会出现。不过，广播、通信频率划分时就已经考虑到了Q值对通频带的影响，带宽7.25M的电视图像信号不会使用中波和短波传送就是这个原因，长波、中波、短波主要用来传送语音内容，语音频率上限只有3k，受电子材料的制约，在长波、中波、短波段要制作出通频带小于6k的天线回路实际并不容易（不是不可能），因此楼主说的提高Q值只会提升载波幅度，不提升边带幅度的情况并不多见。
另一方面，小信号检波器输出的音频幅度正比于载波幅度与边带幅度的乘积，因此，即使天线回路Q值高到无法让边频完整通过，只要提高Q值仍然可以提高载波幅度，因此对于矿石收音机和检波前增益不高的简易收音机来说，提高天线回路Q值仍然是提升检波输出音频电平的有效手段。

MF35_

ssffzz1 发表于 2023-11-10 16:15
多谢，学习了。

"而无源天线，其能量利用率都不是100%，所以其增益总"

你说的对，定向天线有正增益的，它是把其他方向的电磁波聚集到特定方向实现的

大孔景元

ssffzz1 发表于 2023-11-12 15:18
这张图片是过了磁棒的。

目前在整理仪器，把工作室工作台恢复起来，等春节前后把这类实验做一遍发上来

jdm1717

增益也分为，电压增益，电流增益，和功率增益吧？

ym78321

等待大孔老师的测试验证。
重读此贴，还是不好理解调制度变化。没有数学手段，只有浅表地推理（当然不一定对）；
Q值提高通带收窄，肯定是载波幅值相对提高的多，其它频率分量相对提高的少；某个频率的时域波形在调制时被压低或拔高了其振幅，这个瞬时信号（单看这个周期或半周期，它体现不出调制度），如果这个瞬时信号所对应的频率幅值被压缩了，那么它相邻波峰也被压缩了非常接近的（载频是fm的120倍以上，600kHz/5kH z为例），似乎看不见相邻10几个波峰之内与原始信号的相对变化，这样似乎调制度不变，但，当通带内频率相差较大的两个频点来看，其幅值响应差别较大，而时域信号表达不出来，-----因此派生出一个问题：调制度表征的是波幅变化量，因而，是在时域内的。

从频谱来看，随之通带收窄，通带内频率较高的分量被压低较多，Q无穷大时，通带内被调制的频率分量都被排挤出去了，只剩下被无限拔高的载波，这个演变过程能不能理解成调制度改变了且最终到Q值无穷大时调制度变成零？很难理解，似乎不能这样理解；只能理解成选频作用把其它已调频率分量都排挤出去，最后只剩下载波自己，而不是调制度缩为零----似乎这样好理解一些。

但矛盾的地方是，如果载频与fmax不是差别120倍，而是只差几倍十几倍（已不是实际广播信号了），那么在时域信号里就有可能看到相隔不远的两个波峰---它分别对应两个频率相差很大且频率突变的，那么他们的振幅被高Q尖峰压低的程度夸张到很明显，那么这能否代表调制度不同呢？不好理解。我目前感觉好像调制度被离散化定义时才可以说变，否则是不变的。------等待进一步的测试。