
【电】 external quality factor
besides; in addition; not closely related; other; outer; outside; unofficial
【医】 ec-; ecto-; exo-; extra-; xeno-
【计】 figure of merit; Q-factor; quality factor
【化】 quality factor
外品质因数(External Quality Factor)是电子工程和微波技术中用于描述谐振系统与外部电路耦合效率的关键参数,其英文对应词为"External Q Factor"或"Coupling Quality Factor"。该参数定义为谐振器存储能量与通过外部端口耗散能量的比值,数学表达式为:
$$ Q_e = frac{omega0 U}{P{ext}} $$
其中$omega0$为谐振频率,$U$为存储能量,$P{ext}$为外部损耗功率。在微波滤波器设计中,外品质因数直接影响通带边缘的陡峭度,数值越低表明系统与外部负载的耦合越强。
根据IEEE标准定义,外品质因数需与无载品质因数($Q_0$)和有载品质因数($Q_L$)严格区分:三者关系满足$frac{1}{Q_L} = frac{1}{Q_0} + frac{1}{Q_e}$,这组公式已成为射频电路设计的理论基础。美国国家标准技术研究院(NIST)的实验数据显示,微带谐振器的典型外品质因数范围在100-1000之间,具体数值受耦合结构形式(如探针耦合、孔径耦合)和基板材料介电常数的影响。
在工程实践中,外品质因数的精确测量需采用矢量网络分析仪进行S参数扫频测试,通过提取谐振曲线的3dB带宽计算得出。该方法已被收录于《微波工程手册》第4章,并得到中国电子学会天线与微波技术委员会的认证。
外品质因数是描述谐振系统或储能元件与外部电路能量交换关系的参数,主要用于衡量外部负载对系统能量损耗的影响。以下是详细解释:
基本定义 外品质因数($Q_e$)特指由外部负载或耦合引起的能量损耗与系统总储能之比。在谐振电路中,总品质因数$Q$由内部损耗($Q_i$)和外部损耗($Q_e$)共同决定,满足关系式: $$ frac{1}{Q} = frac{1}{Q_i} + frac{1}{Q_e} $$
物理意义
计算公式 根据的谐振电路能量分析,外品质因数可表示为: $$ Q_e = 2pi frac{text{系统储能}}{text{外部负载单周期耗能}} $$ 例如在耦合谐振器中,若外部负载电阻为$R$,则$Q_e = frac{R}{omega L}$($omega$为谐振角频率,$L$为电感)。
典型应用
注:实际工程中常通过调节耦合系数来改变$Q_e$,进而控制系统带宽和插入损耗。更多技术细节可参考电磁场理论相关专著。
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