射频中常见指标分析

1.功率，功率电平，最大输出功率在射频通信电路中，数字信号传输的是状态，而射频信号传输的是能量，我们一般不用电压或电流描述信号，而是用功率电平来描述，单位用分贝（dB）来表示。电平指的信号的电流、电压或者功率与某一基准值的比值取对数。功率电平与功率(瓦特)的转换如下：增益即放大倍数。正整数换算成分贝值的计算公式如下：一个部件的ALC功率就是它的最大输出功率。最大输出功率指的是增益为最大时，满足系统其他所有指标要求时，系统所能达到的最大功率电平。2.带内波动带内波动又称增益平坦度，指有效频带内或信道内最大增益与最小增益的差值。电路中的滤波模块、功能模块的匹配都会影响整个链路的波动。3.峰均比峰均比（PAR）定义为某个概率下的峰值功率与平均功率的比。计算公式如下：Prms平均功率：系统的实际输出功率。Ppeak峰值功率：以某种概率出现的冲激瞬时值。从时域观察，经过调制以后，信号的包络变化并非恒定的，信号的瞬时功率也并非恒定，出现的概率也不尽相同。各种概率下的峰均比曲线就形成了CCDF曲线（互补积分曲线），下图所示Aglient仪器上的CCDF曲线，从上面可以读出各种概率下的峰均比。我们常看的是0.01%概率下的峰均比。峰均比一般用来评价非理想线性的影响。峰均比越大，应用相同非线性器件需要的功率回就退越多。4.1dB压缩点1dB压缩点，定义为增益压缩1dB时，输入或输出的功率值。增益压缩1dB时的输入电平称为输入1dB压缩点，此时的输出电平称为输出1dB压缩点，又称为P-1。下图非常形象的描述了1dB压缩点的概念，横轴为输入功率Pout，纵轴为输出功率Pin，那么坐标平面的曲线表示的是增益曲线（dB）。理想的增益曲线（ideal）应该是一条直线，但是现实中，由于器件的非线性，实际的增益曲线（real）并不是一条直线。实际的输出功率不可能随输入功率的增加一直成比例的放大，当输入信号增大到一定程度，器件会饱和，输出不再增加。1dB压缩点越高，意味着器件的输出功率越高，线性放大范围越大。5.三阶交调交调或者互调指的是两个频率为f1和f2（基频信号）信号，在经过一个非线性系统后，产生频率分量m*f1±n*f2（m，n=0，1，2，……）的现象。其中m+n的值称为分量的阶，比如f1+f2称为2阶分量，2f1-f2称为3阶分量。由于3阶分量2f1-f2和2f2-f1离输入信号f1和f2最近，一般不可能滤除掉，成为主要考虑的干扰信号。双音信号经过一个非线性放大系统后的交调分量情况如下图所示。射频指标中常见的交调指标有IP3（IIP3、OIP3）、IMP、ΔIM（或IMD），他们的定义分别是：IP3，Third-orderInterceptPoint，3阶截获点，是一个理论值，定义为基频增益变化曲线与3阶交调信号增益变化曲线相等时的功率。它是一个表示线性度或失真性能的参数，IP3越高表示线性度越好和更少的失真。IIP3，InputThird-orderinterceptpoint，即输入3阶截获点，定义为基频增益曲线与3阶增益曲线的相等时的输入功率。从图下所示增益曲线可以推导出IIP3的计算公式，已知A点的输入功率Pin，利用斜率、ΔIM和相似三角形的比例关系，可以推导出其计算公式为IIP_3=P_in+ΔIM/2P_in=P_out-GIIP_3=OIP_3-GOIP3，OutputThird-orderinterceptpoint，即输出3阶截获点，定义为基频增益曲线与3阶增益曲线的相等时的输出功率。计算公式为：OIP_3=P_out+ΔIM/2IMP，3rdorderintermodulationproduct，即三阶交调产物，如下图输出频谱曲线所示的IMP值，它是从频谱上读取到三阶交调频率上功率值。ΔIM或IMD是交调抑制，定义为输出功率与交调产物的功率差，计算公式为：ΔIM（dBc）=PO-IMP在调试过程中我们经常会碰到IP3临界或者不够的情况，常常需要用到IP3级联公式来分析。从公式中我们可以看出级联的非线性器件越多，总的IP3越差，而且末级的IP3对整个链路的IP3影响最大。常见射频性能指标解析（二）2013-06-0414:04加入收藏转发分享人人网开心网新浪微博搜狐博客百度收藏谷歌收藏qq书签豆瓣淘江湖FacebookTwitterDiggYahoo!Bookmarks6.噪声系数噪声系数定义为输入信噪比与输出信噪比的差。要理解噪声系数，先要了解噪声。电路中的噪声指的是无用的信号。自然界有背景噪声，有源系统有热噪声，噪声可以说无处不在。过高的噪声可能会淹没有用信号，使信号传输的质量变差。如果用P代表功率，S代表信号，N代表噪声，i代表输入端，o代表输出端，那么噪声系数的公式可以表示为如果用分贝来表示，可以表示为：噪声系数NF（dB）=输入端信噪比（dB）—输出端信噪比（dB）噪声系数就是用来衡量一个器件或者系统噪声恶化程度的一个指标。噪声系数越小，信号经过系统后质量越好。下图演示的就是信号经过一个器件后噪声系数的影响。左侧的图表示输入的信号和噪声底，经过一个增益为G，噪声系数为NF的器件后，信号被抬高了G（dB），噪声底也被抬高了G（dB），并且叠加了器件内部的电荷载流子的随机运动而产生噪声后，噪声还被抬高了NF（dB），所以噪声底被抬高得多一点，因此输出端的信噪比恶化了。噪声系数可以通过噪声源或噪声计来测量，也可以用增益法计算出噪声系数。假设知道增益值G、输出带宽内的噪声总功率Pout，可以通过公式计算出噪声系数NF：NF（dB）=Pout-10×Log10（KTB）-G其中：K为玻尔兹曼常数1.38×10^-23J/KT为参考绝对温度（绝对温度=摄氏温度+273）B有效噪声带宽在系统调试过程中，如果噪声系数临界或者不够，我们常常需要用到噪声系数的级联分析。噪声系数级联公式：从公式中可以看出第一级噪声系数对整个链路的的噪声系数影响最大7.端口回波和驻波电压驻波比或驻波（VSWR）定义为入射波和反射波叠加的行驻波的波腹与波节电压之比，而回波损耗或回波（RL或者ReturnLoss）定义为入射功率与反射功率的之比。要讲回波和驻波相关概念，不得不讲阻抗匹配。阻抗匹配和功率是射频电路里面最重要的两个概念。阻抗匹配是指信号源或者传输线与负载的一种阻抗关系，它可以分为无反射匹配和共轭匹配两种。无反射匹配是源阻抗Zs与负载阻抗Zl相等，没有反射信号。共轭匹配则是源阻抗Zs与负载阻抗Zl成共轭关系，源和负载之间经过多次反射后，负载接收到的功率比没有反射的时候更大。射频信号是一种电磁波。在无反射匹配的情况下，信号是行波的形式存在。现实中很难做到完全无反射匹配，对于不匹配或共轭匹配，传输线上同时存在入射波和反射波，入射波和反射波叠加，最终信号会形成行驻波。我们将反射波与入射波电压幅度之比为反射系数τ。反射系数、电压驻波比、回波损耗三者有如下关系端口驻波和回波可以通过网络分析仪测试得到，端口的回波损耗和驻波比能反映端口匹配状态，驻波比越小，回波损耗越小，端口或传输线的匹配越好，传输的效率就越高。8.相位噪声相位噪声是一个频域的概念，通常定义为偏移某一频率点f0给定频偏f处的功率与f0点的总功率的比值，单位为dBc/Hz。相噪=总功率与相噪处的功率差(dB)-积分带宽的分贝值(dB）假设从频谱仪上读到Ps=20dBm，f0偏移10KHz处f的功率值为-10dBm，此时RBW=10KHz，那么此时10KHz处的相位噪声按公式计算相位噪声和抖动是同一现象时域和频域的不同表现。下图所示的在时域抖动与频域相噪的波形对比。相位噪声是反映频率源稳定度的一个指标，设备中本振的相位噪声会影响调频、调相系统的最终信噪比，影响检波器的性能和调制系统的误码率等。我们一般用频谱仪直接测试，常测试1K，10K，100K处的相位噪声