射频中常见指标介绍

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。
金融时报中文网从时域观察,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
标记免疫分析与临床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。
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          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-order Intercept Point,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,Input Third-order intercept point,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/2
P_in=P_out-G
IIP_3=OIP_3-G
OIP3,Output Third-order intercept point,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/2
IMP,3rd order intermodulation product,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)  2013-06-04 14:04
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6. 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:
NFdB=Pout - 10×混凝土多孔砖Log10KTB- G
同人女研究所其中:
K为玻尔兹曼常数1.38×10^ -23 J/K

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