一、射频功率的定义
在低频电路中,信号的大小通常都是用电压或者电流来表示的,而在射频电路中,由于传输线上存在驻波,电压和电流失去了唯一性,所以射频信号大小一般是用功率来表示的。
功率被定义为单位时间内的能量流,国际通用的功率单位是W(瓦),其定义为J/s(焦耳/s),在行波条件下,射频功率也可以采用类似低频电路的表达方式:
在上述公式中,P为功率(W),I为电流(A),V为电压(V),而Z0为无损传输线的特征阻抗。
二、功率电平的计量单位——dB(分贝)
在不同的发射和接收系统中,所遇到的功率电平相差很大,即使在同一个系统中,也会出现相差数万亿倍的功率电平,例如,在蜂窝系统中,载频和互调产物的幅度分别为20W和10e-14W,为了避免过大和过小的数值同时出现,同时也是为了可以直接相加减,通常采用对数单位dB来描述功率的大小。对数单位既可以描述功率电平的相对大小,也可以描述绝对值的大小。
我们以下图的系统为例,
经过衰减器后的功率为的变化量为:
S21=10lg(P2/P1)
经过放大器后的功率的变化量为:
S32=10lg(P3/P2)
S21和S32即是以dB为单位的功率变化量,也可以用dBc来表示,请注意经过衰减器后,功率降低了,所以S21是负值,而经过放大器后,功率增加后,所以S32是正值。
以dB为单位的功率变化可以直接加减,在上面的例子中,从P1到P3的变化为:
S31=10lg(P3/P1)
也可以表达为:
S31=S31+S32
三、功率的绝对值表达法
另P1=1mW,即将1mW作为一个参考电平,将1mW作为一个参考电平,与P1比,P2的绝对值大小可以表示为:
10lg(P2/1mW)
其单位为dBm,如果P2为1mW,可以表示为0dBm,如果P2为100mW,则可表示为20dBm。
在上图1-1中,如果P1为0dBm,衰减器的衰减量为3dB,放大器的增益为25dB,则:
P2=0dBm-3dB=-3dBm
P3=0dBm-3dB+25dBm=22dBm
注意衰减量习惯上采用正值描述,但是在计算时应该采用负值。
采用dBm为单位后,我们会发现功率之间的各种测量和计算会变得非常方便,还是以蜂窝移动通信系统中的无源互调作为例子,对于20W的载频功率和10e-14的无源互调产物,采用dBm单位,可以描述为:相对于+43dBm的载频,某个器件所产生的无源互调产物为-110dBm。
四、3dB截止频率
-3dB是一个非常重要的概念,也叫半功率点或者截止功率点,改点的功率是其总功率的一半,如上图所示:
10lg(P1/P2)=10lg(1/2)=-3dB
审核编辑:汤梓红
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原文标题:一文解析射频功率
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