• 正文
    • №1,功率相關的指標
    • №2,信號質量相關指標
    • №3,阻抗匹配相關指標
    • №4,頻譜與帶寬相關指標
    • №5,天線相關指標
    • 總結
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詳解各種各樣的射頻指標

03/14 11:10
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№1,功率相關的指標

(1) 輸出功率(Output Power)

輸出功率是指射頻器件(如放大器、發(fā)射機)輸出的信號功率,常用的單位是dBm和W(瓦特)輸出功率決定信號傳輸距離和覆蓋范圍。例如,基站發(fā)射功率通常為40-50 dBm(10W-100 W)。

(2) 增益(Gain)

增益是指射頻器件器件輸出功率與輸入功率的比值(單位為dB),公式如下:

增益是衡量放大器、天線等器件的信號放大能力能力的一個參量,例如,低噪聲放大器(LNA)的增益可達20-30 dB。

(3) 效率(Efficiency)

射頻器件的效率是指輸出功率與輸入直流功率的比值(通常以百分比表示)。公式如下:

效率反映功率轉換效率,對電池供電設備(如手機)尤為重要。例如典型PA效率為30%-70%。


№2,信號質量相關指標

(1) 噪聲系數(Noise Figure, NF)

噪聲系數是衡量信號經過一個系統(tǒng)或網絡后信噪比惡化程度的指標。具體來說,噪聲系數定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值,通常用dB表示。公式如下:

噪聲系數表征了信號通過系統(tǒng)后,系統(tǒng)內部噪聲導致信噪比惡化的程度。理想情況下,如果系統(tǒng)是無噪的,輸入和輸出的信噪比相等,噪聲系數為1(或0 dB)。實際系統(tǒng)中,噪聲系數總是大于1。低噪聲系數是接收機靈敏度的關鍵,如LNA的NF需低于2 dB。

(2) 相位噪聲(Phase Noise)

相位噪聲是描述信號相位隨機波動程度的指標,它反映了信號在理想頻率附近的不穩(wěn)定性。相位噪聲通常由電子設備內的熱噪聲、閃爍噪聲、散粒噪聲等多種隨機過程引起。在頻域中,相位噪聲表現為信號頻譜的擴展,即在理想頻率周圍出現連續(xù)的噪聲譜。相位噪聲的單位是dBc/Hz。相位噪聲會導致信號調制失真,影響通信系統(tǒng)的誤碼率(BER),降低通信質量,例如振蕩器的相位噪聲在1 kHz偏移處需低于-100 dBc/Hz。

(3) 諧波失真(Harmonic Distortion)

諧波失真是指信號在通過非線性系統(tǒng)時,產生的諧波分量對原始信號的失真程度。具體來說,諧波失真是指在輸入信號的基礎上,系統(tǒng)輸出信號中出現了輸入信號頻率的整數倍頻率成分(即諧波),這些諧波成分與原始信號疊加,導致輸出信號與輸入信號不一致。高諧波可能導致干擾,如PA的二次諧波需抑制到-30 dBc以下。

(4) 三階交調點(IP3, Third-Order Intercept Point)

三階交調點(IP3)是衡量射頻和微波通信系統(tǒng)中非線性失真性能的重要參數。IP3是指在輸入雙音信號時,基波信號的功率與三階交調失真產物的功率相等的點.

輸入三階交調點(IIP3):表示在輸入端達到三階交調失真與基波功率相等時的輸入功率水平。

輸出三階交調點(OIP3):表示在輸出端達到三階交調失真與基波功率相等時的輸出功率水平。

№3,阻抗匹配相關指標

(1) 駐波比(VSWR, Voltage Standing Wave Ratio)

電壓駐波比VSWR是指傳輸線中駐波的最大電壓與最小電壓之比。公式如下:

式中Γ為反射系數。

駐波比VSWR是衡量阻抗匹配質量,VSWR=1表示完美匹配,典型系統(tǒng)要求VSWR<2。

(2) 回波損耗(Return Loss)

回波損耗RL是指反射功率與入射功率的比值(單位為dB)。公式如下:

在射頻系統(tǒng)中,回波損耗越大,反射越小。例如,天線回波損耗需大于10 dB。注意:電壓駐波比和回波損耗都是和反射系數相關的參量,表征系統(tǒng)的匹配程度,其關系如下

在射頻設計中,有幾個比較重要的值需要大家牢記

VSWR和回波損耗是衡量傳輸線匹配程度的兩個重要參數。VSWR越小,回波損耗越大,表示匹配越好,反射越少。在實際應用中,這兩個參數可以幫助工程師優(yōu)化系統(tǒng)設計,提高信號傳輸效率.

№4,頻譜與帶寬相關指標

(1) 帶寬(Bandwidth)

帶寬是指射頻器件或系統(tǒng)能有效工作的頻率范圍。常見的器件帶寬有

瞬時帶寬IBW

      • :是指通信系統(tǒng)在某一瞬間能夠發(fā)射和接收信號的最大帶寬。IBW可以在工作帶寬(OBW)內任意配置,用于支持不同的載波配置。但是IBW主要受數字采樣頻率功率放大器(PA)工作帶寬的限制。在5G系統(tǒng)中,IBW決定了射頻模塊可以同時接收或傳輸信號的頻帶寬度
占用帶寬OBW:指信號在頻譜中實際占用的帶寬,通常定義為包含信號總功率99%的頻譜帶寬。
OBW還可以表示系統(tǒng)的工作帶寬,全稱為Operation Bandwidth,指通信系統(tǒng)能夠正常工作的最大射頻頻段范圍。
注意:工作帶寬(OBW)≥ 瞬時帶寬(IBW)≥ 占用帶寬(OBW)

3 dB帶寬:增益下降3 dB時的頻率范圍。

(2) 鄰道泄漏比(ACLR, Adjacent Channel Leakage Ratio)

ACLR是指主信道功率與相鄰信道泄漏功率的比值(單位為dB),ACLR值越大,表示主信道對鄰道的干擾越小,信號的頻譜純度越好。我們還常用ACPR(Adjacent Channel Power Ratio)來表示射頻系統(tǒng)主信道功率和相鄰信道功率的比值。ACLR和ACPR實際上表示的是同一個概念。ACLR通常用于基站設計中,評估基站發(fā)射信號對相鄰信道的干擾,而ACPR通常用于終端設計中,評估終端發(fā)射信號對相鄰信道的干擾。

№5,天線相關指標

(1) 天線增益(Antenna Gain)

天線增益是指天線在特定方向的輻射強度與理想全向天線(dBi)或偶極子天線(dBd)的比值。通常高增益天線(如拋物面天線可達30 dBi)用于定向通信。

(2) 波束寬度(Beamwidth)

波束寬度是指天線主瓣輻射角度范圍(通常指3 dB波束寬度)。通常窄波束(如10°)用于遠距離點對點通信,寬波束(如120°)用于覆蓋區(qū)域。

№6,系統(tǒng)級指標

(1) 靈敏度(Receiver Sensitivity)

靈敏度是指接收機能檢測到的最小信號功率(通常對應特定誤碼率BER),單位是dBm。比如Wi-Fi接收靈敏度約為-90 dBm(對應1 Mbps速率)。

(2) 動態(tài)范圍(Dynamic Range)

動態(tài)范圍是指系統(tǒng)能處理的最大信號與最小信號的功率差(單位為dB)在射頻系統(tǒng)中,寬動態(tài)范圍(如100 dB)確保系統(tǒng)同時處理強信號和弱信號。

總結

掌握射頻指標是射頻設計的第一步,在射頻設計中,我們通常需要指標之間的互相平衡,比如在低噪聲放大器LNA設計中,高增益和低噪聲系數有時候需要一個平衡,在射頻功放PA設計中,高效率和線性度又是一個矛盾體,需要平衡IP3和效率;寬帶寬可能也會引入更多的噪聲和非線性效應。通常我們很難做到既要又要,找一個合理的平衡點很重要。



	

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