常见的射频指标及其定义

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射频指标是一个射频系统正常工作的关键，射频指标有很多，有一些常常引起混淆，今天射频学堂为大家分类整理如下：

№1，功率相关的指标

(1) 输出功率（Output Power）

输出功率是指射频器件（如放大器、发射机）输出的信号功率，常用的单位是dBm和W（瓦特）

输出功率决定信号传输距离和覆盖范围。例如，基站发射功率通常为40-50 dBm（10W-100 W）。

(2) 增益（Gain）

增益是指射频器件器件输出功率与输入功率的比值（单位为dB），公式如下：

增益是衡量放大器、天线等器件的信号放大能力能力的一个参量，例如，低噪声放大器（LNA）的增益可达20-30 dB。

(3) 效率（Efficiency）

射频器件的效率是指输出功率与输入直流功率的比值（通常以百分比表示）。公式如下：

效率反映功率转换效率，对电池供电设备（如手机）尤为重要。例如典型PA效率为30%-70%。

№2，信号质量相关指标

(1) 噪声系数（Noise Figure, NF）

噪声系数是衡量信号经过一个系统或网络后信噪比恶化程度的指标。具体来说，噪声系数定义为输入信噪比与输出信噪比的比值，通常用dB表示。公式如下：

噪声系数表征了信号通过系统后，系统内部噪声导致信噪比恶化的程度。理想情况下，如果系统是无噪的，输入和输出的信噪比相等，噪声系数为1（或0 dB）。实际系统中，噪声系数总是大于1。低噪声系数是接收机灵敏度的关键，如LNA的NF需低于2 dB。

(2) 相位噪声（Phase Noise）

相位噪声是描述信号相位随机波动程度的指标，它反映了信号在理想频率附近的不稳定性。相位噪声通常由电子设备内的热噪声、闪烁噪声、散粒噪声等多种随机过程引起。在频域中，相位噪声表现为信号频谱的扩展，即在理想频率周围出现连续的噪声谱。相位噪声的单位是dBc/Hz。

相位噪声会导致信号调制失真，影响通信系统的误码率（BER），降低通信质量，例如振荡器的相位噪声在1 kHz偏移处需低于-100 dBc/Hz。

(3) 谐波失真（Harmonic Distortion）

谐波失真是指信号在通过非线性系统时，产生的谐波分量对原始信号的失真程度。具体来说，谐波失真是指在输入信号的基础上，系统输出信号中出现了输入信号频率的整数倍频率成分（即谐波），这些谐波成分与原始信号叠加，导致输出信号与输入信号不一致。高谐波可能导致干扰，如PA的二次谐波需抑制到-30 dBc以下。

(4) 三阶交调点（IP3, Third-Order Intercept Point）

三阶交调点（IP3）是衡量射频和微波通信系统中非线性失真性能的重要参数。IP3是指在输入双音信号时，基波信号的功率与三阶交调失真产物的功率相等的点.

输入三阶交调点（IIP3）：表示在输入端达到三阶交调失真与基波功率相等时的输入功率水平。

输出三阶交调点（OIP3）：表示在输出端达到三阶交调失真与基波功率相等时的输出功率水平。

№3，阻抗匹配相关指标

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

电压驻波比VSWR是指传输线中驻波的最大电压与最小电压之比。公式如下：

式中Γ为反射系数。

驻波比VSWR是衡量阻抗匹配质量，VSWR=1表示完美匹配，典型系统要求VSWR<2。

(2) 回波损耗（Return Loss）

回波损耗RL是指反射功率与入射功率的比值（单位为dB）。公式如下：

在射频系统中，回波损耗越大，反射越小。例如，天线回波损耗需大于10 dB。

注意：电压驻波比和回波损耗都是和反射系数相关的参量，表征系统的匹配程度，其关系如下

在射频设计中，有几个比较重要的值需要大家牢记

VSWR和回波损耗是衡量传输线匹配程度的两个重要参数。VSWR越小，回波损耗越大，表示匹配越好，反射越少。在实际应用中，这两个参数可以帮助工程师优化系统设计，提高信号传输效率.

№4，频谱与带宽相关指标

(1) 带宽（Bandwidth）

带宽是指射频器件或系统能有效工作的频率范围。

常见的器件带宽有

瞬时带宽IBW：是指通信系统在某一瞬间能够发射和接收信号的最大带宽。IBW可以在工作带宽（OBW）内任意配置，用于支持不同的载波配置。但是IBW主要受数字采样频率和功率放大器（PA）工作带宽的限制。在5G系统中，IBW决定了射频模块可以同时接收或传输信号的频带宽度
占用带宽OBW：指信号在频谱中实际占用的带宽，通常定义为包含信号总功率99%的频谱带宽。
OBW还可以表示系统的工作带宽，全称为Operation Bandwidth，指通信系统能够正常工作的最大射频频段范围。
注意：工作带宽（OBW）≥ 瞬时带宽（IBW）≥ 占用带宽（OBW）
3 dB带宽：增益下降3 dB时的频率范围。

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

ACLR是指主信道功率与相邻信道泄漏功率的比值（单位为dB），ACLR值越大，表示主信道对邻道的干扰越小，信号的频谱纯度越好。

我们还常用ACPR（Adjacent Channel Power Ratio）来表示射频系统主信道功率和相邻信道功率的比值。ACLR和ACPR实际上表示的是同一个概念。ACLR通常用于基站设计中，评估基站发射信号对相邻信道的干扰，而ACPR通常用于终端设计中，评估终端发射信号对相邻信道的干扰。

№5，天线相关指标

(1) 天线增益（Antenna Gain）

天线增益是指天线在特定方向的辐射强度与理想全向天线（dBi）或偶极子天线（dBd）的比值。通常高增益天线（如抛物面天线可达30 dBi）用于定向通信。

(2) 波束宽度（Beamwidth）

波束宽度是指天线主瓣辐射角度范围（通常指3 dB波束宽度）。通常窄波束（如10°）用于远距离点对点通信，宽波束（如120°）用于覆盖区域。

№6，系统级指标

(1) 灵敏度（Receiver Sensitivity）

灵敏度是指接收机能检测到的最小信号功率（通常对应特定误码率BER），单位是dBm。比如Wi-Fi接收灵敏度约为-90 dBm（对应1 Mbps速率）。

(2) 动态范围（Dynamic Range）

动态范围是指系统能处理的最大信号与最小信号的功率差（单位为dB）在射频系统中，宽动态范围（如100 dB）确保系统同时处理强信号和弱信号。

总结

掌握射频指标是射频设计的第一步，在射频设计中，我们通常需要指标之间的互相平衡，比如在低噪声放大器LNA设计中，高增益和低噪声系数有时候需要一个平衡，在射频功放PA设计中，高效率和线性度又是一个矛盾体，需要平衡IP3和效率；宽带宽可能也会引入更多的噪声和非线性效应。通常我们很难做到既要又要，找一个合理的平衡点很重要。

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来源：射频学堂

麦克斯韦方程直观

对于射频工程师来说，理解掌握麦克斯韦方程组却是很有必要的，毕竟是祖师爷发明的东西，偶尔拿出来装一下也是可以的。下图是我们这次定制的麦克斯韦杯的图案，带个二维码纯粹是为了宣传公众号啦。今天谈一下，我对麦克斯韦方程组的一点小认识。我们知道，牛顿统一了力，爱因斯坦统一了时空，而我们的祖师爷麦克斯韦则统一了电和磁以及光。可以说，没有麦克斯韦就没有我们今天万物互联的世界。而麦克斯韦统一了电和磁就藏在上面的四个方程内。我们先看它的积分方程。首先我们来说一下什么是积分？我感觉整个数学来说也就在干俩事儿，第一个是加法，第二个是减法。为了应对一些等加或者等分的情况就发明了乘除，为了应付一些沿着线或者沿着面相加的情况就发明了微积分。其实无论是乘除还是微积分，本质上还是加法和减法的延续。下面就是麦克斯韦方程组的积分形式，而长长的∫ 就是积分符号，在∫符号中间加一个⭕，表示是封闭曲线或者封闭曲面积分。为了简单期间，先看最后一个公式，这个是高斯电场定律。等式左边表示对封闭曲面上的电通量进行积分，相当于将曲面各部分电通量求和，而右边则表示对这个体积内的所有电荷密度进行积分，也就是体积内所有电荷求和。两边相等，则表示通过封闭曲面的电通量总和等于这个封闭曲面包围的体积内的所有电荷和。倒数第三个公式也很简单，表示的是高斯磁场定律，告诉我们穿过任意闭合曲面的磁通量为0。其实也宣示了单极磁荷是不存在的。倒数第二个公式则是法拉第定律。注意等式右侧只有磁通量对时间t求导，表示磁通量是随时间变化的，而等式左侧则是对封闭路径上电场的线积分。也就是说变化的磁场会感应出环绕的电场。如下图所示麦克斯韦方程组总共四个方程，高斯贡献了两个，法拉第贡献了一个，而麦克斯韦最多最多只剩一个可以贡献一下了。错了，麦克斯韦只贡献了半个。我们看第一个等式，这个等式有点长。等式前面只有一项，表示封闭路径L中磁场强度的积分；右边则有两项，第一个是对一个面上电流密度的积分，第二个则是先对电位移矢量D时间t求导，然后再面积分。如果没有第二项的话，那这个公式就是安培定律，表示电流的周围存在磁场，安培右手定则则能很快找到磁场的方向。如下图所示。这个等式右边第二项则是麦克斯韦想象出来的了，在安培定律后面加了一个变化的电通量，取名叫做位移电流。传言说是为了保持和第二个等式的对称，也引入了一个变化的量。也就是说既然法拉第证明了变化的磁场可以产生电场，那么变化的电场理应也能产生磁场。但是是不是叫麦克斯韦方程，只是因为麦克斯韦贡献了半个方程组呢。其实也不是，最早麦克斯韦总结前人研究成果的时候，总结了20个方程，发表在了他的伟大著作《A treatise on electricity and magnetism》中，这套书目前珍藏在剑桥图书馆里。（电子档已经上传至射频学堂的云盘，点击“阅读原文”即可下载）。这20个方程直到麦克斯韦去世20年之后，才有英国的 Oliver Heaviside 和 Heinrich Hertz 简化为4个。也就是我们学习的这四个。所以当时很多人建议这组方程命名为和维赛德（Heaviside）方程，被Heaviside拒绝了。因为这个方程组最最最最大的贡献就是麦克斯韦，一个真正意义上的天才物理学家。如何从麦克斯韦方程推导出电磁波？。下面是推导过程，这次是微分方程推导的。这个波动方程不仅统一了电和磁，而且也统一了光，因为电磁波的速度就是光速。所以费曼曾说：只要有了电和磁，就会有光。那么也正是有了麦克斯韦，才有我们现在万物互联的世界。版权声明：射频学堂原创或者转载的内容，其版权皆归原作者所有，其观点仅代表作者个人，射频学堂仅用于知识分享。如需转载或者引用，请与原作者联系。射频学堂转述网络文章，皆著名来源和作者，不可溯源文章除外，如有异议，请与我们联系。来源：射频学堂