一文了解射频功率

射频功率是无线通信、雷达系统和卫星通信等射频电路设计中的关键参数。它直接影响到信号传输质量和通信距离的稳定性。在本文中，我们将从理论到实践，深入解析射频功率的概念、计算方法以及在实际应用中的重要性。无论您是初学者还是有经验的工程师，相信通过阅读本文，您将对射频功率有更清晰的认识，并能够在射频电路设计中更好地应用和优化。

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

 

射频功率作为射频电路设计中的关键参数，对于实现高效的无线通信和雷达系统至关重要。通过深入理解射频功率的概念、计算方法以及应用中的优化和保护措施，我们能够更好地设计和优化射频电路。希望本文能为您提供全面而深入的射频功率知识，帮助您在实际应用中取得更好的成果。愿您能充分发挥射频功率的优势，为无线通信领域的发展做出更多的贡献。