常见射频性能指标解析

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常见射频性能指标解析

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。

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

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。



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。