一文了解射頻功率

射頻功率是無線通信、雷達系統(tǒng)和衛(wèi)星通信等射頻電路設計中的關鍵參數(shù)。它直接影響到信號傳輸質(zhì)量和通信距離的穩(wěn)定性。在本文中，我們將從理論到實踐，深入解析射頻功率的概念、計算方法以及在實際應用中的重要性。無論您是初學者還是有經(jīng)驗的工程師，相信通過閱讀本文，您將對射頻功率有更清晰的認識，并能夠在射頻電路設計中更好地應用和優(yōu)化。

一、射頻功率的定義

在低頻電路中，信號的大小通常都是用電壓或者電流來表示的，而在射頻電路中，由于傳輸線上存在駐波，電壓和電流失去了唯一性，所以射頻信號大小一般是用功率來表示的。

功率被定義為單位時間內(nèi)的能量流，國際通用的功率單位是W（瓦），其定義為J/s（焦耳/s）,在行波條件下，射頻功率也可以采用類似低頻電路的表達方式：

在上述公式中，P為功率（W），I為電流（A），V為電壓（V），而Z0為無損傳輸線的特征阻抗。

二、功率電平的計量單位——dB（分貝）

在不同的發(fā)射和接收系統(tǒng)中，所遇到的功率電平相差很大，即使在同一個系統(tǒng)中，也會出現(xiàn)相差數(shù)萬億倍的功率電平，例如，在蜂窩系統(tǒng)中，載頻和互調(diào)產(chǎn)物的幅度分別為20W和10e-14W，為了避免過大和過小的數(shù)值同時出現(xiàn)，同時也是為了可以直接相加減，通常采用對數(shù)單位dB來描述功率的大小。對數(shù)單位既可以描述功率電平的相對大小，也可以描述絕對值的大小。

我們以下圖的系統(tǒng)為例，

經(jīng)過衰減器后的功率為的變化量為：

S21=10lg(P2/P1)

經(jīng)過放大器后的功率的變化量為：

S32=10lg(P3/P2)

S21和S32即是以dB為單位的功率變化量，也可以用dBc來表示，請注意經(jīng)過衰減器后，功率降低了，所以S21是負值，而經(jīng)過放大器后，功率增加后，所以S32是正值。

以dB為單位的功率變化可以直接加減，在上面的例子中，從P1到P3的變化為：

S31=10lg(P3/P1)

也可以表達為：

S31=S31+S32

三、功率的絕對值表達法

另P1=1mW,即將1mW作為一個參考電平，將1mW作為一個參考電平，與P1比，P2的絕對值大小可以表示為：

10lg(P2/1mW）

其單位為dBm，如果P2為1mW,可以表示為0dBm，如果P2為100mW,則可表示為20dBm。

在上圖1-1中，如果P1為0dBm，衰減器的衰減量為3dB，放大器的增益為25dB,則：

P2=0dBm-3dB=-3dBm

P3=0dBm-3dB+25dBm=22dBm

注意衰減量習慣上采用正值描述，但是在計算時應該采用負值。

采用dBm為單位后，我們會發(fā)現(xiàn)功率之間的各種測量和計算會變得非常方便，還是以蜂窩移動通信系統(tǒng)中的無源互調(diào)作為例子，對于20W的載頻功率和10e-14的無源互調(diào)產(chǎn)物，采用dBm單位，可以描述為：相對于+43dBm的載頻，某個器件所產(chǎn)生的無源互調(diào)產(chǎn)物為-110dBm。

四、3dB截止頻率

-3dB是一個非常重要的概念，也叫半功率點或者截止功率點，改點的功率是其總功率的一半，如上圖所示：

10lg(P1/P2)=10lg（1/2）=-3dB

射頻功率作為射頻電路設計中的關鍵參數(shù)，對于實現(xiàn)高效的無線通信和雷達系統(tǒng)至關重要。通過深入理解射頻功率的概念、計算方法以及應用中的優(yōu)化和保護措施，我們能夠更好地設計和優(yōu)化射頻電路。希望本文能為您提供全面而深入的射頻功率知識，幫助您在實際應用中取得更好的成果。愿您能充分發(fā)揮射頻功率的優(yōu)勢，為無線通信領域的發(fā)展做出更多的貢獻。