射频设计中的功率、增益和损耗

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我们复习一下射频相关的术语，这个射频独有的语言可以帮助我们更好的理解射频设计。

关于 功率 Power

电子学中，我们知道功率就是电压和电流的乘积，单位是瓦，watt。 在射频设计中，我们依然沿用电子学中的定义，但是工作中，我们更习惯用dBm来表示功率的单位。下面这个公式要记牢。

关于 增益 Gain / 损耗 Loss

我们把增益和损耗放在了一起，因为这两个参数都是描述射频器件传输特性的，也就是S21。增益，一般是指将传输信号放大的特征，例如放大器的增益，是指输出信号和输入信号比值的参数，一般用dB表示。有一个比较特殊的就是天线的增益，天线的增益指天线输出功率和全向天线或者偶极子天线输出功率的一个比值，我们一般在后面再加一个后缀，比如dBi/dBd。

那么射频电路中的损耗就比较多了。这个损耗我们一般指传输损耗，表征的意义也是输出信号和输入信号的比值的dB形式。比如滤波器的插入损耗。和增益不同的是，损耗都是小于0dB ，而增益都大于0dB。也就是说，当输出功率大于输入功率时，我们称为增益，反之，为损耗。

射频中的损耗分为一下几种：

失配损耗,也就是由于阻抗匹配不好导致的损耗，这部分是由于反射引起的，这也是为什么S11 叫做回波损耗RL的原因，反射回去的波让输入信号的能量较少了。失配损耗怎么计算呢？在理想无耗情况下,功率是守恒的，也就是：

上面公式移一下位置就可以算出S21 的值了，这个S21 就是失配损耗，注意上面用的是绝对值，没有用dB形式，需要指数形式来转换一下。

除此之外，还有电阻损耗，也就是由于材料的电阻特性导致的损耗，比如介电材料的介质损耗，金属材料的电阻损耗。

关于金属材料，又引出一个趋肤深度的概念，也就是当信号频率上升时，电子会向金属导体的边缘聚集，而趋肤深度与金属材料的电导率和信号的频率正相关，频率越高，趋肤深度越小。

还有一种是当导体通过射频电流时，由于周围导体的影响，会使得导体上的电流分布不均匀，这种效应被称为近邻效应，这种分布不均匀也会是导体的电阻增加，带来的损耗增加。如下图表示：

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