射頻功率的定義與參數(shù)

今天我們來簡單聊聊幾個常見功率的參數(shù)。

01 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。

02平均功率

“平均功率”一詞通常用于射頻和微波系統(tǒng)，與之相對的是瞬時功率。瞬時功率變化得太快，因此沒有意義。平均功率是在具有最低頻率分量的時間段內(nèi)傳遞的平均能量。功率傳輸始終是一個正值，不像電壓和電流（可以在正負值之間波動）。

平均功率不依賴于調(diào)制類型和載頻數(shù)量。絕大多數(shù)的發(fā)射系統(tǒng)驗收標準都規(guī)定了平均功率及其誤差范圍。如FM廣播發(fā)射機在正常運行時的輸出功率允許偏差應(yīng)在額定功率的10%范圍內(nèi)。同時工程師判斷系統(tǒng)性能及是否需要做系統(tǒng)維護或者校準提供有力證據(jù)。

03峰值功率

峰值功率就是載頻功率的峰值。通常概率取為0.01%。通過測量峰值功率可以檢測發(fā)射機是否過載。如果已調(diào)信號上升沿出現(xiàn)過沖，可能會對元器件造成傷害，導(dǎo)致系統(tǒng)丟包，增加系統(tǒng)的誤碼率。

峰值功率示意圖

04峰均比

峰值功率既是只以某種概率出現(xiàn)的肩峰的瞬時功率。通常概率取為0.01%。

平均功率是系統(tǒng)輸出的實際功率。在某個概率下峰值功率跟平均功率的比就稱為某個概率下的峰均比，單位為dB。對于功率測量而言，峰均功率比可用于評估一個數(shù)字調(diào)制的射頻信號的共性，測試工程師只需要了解被測信號的峰均功率比，即可判斷其功率的大小。如果峰均比太大，發(fā)射機發(fā)射出的信號可能會失真，對放大器的線性要求高。

峰值功率vs平均功率

峰均比的應(yīng)用有兩種：

1、在射頻中用來評價器件非理想線性帶來的影響。

2、在調(diào)整方式上的不同，這里基本的先了解單載波和多載波。

（1）峰均比可以用來評價器件(基帶DAC和RF的HPA)非理想線性帶來的影響，所以在實際中峰均比越大的信號，在應(yīng)用相同非線性器件時需要引入越大的功率回退。但在實際中信號中可能有很多小于峰值的次峰，峰均比不能表示出來，但是略小于峰值的次峰，那么非線性對信號的畸變影響并不大。當然，PAPR只是一個簡單的指標，并不能完全確定信號受非線性的影響。邏輯上用幅度的概率分布應(yīng)該會更精確一些，但是實際應(yīng)用會很麻煩。

（2）對于單載波和多載波的峰均比是有些不同的：

正弦波（單載波）有峰均比一說。這個比值是峰值功率跟均值功率的一個比，是時間域測量結(jié)果。既然是時域的結(jié)果，就一定要附上采樣時間。比如正弦波，你關(guān)心它的一個周期內(nèi)的特性，在一個周期采很多點，那得到數(shù)據(jù)就會有峰均比。如果關(guān)心幾個周期，每個周期只有一個點，那么結(jié)果就是沒有峰均比。平時在通信里面的峰均比都是取寬帶信號，也就是關(guān)心多個周期的數(shù)據(jù)。那么在多個正弦波（多載波）時候，由于相位影響，周期與周期間功率是不一樣的，也就會出現(xiàn)峰均比。一般不太關(guān)心一個周期內(nèi)的信號功率變化。

對于IQ調(diào)制信號，我們通常測一個或幾個slot的能量，多個chip的數(shù)據(jù)，也是時域測量。這是在一定采樣時間上面得到的，不太關(guān)心，某個chip的電壓變化。

以下為書上的解釋：

05互補積累分布函數(shù)（CCDF）

CCDF定義為正向功率超過給定門限的概率。

功率計每隔一段時間對功率采樣一次，并和用戶設(shè)定的門限值比較，超過門限的時間與總時間的關(guān)系就是CCDF。如PAR=9.1@0.1%,各種概率下的峰均比就形成了CCDF曲線（互補累積分布函數(shù)）。在概率為0.01%處的PAR，一般稱為CREST因子。

審核編輯：湯梓紅