简谈几种常见的功率

面包板社区 2022-11-27 21:16

今天我们来简单聊聊几个常见功率的参数。


01 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



02 平均功率


均功率”一词通常用于射频和微波系统,与之相对的是瞬时功率。瞬时功率变化得太快,因此没有意义。平均功率是在具有最低频率分量的时间段内传递的平均能量。功率传输始终是一个正值,不像电压和电流(可以在正负值之间波动)。

平均功率不依赖于调制类型和载频数量。绝大多数的发射系统验收标准都规定了平均功率及其误差范围。如FM广播发射机在正常运行时的输出功率允许偏差应在额定功率的10%范围内。同时工程师判断系统性能及是否需要做系统维护或者校准提供有力证据。



03 峰值功率


峰值功率就是载频功率的峰值。通常概率取为0.01%。通过测量峰值功率可以检测发射机是否过载。如果已调信号上升沿出现过冲,可能会对元器件造成伤害,导致系统丢包,增加系统的误码率。

      峰值功率示意图



04 峰均比


峰值功率既是只以某种概率出现的肩峰的瞬时功率。通常概率取为0.01%。

平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为某个概率下的峰均比,单位为dB。对于功率测量而言,峰均功率比可用于评估一个数字调制的射频信号的共性,测试工程师只需要了解被测信号的峰均功率比,即可判断其功率的大小。如果峰均比太大,发射机发射出的信号可能会失真,对放大器的线性要求高。

      峰值功率 vs 平均功率

峰均比的应用有两种:

1、  在射频中用来评价器件非理想线性带来的影响。

2、  在调整方式上的不同,这里基本的先了解单载波和多载波。

(1)峰均比可以用来评价器件(基带DAC和RF的HPA)非理想线性带来的影响,所以在实际中峰均比越大的信号,在应用相同非线性器件时需要引入越大的功率回退。但在实际中信号中可能有很多小于峰值的次峰,峰均比不能表示出来,但是略小于峰值的次峰,那么非线性对信号的畸变影响并不大。当然,PAPR 只是一个简单的指标,并不能完全确定信号受非线性的影响。逻辑上用幅度的概率分布应该会更精确一些,但是实际应用会很麻烦。

(2)对于单载波和多载波的峰均比是有些不同的:

正弦波(单载波)有峰均比一说。这个比值是峰值功率跟均值功率的一个比,是时间域测量结果。既然是时域的结果,就一定要附上采样时间。比如正弦波,你关心它的一个周期内的特性,在一个周期采很多点,那得到数据就会有峰均比。如果关心几个周期,每个周期只有一个点,那么结果就是没有峰均比。平时在通信里面的峰均比都是取宽带信号,也就是关心多个周期的数据。那么在多个正弦波(多载波)时候,由于相位影响,周期与周期间功率是不一样的,也就会出现峰均比。一般不太关心一个周期内的信号功率变化。

对于IQ调制信号,我们通常测一个或几个slot的能量,多个chip的数据,也是时域测量。这是在一定采样时间上面得到的,不太关心,某个chip的电压变化。

以下为书上的解释:




05 互补积累分布函数(CCDF)


CCDF定义为正向功率超过给定门限的概率。

功率计每隔一段时间对功率采样一次,并和用户设定的门限比较,超过门限的时间与总时间的关系就是CCDF。如PAR=9.1@0.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线(互补累积分布函数)。在概率为0.01%处的PAR,一般称为CREST因子。


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