這種方法幾乎總是使用分貝(dB)。分貝從根本上來(lái)講很有用，因?yàn)樗试S我們對(duì)諸如增益、功率和噪聲指數(shù)等數(shù)值做加法，而不是對(duì)這些量做乘法。確實(shí)，假設(shè)一個(gè)固定的系統(tǒng)阻抗并使用分貝使得我們能夠簡(jiǎn)單地將級(jí)聯(lián)元件“組合在一起”，并計(jì)算增益、功率級(jí)和噪聲系數(shù)。

考慮一個(gè)如圖2所示的例子。電源提供的功率是5mW，也即+7dBm，負(fù)載功率為+21dBm。注意，Ro的值是無(wú)關(guān)緊要的，唯一重要的是，系統(tǒng)阻抗為某一始終如一的值。

RF方法──就電壓和功率而言，它不總奏效

然而，當(dāng)電源、網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載之間接口上的阻抗不同于Ro時(shí)，這種用于計(jì)算級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率增益的方法開始失效。通常，RF工程師將通過(guò)在級(jí)聯(lián)分析中考慮阻抗失配或電壓駐波比(VSWR)的影響來(lái)對(duì)此加以補(bǔ)償。阻抗失配的概念用于處理在每個(gè)接口上將信號(hào)功率從電源傳輸至負(fù)載的方法。當(dāng)負(fù)載阻抗不是源阻抗的復(fù)共軛時(shí)，負(fù)載吸取的功率將小于電源可提供的功率。可以采用這種方式來(lái)對(duì)這些功率傳輸損耗進(jìn)行補(bǔ)償并計(jì)算從電源至最終負(fù)載的總功率增益。不過(guò)，網(wǎng)絡(luò)如今不再簡(jiǎn)單地“組合在一起”來(lái)產(chǎn)生總體效果了。

為了說(shuō)明這一點(diǎn)，以不同的端口阻抗值重新考慮圖2的例子，如圖3所示。

電源功率和放大器功率增益沒有變化。不過(guò)，從電源到負(fù)載的實(shí)際功率增益與14dB相去甚遠(yuǎn)。為了計(jì)算負(fù)載吸收的真實(shí)功率，從具體的電路模型參數(shù)開始：PAVS=5mW；Rs=50Ω；Vrms=1VRMS；GA=5V/V；Rin=100Ω；Rout=200Ω；a=10.58V/V；RL=1000Ω。用公式(2)計(jì)算功率增益，得Gp=8.9dB。

與通過(guò)將電源功率與放大器增益的dB數(shù)相加得到的14dB相比，這個(gè)結(jié)果相差很大。這是因?yàn)槎丝谧杩共皇枪潭ㄔ谀硞€(gè)Ro值上。電源提供的功率與提供給放大器的實(shí)際功率是不同的。放大器的可用功率增益大于進(jìn)入負(fù)載的實(shí)際功率增益。這常常是采用諸如運(yùn)算放大器等組件時(shí)的情況，而運(yùn)算放大器完全由其電壓增益定義。它們的輸入阻抗與50Ω相去甚遠(yuǎn)，輸出則經(jīng)常是低阻抗電壓源。

一般方法──噪聲

噪聲特性也可以由Thevenin等效和Z參數(shù)來(lái)模擬（見圖4）。

電源模型只是電源電阻的等效噪聲電壓es與一個(gè)無(wú)噪聲電阻Rs的串聯(lián)。為了算出等效噪聲電壓，從這個(gè)電源的噪聲功率開始。噪聲功率定義為電源電阻可以提供給匹配負(fù)載的功率。

ns=(es/2)2/Rs??????????????? (6)

噪聲功率ns僅是電源電阻的熱噪聲。利用式(6)代入，計(jì)算以Rs表示的es。

? ? ? ? ?

注意，如果電源電阻與輸入電阻不匹配，那么提供給網(wǎng)絡(luò)輸入的實(shí)際噪聲功率與ns不同。
Nin=es2Rin/(Rs+Rin)2????????? (8)

在2端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，噪聲電壓ea代表由網(wǎng)絡(luò)增加的噪聲。如果網(wǎng)絡(luò)的噪聲指數(shù)是已知的，那么我們可以計(jì)算ea的值，根據(jù)其計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)輸出端出現(xiàn)的噪聲電壓eload。

根據(jù)這個(gè)噪聲電壓，我們可以確定提供給負(fù)載的噪聲功率。
Nout=(es2+ea2)a2Rin2RL/[(Rout+RL)? (Rs+Rin)]2?????????????????????? (10)

不過(guò)，很多放大器是用噪聲指數(shù)而不是輸入噪聲電壓規(guī)定噪聲特性的。用設(shè)定等于Rin的電源阻抗規(guī)定噪聲指數(shù)（見圖5）。

在圖5所示的這些條件下，噪聲指數(shù)定義為輸入信噪比除以輸出信噪比。噪聲指數(shù)為
F=(4kTRin+ea2)/4kTRin????? (11)

通過(guò)公式（11）用噪聲指數(shù)表示ea。

當(dāng)電源阻抗不等于輸入阻抗時(shí)，有效噪聲指數(shù)將改變。那么，一般而言，有效噪聲指數(shù)等于：
Feff=(4kTRs+ea2)/4kTRs????? (13)

RF方法──噪聲

這里，當(dāng)級(jí)聯(lián)的電源、負(fù)載和端口阻抗再次全都是相同的真實(shí)值(Ro)時(shí)，可以用簡(jiǎn)單的公式來(lái)級(jí)聯(lián)組件。如果電源噪聲功率是kT，那么公式（14）適用。

Nout=FGpkT
Nout(dBm)=F(dB)+Gp(dB)+kT(dBm)???? (14)
圖6是一個(gè)例子。電源噪聲功率是3.98×10-21W/Hz或-174dBm/Hz。放大器的功率增益是14dB，其噪聲指數(shù)是6dB。提供給負(fù)載的噪聲功率等于-154dBm/Hz。

RF方法的不足

這里，如果網(wǎng)絡(luò)阻抗變得不等于Ro，那么這種方法會(huì)產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。圖7顯示了具不同端口阻抗值的同一個(gè)例子。

電源功率和放大器功率增益沒變。不過(guò)，提供給負(fù)載的實(shí)際噪聲功率與-154dBm/Hz相去甚遠(yuǎn)。用公式(10)計(jì)算負(fù)載處的噪聲功率。

Nout=-157.0dBm/Hz

這不到用公式(14)算出的噪聲功率的一半。原因是，終端電阻相互不再全都相等。換句話說(shuō)，放大器的有效噪聲指數(shù)不是6dB。

Feff=8.65dB

注意，提供給負(fù)載的噪聲功率可以用有效功率增益和噪聲指數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算。為了進(jìn)行這個(gè)計(jì)算，首先計(jì)算提供給網(wǎng)絡(luò)輸入的噪聲功率。

Nin=-174.5dBm/Hz
加上這個(gè)有效功率增益和有效噪聲指數(shù)。
Nout=-174.5dBm/Hz+8.9dB +
???? 8.65dB
??? =-157.0dBm/Hz

分貝數(shù)相加的方法現(xiàn)在有效，因?yàn)槭褂玫氖怯行Чβ试鲆婧驮肼曋笖?shù)。有效值與在50Ω測(cè)量系統(tǒng)中規(guī)定的值是不同的。

總結(jié)

用于計(jì)算電壓、功率和噪聲的傳統(tǒng)RF方法對(duì)級(jí)聯(lián)的50Ω放大器、濾波器和類似器件很管用。但是涉及例如高速運(yùn)算放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，這些方法會(huì)產(chǎn)生完全不準(zhǔn)確得結(jié)果。在這些情況下，必須使用真正的2端口分析方法，如本文建議的方法。