什么是回波损耗？什么是插入损耗？

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今天再接着讲一个老生常谈的话题——什么是回波损耗？什么又是插入损耗？

这个貌似很容易回答，回波损耗吗，就是Return Loss，缩写为RL，S11，插入损耗就是 Insertion Loss，IL，S21。

确实没错，就是这么简单。但是为什么叫做回波呢？为什么又叫做插入呢？今天我们仔细掰扯掰扯。

首先，我们拿到一个系统，就是上面这个黑盒子，当电磁波信号进入这个黑盒子时，我们通常不需要去关心电磁波在里面经历了什么。我们只要知道它出来是什么就行了。但是，当电磁波从外面进入这个黑盒子时，相当于从一个介质进入到另一个介质，在交界面上会有一部分电磁波被挡在外面，这部分被挡在外面的电磁波就被反射回去了，返回去的电磁波就是回波。而进去的这部分电磁波在通过这个黑盒子时，就必然会被这个黑家伙影响到，如果这家伙有一点点贪心，肚子里装了一点点的小电阻材料，那么就留一点点买路钱就够了，就去的电磁波在交完买路钱之后，大部分会传输出去，这个被劫走的一部分电磁波能量我们就认为被损失了，无论是回波还是黑盒子吃掉的都是电磁波能量时导致的能量的损耗，都是由于黑盒子插入进来导致的损耗，所以通常被称为插入损耗。如下图所示。

所以我们知道，其实一个微波元器件的插入损耗是由两部分组成的：回波损耗和电阻损耗。

回波损耗的这部分电磁波能量被端口的不匹配给反射回去了，并没有转化成热散出去，所以我们在射频系统设计和分析中，要提防着这部分回波倒灌会对系统带来的影响。通常这部分倒灌的能量不是很大，怎么计算呢？

举个简单的例子，比如上图端口1输入的电磁波功率是1W，即30dBm,如果端口1 的回波损耗RL=20dB。那么反射回去的回波的功率就是：30dBm-20dB=10dBm，也就是有10mW的功率被反射回去了。如果端口1 输入的功率是1kW，即60dBm，那么反射回去的回波功率就有10W了。如果端口1的回波损耗只有10dB，那将会有100W的功率被反射回去。这也证明了匹配的端口阻抗匹配的重要性。还有就是，功率越大，我们系统所要求的回波损耗就越小，在一些小功率的产品中，比如手机，匹匹配有个10dB就足够了。但是在电视发射系统中，因为发射机的功率通常会有上千瓦，所以，回波损耗通常要求在26dB以下。

注意，插入损耗的部分损耗也是有回波导致的啊，所以回波损耗越差，插入损耗就越大。

在端口匹配良好的系统中，插入损耗主要是由器件的电阻性材料导致的，这些电阻性材料导致的损耗，会转化成热。就像我们在衰减器中介绍的一样。其实转化成热，有时候更让我们头疼。因为热这个东西太可怕了，几乎所有的电子器件都有一个可以正常工作的温度范围，当超过这个温度了之后，工作就不正常了。长期在高温环境下工作，器件老化速率会加快，更容易损坏。

虽然系统中的热大部分是有源部分产生的，但对于无源器件来说，自身少产生点热，就当为社会做共享了，就不要再去添麻烦了。

这个插入损耗有很多兄弟。就像我们介绍插入损耗一样，当这个黑盒子比较贪心时，就会吃掉大部分的能量，宝马进去，自行车出来，这个时候，我们就称之为衰减了，英文名字为Attenuation。这个从一个滤波器的S21曲线可以看出来，同样都是S21曲线，我们把通带内的这段S21 称之为插入损耗 IL，靠近通带的这两端称之为带外抑制，Rejection。而远离通带的部分则成为带外衰减 Att。其实说的都是一个东西，名字不同而已。

就像昨天介绍的衰减器，其衰减量也就是插入损耗。

但是当这个黑盒子是个大善人的话，当电磁波能量出来时，会增加很多能量出来，这个时候的S21就称之为增益，Gain。瘦子进去，胖子出来，如下图所示。其实哪有这么好的事，也不过是劫富济贫罢了。把直流信号的能量转换成了射频信号的能量，中间还损失了很多能量，这个能量转换的效率也是功放的一个重要指标之一。

最好玩的是当这个黑盒子是一个天线时，这个增益真的是增益？

No，其实，天线也有功率的损耗，天线的回波和天线上的阻性材料都会毫不留情的吃掉进入的部分功率。但是天线为什么也叫增益Gain呢？这个增益是个假Gain。因为天线就把电磁波辐射出去了，我们没有办法去统计天线到底损耗了多少能量。怎么解决这个问题呢？聪明的人类找来了一个参照物。反正Gain就是个对比值，我直接和参照物对比就好了。