放大器的各种功率增益的理解

学了好久的微波电路，对放大器的各种增益的定语是越学越乱，最近有一点理解写到这里，和大家一起交流一下，如有错误，欢迎指正。

首先，我们先来看一下放大器的基本电路框图：

其中：

Pa=信号源可以提供的最大功率，也称之为信号源的资用功率；

Pin=进入放大器的实际功率；

Pout=放大器输出的最大功率，即放大器的资用功率；

Pl=负载实际吸收的功率；

然后我们再看一下三种增益的定义：

转换功率增益(Transducer Power gain)

Gt=Pl/Pa

转换功率增益=（负载实际吸收的功率）/（信号源资的用功率）

资用功率增益（Available Power Gain）

Ga=Pout/Pa

资用功率增益=(放大器的资用功率)/(信号源的资用功率)

实际功率增益(Power Gain)

Gp=Pl/Pin

功率增益=（负载实际吸收的功率）/（进入放大器的实际功率）

最后我们来解释一下最让人迷惑的很多教材里面只写的那些迷糊的哪个功率与哪个参数有关的问题，比如下面这些谜语：

转换功率增益与源端匹配、负载端匹配和放大器的S参数都有关系
资用功率增益与源端匹配、放大器的S参数有关，与负载端的匹配无关
实际功率增益只与负载端匹配和放大器的S参数有关，与源端匹配无关

教科书上推出的结论，都是按照数学公式导出来的，不知道大家看了晕不晕，反正我是很晕，越看越晕。

其实这样理解，上面的话可能会容易一些：

实际真正放大功率的只有放大器，匹配网络是无源网络，不具备信号放大能力；
因为输入匹配网络可以决定了信号源的资用功率实际到达放大器的功率的多少，也就是说Pin和Pa的关系由输入匹配网络决定
同理，放大器输出的功率，有多少能够到达负载，与输出匹配网络有关，即Pout和Pl的关系，由输出匹配网络网络决定。

按照上述的说明，我们就可以理解三种功率增益与输入输出匹配之间的关系了：

转换功率增益(Transducer Power gain)

Gt=Pl/Pa

转换功率增益=（负载实际吸收的功率）/（信号源资的用功率）

负载实际吸收的功率是需要晶体管输出的功率经过输出匹配网络，才能到达负载的，所以这个增益与负载的网络匹配有关；
信号源的资用功率是需要信号源输出后，经过输入匹配网络才能够到达放大器进行放大的，所以这个参数与输入匹配网络有关；
因为实际提供能量增益的都是放大器，所以这个转换功率增益与放大器的S参数有关。

以上，就可以解释教材上给出的结论：

转换功率增益与源端匹配、负载端匹配和放大器的S参数都有关系。

资用功率增益（Available Power Gain）

Ga=Pout/Pa

资用功率增益=(放大器的资用功率)/(信号源的资用功率)

放大器的资用功率Pout是与输出匹配无关的，所以资用功率增益与负载的匹配无关；
信号源的资用功率是需要信号源输出后，经过输入匹配网络才能够到达放大器进行放大的，所以这个参数与输入匹配网络有关；
因为实际提供能量增益的都是放大器，所以这个资用功率增益与放大器的S参数有关。

以上，就可以解释教材上给出的结论：

资用功率增益与源端匹配、放大器的S参数有关，与负载端的匹配无关

实际功率增益(Power Gain)

Gp=Pl/Pin

功率增益=（负载实际吸收的功率）/（进入放大器的实际功率）

负载实际吸收的功率是需要晶体管输出的功率经过输出匹配网络，才能到达负载的，所以这个增益与负载的网络匹配有关；
进入放大器的实际功率Pin与输入匹配网络无关，所以实际功率增益与输入的匹配无关；
因为实际提供能量增益的都是放大器，所以这个实际功率增益与放大器的S参数有关。

以上，就可以解释教材上给出的结论：

实际功率增益只与负载端匹配和放大器的S参数有关，与源端匹配无关

最后回答一下百度文库的这位同学提出的问题，不一定正确，仅供参考，我上面的这些文章也引用了他文章中的内容，再次表示感谢：

功率放大器-各种增益的定义 - 百度文库

算一算，这位同学现在也40+了，估计已经是这个行业的精英了，我在此班门弄斧了，以此文章，致这位同学的青春。

问题1：资用功率增益隐含了负载与输出匹配网络共轭匹配这个条件；

回答：是的，可以这么理解，因为在负载与输出网络共轭匹配的情况下，Pout=Pl

问题2：功率增益(也作实际功率增益)隐含了源于输入匹配网络共轭匹配这个条件；

回答：也可以这么理解，因为在输入共轭匹配的情况下，Pin=Pa

问题3：如果不能这么理解，应该怎么理解

回答：以上这种理解，好多教材上也是这么讲的，我其实也是这么被搞迷糊的。其实上面这些理解，不能说不对，但是完全没有必要，因为定义这些功率，是为了解决实际问题，是为了从不同角度评估放大器和匹配网络的性能，所以没必要去将那个功率是隐含了哪个条件下的出的，如果这么讲，我是感觉越讲越迷糊了。

所以我们引出这位同学的最后一个问题：

问题4：在实际设计时，一般采用何种增益作为参考？

回答：其实，这三种功率的定义，都不是随便定义的，都有其意义，所以，在实际设计时，这三种定义都需要作为参考：

在选取放大器时，需要根据设计要求，选用合适的管子，这一般是放大器设计的第一步，这个时候，就需要参考实际功率增益。
如果是设计LNA，除了增益以外，稳定性和噪声也是一个很重要的指标，而对于LNA来讲，外接的负载一般是50欧姆。所以，LNA的设计，我觉得输入匹配网络的设计更为重要，因此更多的是参考资用功率增益。但是因为放大器的输出，一般都不是50欧姆，输出网络匹配也需要设计，这个设计，更多的是共轭匹配的设计。
如果是设计功放，一般功放IC的输入都是50欧姆，而输出一般会有一个最佳工作状态(load pull)，因此这个时候，更多参考的是实际功率增益。当然，输入匹配网络也需要共轭匹配。

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