一、前言
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。
二、回波损耗
1、核心定义
回波损耗 衡量的是由于阻抗不匹配而导致的信号反射程度。当信号在传输线中传播，遇到阻抗不连续的点（例如连接器、电缆接头、PCB走线宽度变化等）时，一部分能量会继续向前传播，另一部分能量则会像回声一样被反射回源端。回波损耗定量地描述了入射信号功率与反射信号功率之间的关系。
2、深入理解
物理意义：它反映了传输路径的阻抗匹配质量。一个系统的阻抗匹配越好，反射就越小，回波损耗的值就越大（正数，单位dB）。
计算公式：
回波损耗 = -10 * log10(反射功率 / 入射功率) = -10 * log10(|Γ|²)
其中 Γ 是反射系数 (Gamma)。
数值解读（非常关键）：
RL = 0 dB：意味着反射功率等于入射功率（|Γ| = 1），这是最糟糕的情况，表示全反射，就像线路开路或短路一样。
RL 是一个较大的正数（例如 20 dB）：意味着反射功率远小于入射功率（|Γ| = 0.1），这是非常好的情况，表示阻抗匹配优良，只有很少的能量被反射。
简单记忆：回波损耗的值越大越好。
3、产生原因与影响
原因：任何导致阻抗变化的地方。
连接器接口不完美。
电缆本身阻抗不均匀。
PCB走线中的过孔、拐角。
负载阻抗与传输线特征阻抗不匹配。
影响：
信号完整性：反射信号会与原始信号叠加，造成过冲、下冲和振铃，导致波形失真。
功率传输效率：反射回去的功率无法送达负载，造成了浪费。
源端损伤：反射能量可能损坏敏感的源端器件（如功放）。
测量误差：在矢量网络分析仪等测试系统中，大的反射会引入测量不确定性。
三、插入损耗
1、核心定义
插入损耗 衡量的是信号在通过一个器件或一段传输路径后总功率的衰减。它描述的是信号从输入端到输出端的过程中，总体损失了多少能量。
2、深入理解
物理意义：它反映了传输路径的能量损耗特性。这种损耗是“单向”的，关注的是从A点到B点后还剩下多少能量。
计算公式：
插入损耗 = 10 * log10(输出功率 / 输入功率)
*注意：由于输出功率总是小于输入功率，所以这个比值的对数通常是负值，但我们通常会说“插入损耗是3dB”，而不说“-3dB”。在图表中，它通常显示为负值。*
数值解读：
IL = 0 dB：理想情况，表示器件没有任何损耗，输出功率等于输入功率。
IL = 3 dB：非常常见的情况，表示输出功率是输入功率的一半，能量损失了50%。
简单记忆：插入损耗的值越小越好（越接近0 dB越好）。
3、产生原因与影响
原因：
导体损耗：电流流过导体（如铜线）时由于电阻产生的热损耗。
介质损耗：高频信号下，电缆绝缘层或PCB板材会吸收电磁能量并转化为热量。
辐射损耗：能量以电磁波的形式辐射出去。
影响：
信号幅度衰减：接收端收到的信号变弱。
信噪比降低：如果信号衰减太大，可能会被系统噪声淹没，导致误码。
系统增益要求：为了补偿插入损耗，可能需要增加放大器，增加了系统成本和复杂度。
四、核心区别和对比
为了更直观地理解，我们可以用一个水管系统来类比：
回波损耗：好比水管中有一个接口不匹配（比如粗管突然接细管）。水流到这里时，一部分会继续向前，另一部分会产生“水锤”或反射波往回传播。回波损耗就是衡量这个反射波有多强。
插入损耗：好比整段水管存在摩擦和泄漏。无论接口匹配与否，水流从一端到另一端，总水量都会减少。插入损耗就是衡量总水量减少了多少。
在实际系统中，回波损耗和插入损耗是相互关联的。总损耗 = 插入损耗 + 反射损耗
这里的“反射损耗”是指由于反射而未能到达负载的那部分功率，它直接由回波损耗决定。
当一个器件的回波损耗很差时（例如RL=10 dB），意味着有相当一部分功率被反射了回去，那么能够通过器件继续向前传播的功率自然就变少了，这会导致总的传输效率降低，从效果上看，相当于恶化了从输入端到输出端的插入损耗。
在理想匹配（RL = ∞）的情况下，插入损耗就完全由介质和导体损耗决定。
五、工程应用
在设计和测试中：
使用矢量网络分析仪可以同时测量一个器件的回波损耗（S11或S22）和插入损耗（S21或S12）。
S11 端口1的回波损耗。
S21 从端口1到端口2的插入损耗。
如何权衡：
对于一个高质量的系统（如高速链路、天线馈线），我们既希望插入损耗尽可能低（信号衰减小），也希望回波损耗尽可能高（反射小，即VSWR接近1:1）。
通常，良好的阻抗匹配（高回波损耗）是实现低插入损耗的先决条件。
六、插入损耗和回波损耗系统介绍
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。
七、总结
回波损耗是诊断“匹配”好坏的健康指标。它告诉你信号传输路径是否“顺畅”，有没有“堵点”或“突变”导致信号“反弹”。
插入损耗是诊断“能量”传递效率的性能指标。它告诉你信号从起点到终点，最终还“剩下多少力气”。
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