什么是插入损耗？如何减小插入损耗？

将数据从信号发生端准确地传输到信号接收端并非易事。数据传输质量会受到组件、操作和外部环境的影响。衰减或信号减弱可能发生在电气或数据传输中。所有损耗的性质各不相同，损耗可以有多种形式，例如功率损耗、连接损耗、插入损耗，甚至回波损耗。此外，在电子领域，插入损耗等损耗是链路设计中一项重要的性能参数测量。

什么是插入损耗？

插入损耗 (Insertion Loss - IL) 是指在铜缆或光纤链路中插入组件而导致的传输链路信号损耗。它是所有类型信号传输中都会发生的自然现象。插入损耗测量通常以分贝 (dB) 为单位。

插入损耗是光纤和铜缆布线中的一个关键参数。理想情况下，它是一个正值，通过比较输入功率与输出功率来表示信号损耗的比率。插入损耗可以使用测试仪进行测试。

正 dB 值越低，性能越好。高插入损耗会严重影响甚至阻止信号从一端到另一端的正确传输。插入损耗主要受电缆长度和质量的影响。它也可能受到电缆链路中接头和连接器等连接点的影响。

插入损耗和衰减有什么区别？

信号衰减是指信号在介质中传播时的总损耗，而插入损耗是指将组件插入通信系统时的信号损耗。这两个术语实际上是同一个概念，在大多数情况下可以互换使用。但在使用测试仪测试整体链路时，“插入损耗”更常用。

RF射频系统中的插入损耗是指将设备或组件插入传输线时信号功率的衰减，量化由于组件的存在而造成的信号损失。这种损耗可能是由于电阻损耗、介电损耗或阻抗不匹配造成的。射频系统中插入损耗也称为电缆损耗，会随着频率和电缆长度的增加而增加。插入损耗是验证射频电缆和天线性能的关键参数，尤其是在现场测试中。

插入损耗公式

插入损耗是铜缆和光纤应用的一个关键性能参数，它通常是一个正数，通过比较源端信号的输入功率与远端的输出功率计算得出。插入损耗越低，性能越好。如果插入损耗过高，则可能导致链路远端的有源设备无法正确接收和解析信号。由于插入损耗与距离和连接点数量直接相关，因此行业标准会规定插入损耗限值，并针对特定应用指定连接数量和距离限制。

较低的插入损耗表示组件效率更高，信号衰减最小。

插入损耗以分贝 (dB) 为单位，计算公式如下：

IL (dB) = 10 * log10(Pin / Pout)

其中，Pin 是被测设备 (DUT) 的输入功率

Pout 是被测设备的输出功率

插入损耗为什么越小越好？

插入损耗需尽可能小以确保通过电缆或设备传输的信号足够强，能够被另一端的设备准确接收和解析，从而保持通信链路的高性能和功能性。高插入损耗会导致信号衰减，从而导致通信错误、掉线，甚至链路完全故障。最小化插入损耗的主要原因包括：

信号完整性：为了在信号通过网络传输时保持其功率和质量。

性能：低插入损耗可确保有源设备接收到足够强度的信号，从而避免错误并保持较高的通信速度。

距离和带宽：在光纤和铜缆中，插入损耗会随着距离和连接数量的增加而增加。较低的损耗预算可以实现更长的传输距离，并支持更高的频率和更大的数据量。

可靠性：插入损耗高的组件可能会导致链路无法正常工作，直接影响系统可靠性，并可能导致严重的通信故障。

什么是较好的插入损耗？

简言之，输出信号电平始终小于其输入电平。此外，插入损耗值越低，性能越好；例如，0.3dB 的插入损耗优于 0.5dB。在某些情况下，插入损耗可能显示为负值。

正如我们前面介绍的，传输线或同轴电缆的插入损耗是指电缆中耗散的能量。插入损耗也定义为由于源和负载之间反射不匹配而损失的能量。理想情况下，源（发射器）、传输线（同轴电缆）和负载（天线）均设计为相同的特性阻抗，通常为 50 或 75 欧姆。在双端口网络中，您也可以用 S 参数 S21 或 S12 来表示插入损耗。从电缆一端到另一端，或从一个端口到另一个端口的输入信号与输出信号的比率表示电缆的总插入损耗。理想情况下，无损电缆的插入损耗为 0。

插入损耗有哪些影响因素？

在线缆信号传输中，插入损耗通常受线缆电阻的影响。信号在线缆中传输时，其衰减会随信号频率而变化。高信号频率会导致较大的插入损耗。

线缆插入损耗也可能由其他因素造成：

线缆长度：影响线缆插入损耗的主要因素之一是线缆长度。随着线缆长度的增加，由于长距离信号衰减，插入损耗也会增加。

线规：众所周知，线规越小，AWG越小，表示线缆越粗，导电性越好。粗线缆通常比细线缆具有更低的插入损耗。因此，28或27 AWG的线通常用于短距离传输。此外，线缆内部材料实心铜线比绞合铜线具有更低的插入损耗，使其成为长距离布线的最佳选择。

连接器和电缆质量：连接器和电缆的质量会极大地影响插入损耗。屏蔽性能更好的高质量电缆和连接器可以最大限度地降低插入损耗。此外，导体材料在信号传输中也起着至关重要的作用。

温度：高温会影响导体的导电性，从而影响到插入损耗。

如何减小插入损耗

在电子测量领域，为追求高精度测量，必须尽量减少测试过程中的干扰和损耗。因此，如何有效降低测试中的插入损耗成为工程师亟需解决的关键问题。目前，主要从两个方面入手：一是选择合适的测试线缆，二是选用恰当的连接器，以此来实现插入损耗的显著减小。

在选择测试线缆时，我依据不同测试场景的具体需求，整理了以下表格：

同时在使用中注意：

1. 测试微弱信号时，尽量缩短线缆长度，减少干扰。

2. 测试高压时，线缆必须固定且远离人员活动区域。

3. 对于多通道同步测试，建议使用同批次、同长度线缆，以减少误差。

在选择连接器时，关键在于信号发生端处被测物品与线缆之间连接器的选择。尤其在功率测试中，需根据器件的不同封装类型，匹配相应的夹具。优质的夹具能够有效降低插入损耗，从而提升测试实验的精确度。

鉴于市场上存在多种封装形式的功率器件，相应的匹配夹具也应运而生。然而，由于制造工艺的差异，不同品牌夹具之间的性能表现存在显著差别。因此，挑选一款高效实用的夹具，成为了工程师必须认真考虑的重要问题。

在选择夹具时，根据器件封装类型和测试条件整理以下表格：

总之，插入损耗是影响各类信号传输系统性能的重要指标，它直接关系到信号完整性、通信距离、系统带宽和运行稳定性。在工程实践中，通过科学选择合适的线缆与连接器，优化安装工艺，并充分考虑环境因素，是降低插入损耗的关键手段。无论是低压微弱信号、高压大电流还是高频射频应用，都应根据具体场景制定相应的损耗控制策略。在高速通信与大功率电子技术不断发展的背景下，低损耗传输将成为未来设计的重要方向，而持续关注材料与工艺的进步，将为进一步提升系统性能提供有力保障。

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