дБ (децибел) - это самая важная и часто используемая шкала в области радиочастот, но она также понятна и запутана для тех, кто только знакомится с ней.

К сожалению, если вы не можете полностью понять эту важную шкалу, то вам будет очень трудно продвинуть свою RF экспедицию.

Работа с числами для усиления, напряжения и мощности, которые смешивают дБ, дБм, дБн, дБВт, дБмВт, ватт, милливатт, вольт, милливольт и т. Д., Часто требует преобразования назад и вперед между линейными значениями и значениями в децибелах.

Я видел много молодых RF стипендиатов, которые игнорировали важность понимания дБ и в конце концов поняли, что им нужно хорошо выучить этот простой термин, если они хотят идти дальше в области RF.

Этот краткий учебник поможет вам прояснить разницу между работой с децибелами и работой с линейными значениями.

Основы логарифма
Использование децибел включает в себя работу с логарифмами, и это самое минимальное знание математики, которое вы должны иметь.

Поэтому нам нужно обсудить логарифм, прежде чем говорить о дБ.

Давайте начнем с этой простой математики, которую вы изучали в средней школе:

Люди склонны делать меньше ошибок при сложении и вычитании чисел, поэтому преимущество логарифмов очевидно.

Теперь давайте рассмотрим их для каждой таблицы журнала:

Поскольку 10 в степени 3 равно 1,000, логарифм 10 по основанию 1,000 равен 3 (log10 (1,000) = 3).

Это основной закон логарифмов:

Если a = 10, то мы можем просто записать log (c) = b, а log (100) = 2, log (1,000) = 3 и т. Д.

Теперь давайте пойдем дальше с примером:

Вы проектируете простой приемник следующим образом:

Для облегчения сравнения сначала мы будем работать с линейными значениями, а все выгоды / потери связаны с «напряжением».

* Усиление антенны: 5.7
Усилитель с низким уровнем шума (LNA): 7.5
* Mixer Gain: 4.6
* ЕСЛИ фильтра прибыль / убыток: 0.43
*Усиление ПЧ усилителя: 12.8
* Усиление демодулятора: 8.7
* Усиление звука: 35.6

Суммарное усиление линейного значения от антенны до выхода усилителя звука последней ступени составляет:

Было бы очень трудно запомнить эти цифры, но, к сожалению, вам нужно обработать много цифр в поле RF. Поэтому нам нужно найти более простой способ борьбы с ними.

Теперь давайте возьмем более простой маршрут, используя тот же приемник. Вместо использования линейных значений мы переводим их в логарифмы.

* Коэффициент усиления антенны: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Коэффициент усиления усилителя с низким уровнем шума: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Усиление микшера: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* Коэффициент усиления / потери фильтра ПЧ: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Коэффициент усиления усилителя ПЧ: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Усиление демодулятора: 8.7 (лог 8.7 = 0.94)
* Усиление усилителя звука: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Общий прирост: 335,229.03 335,229.03 (логарифм 5.53 XNUMX = XNUMX)

Суммарный выигрыш, равный 335,229.03 5.53 в линейном выражении, равен XNUMX при переводе в логарифм.

Вместо использования умножения вы можете сложить эти индивидуальные усиления, чтобы получить общее усиление после того, как сначала были переведены в логарифмы, с гораздо меньшим и более коротким значением. Разве это не намного легче рассчитать и запомнить?

Единственная проблема, которая вам может не понравиться, это то, что вам нужно ознакомиться с вычислением логарифма, но, поверьте мне, вы скоро освоитесь с этой мощной функцией и будете наслаждаться ею каждый день.

Никогда не пытайтесь избегать его использования, если вы действительно серьезно относитесь к работе в области радиочастот.

На самом деле, вы больше не будете использовать линейные значения, если будете работать в области RF в течение 1 или 2 лет.

Единственное, что вы будете использовать, это «дБ».

Основы дБ
Давайте продолжим этот полезный термин «дБ», который вы будете использовать каждый раз, когда работаете над проектами RF.

Усиление напряжения в дБ:
Нам нужно поговорить об усилении напряжения и усилении мощности по отдельности и собрать их вместе, чтобы увидеть, являются ли они одним и тем же.

Давайте начнем с усиления напряжения в первую очередь:

Децибел (дБ) определяется как 20-кратный логарифм по основанию-10 отношения двух уровней напряжения Vout / Vin (другими словами, прирост напряжения).

Поэтому все усиления больше 1 выражаются как положительные децибелы (> 0), а усиления меньше 1 выражаются как отрицательные децибелы (<0).

Давайте найдем усиление в дБ для предыдущего примера приемника.

*Усиление антенны: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* Усиление усилителя с низким уровнем шума: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Усиление микшера: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* Коэффициент усиления / потери фильтра ПЧ: 0.43 (20log 0.43 = -7.3)
* Коэффициент усиления усилителя ПЧ: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Коэффициент усиления демодулятора: 8.7 (20log 8.7 = 18.8)
* Коэффициент усиления усилителя звука: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* Общий прирост: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Опять же, вы можете сложить эти индивидуальные значения, чтобы получить общее усиление в дБ.

Усиление мощности в дБ:

Прежде чем говорить о приросте мощности в дБ, мы должны знать соотношение между напряжением и мощностью.

Все мы знаем, что для синусоидальной волны V вольт, приложенной к нагрузке резистора R Ом,

Большинство радиочастотных цепей используют 50 Ом в качестве сопротивления источника и нагрузки, поэтому, если напряжение на резисторе равно 7.07 В (среднеквадратичное значение), то

Следовательно, коэффициент усиления по мощности пропорционален квадрату коэффициента усиления по напряжению, например, если коэффициент усиления по напряжению равен 5, коэффициент усиления по мощности будет равен 25 и т. Д.

Мы можем определить усиление мощности в дБ ниже:

Децибел (дБ) определяется как 10-кратный десятичный логарифм отношения между двумя уровнями мощности Pout / Pin (другими словами, усиление мощности).

Путать со значениями дБ между усилением напряжения и усилением мощности? Все станет ясно, если вы продолжите читать.

Давайте вернемся, чтобы увидеть предыдущий пример снова:

* Усиление антенны: 5.7
Усилитель с низким уровнем шума (LNA): 7.5
* Mixer Gain: 4.6
* ЕСЛИ фильтра прибыль / убыток: 0.43
*Усиление ПЧ усилителя: 12.8
* Усиление демодулятора: 8.7
* Усиление звука: 35.6

Все выгоды / потери связаны с «напряжением». Линейное значение напряжения антенны снова составляет 5.7 (15.1 дБ), а усиление мощности будет:

Усиление напряжения точно такое же, как усиление мощности в дБ.

Таким образом, мы можем переписать этот пример еще раз со всеми линейными прибылями / потерями, переведенными в «мощность»:

* Усиление антенны: 32.49 (15.1 дБ)
* Усиление усилителя с низким уровнем шума: 56.25 (17.5 дБ)
* Усиление микшера: 21.16 (13.3 дБ)
* Коэффициент усиления / потери фильтра ПЧ: 0.18 (-7.3 дБ)
* Коэффициент усиления усилителя ПЧ: 163.84 (22.1 дБ)
* Усиление демодулятора: 75.69 (18.8 дБ)
* Коэффициент усиления усилителя звука: 1267.36 (31.0 дБ)
* Общее усиление: 1.12379E + 11 (110.5 дБ)

Однако единственная причина, по которой вы можете использовать усиление напряжения, заключается в том, что вы можете легко измерить напряжение с помощью осциллографа, но нецелесообразно измерять напряжение, когда радиочастота выше 500 МГц.

Потому что у вас могут возникнуть проблемы с точностью при использовании осциллографа для измерения радиочастот.

Я не говорю, что осциллограф бесполезен, я просто сказал, что не измеряю ВЧ-напряжение с помощью осциллографа, если для этого нет особой причины.

Более 90% времени я использую анализатор спектра для измерения радиочастотного сигнала.

Это тема для другого поста.

Значение усиления, которое вы видите в техническом описании, всегда связано с усилением мощности в дБ, а не с усилением напряжения или линейным значением.

Мы подведем итог этой статьи на простом примере:

Усилитель с усилением 15 дБ:

Поскольку 15 дБ = 10log (Pout / Pin)
Коэффициент усиления по линейной величине равен:

Pout / Pin = 10 (15/10) = 31.62
И так как 15 дБ = 20log (Vout / Vin)
Коэффициент усиления по линейной величине равен:

Vout / Vin = 10 (15/20) = 5.62
И, 5.622 = 31.62

Я надеюсь, что вы узнали что-то из этой статьи. Если вы уже четко знали все, что я здесь упомянул, то, поздравляю, вы на правильном пути в область RF.

Если вы несколько раз запутались после прочтения этой статьи несколько раз, не беспокойтесь, вы не одиноки, просто сделайте глубокий вдох и прочитайте его снова и снова или вернитесь после прочтения других статей из этот блог

Рано или поздно вы без труда освоите «дБ».

Ниже приведены несколько изображений, которые, я думаю, вам пригодятся: