广告

射频设计,dB为什么如此重要?

2023-02-06 射频学堂 阅读:
在我们的工作中,经常会用到“dB”这个单位。比如插损,回波损耗,功率,我们经常会用xx dB,或者xx dBm 来描述。

大家好,这里是【射频学堂】。uflednc

在我们的工作中,经常会用到“dB”这个单位。比如插损,回波损耗,功率,我们经常会用xx dB,或者xx dBm 来描述。当然,对于同行来说,很容易理解你到底说的什么意思,但是对于外行来说,听起来就一脸懵逼:说的什么玩意?uflednc

在之前的文章中,我们也多次介绍关于“dB”的概念(链接1链接2),包括计算方法(链接3链接4)。今天我们再来说一下dB这个概念,希望越捋越清晰,最好能让老少妇孺全知。哈哈!uflednc

什么是dB?uflednc

dB的中文名称叫做分贝,这里既有音译,又有意译。我们取了dB 英文全称 “decibel”后面那个 “bel ”做“贝”,然后用了前面的 deci 为“分”。通俗的解释就是十分之一贝尔。这个是不是有点豁然开朗了,原来分贝中的这个“贝”全程叫做“贝尔”,是为了纪念电话的发明家:亚历山大·格雷厄姆·贝尔这么重要的一个射频单位,给电话的鼻祖 贝尔,当然是理所当然的了。我们知道亚历山大·格雷厄姆·贝尔,除了是一个伟大的发明家之外,他还是一个声学生理学家和聋哑人语的教师,他在研究声音的过程中,顺带着发明了电话。而研究声音的时候,对声音的刻度做了定义——贝尔:当声音的强度增加十倍时,声音响度的增加量称为1贝尔。它是用于比较电气通信中的功率水平或声音强度的单位,对应于10 比 1的强度比由于贝尔是一个巨大的数字,所以贝尔的十分之一:分贝 就出来了:当声音的强度增加 10 0.1倍时,声音响度的增加量称为 1 分贝。换句话说,十分之一贝尔称为 1 分贝。它是一种用于测量声音强度或电信号功率电平的单位,方法是将其与对数刻度上的给定电平进行比较。uflednc

在分贝刻度上,最低可听声音(接近完全静音)为 0 dB。10 倍影响力的声音是 10 dB。比接近完全静音强 100 倍的声音是 20 dB。比接近完全静音强 1,000 倍的声音是 30 dB。uflednc

而在射频设计中,dB 就是一个比值的以10为底数的对数uflednc

uflednc

对数 VS 指数 的数学基础uflednc

在高中的数学学习中,我们认识了对数和指数这两个相辅相成的数型。一个数的指数是指多少个这个数相乘,例如uflednc

uflednc

而对数是指多少个给定的数相乘,会得到另一个数。所以这里有一个对应关系:uflednc

uflednc

也就是:3 个2 相乘是8,而8 以2为底的对数是3.uflednc

既然两个描述的东西都一样,为什么有了指数,还要再搞一个对数呢?uflednc

我们看下面那个以10 为底的对数表:如果以数值表示的话,要不很大,要不就很小,但是用对数来表示时,就成了:3,2,1,0,-1,-2,-3。十以内的加减乘除是不是闭着眼都不会算错。uflednc

uflednc

更重要的是,换算成对数之后,原来的乘除运算,就可以变成简单的加减了,岂不是更简单了。uflednc

uflednc

为什么用对数呢?懒 可能是发明者的主要推动力素。uflednc

不服气的话,你算一下这个:在一个射频接受机系统中,已知,天线的增益是x5.7,低噪放的增益是x7.5,混频器是x4.6,滤波器的损耗是x0.43,......,整个链路的增益是多少?很简单嘛,就是这些增益值相乘吗?5.7*7.5*4.6*0.43*12.8*8.7*35.6=?uflednc

 告诉我,你的答案。我敲着计算器算了半天,结果是:335229.032752. 那如果这个天线接收到的信号是0.02354mW,output的信号功率又是多少?uflednc

uflednc

是不是也够烦的。uflednc

但是,如果我们把链路中的增益换成dB来表示呢?uflednc

那这个链路的总增益就是:0.76+0.88+0.66-0.37+1.11+0.94+1.55=?不用敲计算器,相信很多人心中已经有了答案:5.53 dB . 那如果我们把接收信号功率也改成dBm形式:-16.2819dBm。那output信号功率就是 -16.28dBm+5.53dB=10.75dBm。这个计算过程是不是就比较清爽了。uflednc

这也是为什么 射频工程师更喜欢用dB的原因——简直太好用了。uflednc

射频设计中dBuflednc

既然dB这么好用,那我们在使用的过程中,是不是就可以随便用了。比如当一个三端口功分器做合路器用的时候,在两个输入口各输入30dBm的信号,输出口的功率是多少?30dBm+30dBm=60dBm?uflednc

uflednc

除了这个之外,还有一个要注意的就是,电压增益和功率增益的区别?uflednc

电压增益的dB是输出电压和输入电压比值的以10为底的对数的20倍。uflednc

uflednc

而功率增益的dB是输出功率和输入功率比值的对数的10倍。uflednc

uflednc

这是为什么呢?因为在射频设计中,我们主要针对对象是射频功率,硬要把它用在电压上,那就要从功率和电压的关系入手:uflednc

也就是说,功率增益是电压增益的平方,这个平方在对数计算中就给了前面系数10一个2倍。
说到这了,你还有什么疑问吗?
责编:Ricardo
文章来源及版权属于射频学堂,EDN电子技术设计仅作转载分享,对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如有疑问,请联系Demi.xia@aspencore.com
射频学堂
学无线,学射频,就来【射频学堂】!射频学堂专注于无线通信射频技术学习和科普,致力于传播无线射频知识,分享各种学习资料,助力全体无线射频人……
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了