【科普】射频通信知识,通俗易懂!如何计算dB、dBm、dBw……

滤波器 2022-03-27 23:49


1. 手把手教:如何计算dB、dBm、dBw……


dB应该是无线通信中最基本、最习以为常的一个概念了。我们常说“传播损耗是xx dB”、“发射功率是xx dBm”、“天线增益是xx dBi”……
 
有时,这些长得很像的dBx们可能被弄混,甚至造成计算失误。它们究竟有什么区别呢?
 

这事不得不先从dB说起。
 
而说到dB,最常见的就是3 dB啦!
3 dB在功率图或误码率图中经常出现。其实,没什么神秘的,下降3 dB就是指功率下降一半,3 dB点指的就是半功率点。 
+3 dB表示增大为两倍,-3 dB表示下降为1/2这是怎么来的呢?
 
其实很简单,让我们一起看下dB的计算公式:

dB表示功率P1相对于参考功率P0的大小关系。如果P1是P0的2倍,那么: 

如果P1是P0的一半,那么: 

关于对数的基本概念及运算性质,大家可以自行回顾下高一数学。。。 

 
现在出道题来检验下你的理解程度:
】功率增大为10倍,用?dB表示
 

点击下方空白区域查看答案


这里请大家记住一个口诀。记住了这个口诀,你基本就可以横着走路了。 


+3 dB,表示功率增加为2倍;+10 dB,表示功率增加为10倍。
-3 dB,表示功率减小为1/2;-10 dB,表示功率减小为1/10。
 
可见dB是个相对值,它的使命就是把一个很大或者很小的数,用一个简短的形式表达出来。 
这可以极大的方便我们计算和描述。尤其是绘制表格的时候,大家可以自行脑补下,没换算成dB前,这么多的0,坐标轴得拉到外太空了吧。。。




理解了dB,你只能横着走,理解了dB家族的其它成员,你就可以躺赢了。 



我们还是从最常用的dBm、dBw来说。
 
dBm、dBw就是把dB公式中的参考功率P0分别换成1 mW、1 W: 

 
1 mW、1 W都是确定的值,因此dBm、dBw都可以表示功率的绝对值。

直接上个功率换算表供大家参考。

watt

dBm

dBw

0.1 pW
-100 dBm
-130 dBW
1 pW
-90 dBm
-120 dBW
10 pW
-80 dBm
-110 dBW
100 pW
-70 dBm
-100 dBW
1 nW
-60 dBm
-90 dBW
10 nW
-50 dBm
-80 dBW
100 nW
-40 dBm
-70 dBW
1 μW
-30 dBm
-60 dBW
10 μW
-20 dBm
-50 dBW
100 μW
-10 dBm
-40 dBW
794 μW
-1 dBm
-31 dBW
1.000 mW
0 dBm
-30 dBW
1.259 mW
1 dBm
-29 dBW
10 mW
10 dBm
-20 dBW
100 mW
20 dBm
-10 dBW
1 W
30 dBm
0 dBW
10 W
40 dBm
10 dBW
100 W
50 dBm
20 dBW
1 kW
60 dBm
30 dBW
10 kW
70 dBm
40 dBW
100 kW
80 dBm
50 dBW
1 MW
90 dBm
60 dBW
10 MW
100 dBm
70 dBW
 
这里,我们要记住:
1 W = 30 dBm

简化口诀是“30是基准,等于1 W整”。

记住了这条,再结合前面的“加3乘2,加10乘10;减3除2,减10除10”,你就可以进行很多口算了。 
 
赶紧出道题来检验下。
】44 dBm=?W
 

答案


你算对了吗?
 
这里我们需要注意,等式右侧除了30 dBm,其余的拆分项都要用dB表示。也就是说,用一个dBx减另一个dBx时,得到的结果用dB表示。

[例] 如果A的功率为46 dBm,B的功率为40 dBm,可以说A比B大6 dB。
[例] 如果A天线为12 dBd,B天线为14 dBd,可以说A比B小2 dB。
 
 
例如,46 dB表示P1为P0的4万倍,46 dBm则表示P1的值为40 W。符号中仅仅差了一个m,代表的含义可完全不同。


dB家族中常见的还有dBi、dBd、dBc。它们的计算方法与dB的计算方法完全一样,表示的还是功率的相对值。

不同的是,它们的参考基准不同,即分母上的参考功率P0所代表的含义不同。


一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。这个差值是两种天线的不同方向性导致的,这里咱们就不展开说了。
 


此外,dB家族不仅可以表示功率的增益和损耗,还可以表示电压、电流、音频等,大家要具体场景具体应用。

需要注意的是,对于功率的增益,我们用10lg(Po/Pi),对于电压和电流的增益,要用20lg(Vo/Vi)、20lg(Io/Ii)。 

 
多的这个2倍是怎么来的呢?

这个2来源于电功率转换公式的平方上。对数里面的n次方,计算后对应的就是n倍啦。 
 
关于功率和电压、电流的转换关系,大家可以自行温习下初中物理。。。
 
 
最后,小编整理了一些主要的dB家庭成员,供大家参考。
 
相对值:
符号
全称
参考基准
dB
decibel
-
dBc
decibel carrier
载波功率
dBd
decibe dipole
偶极子功率密度
dBi
decibel isotropic
全向天线功率密度
dBFS
decibel full scale
满刻度的量值
dBrn
decibel reference noise
 基准噪声
 
 
绝对值:
符号
全称
参考基准
dBm
decibel milliwatt
1mW
dBW
decibel watt
1W
dBμV
decibel microvolt
1μVRMS
dBmV
decibel millivolt
1mVRMS
dBV
decibel volt
1VRMS
dBu
decibel unloaded
0.775VRMS
dBμA
decibel microampere
1μA
dBmA
decibel milliampere
1mA
dBohm
decibel ohms
dBHz
decibel hertz
1Hz
dBSPL
decibel sound pressure level
20μPa
 
 
最最后,我们再来出两道题检验下大家的成果。
 
1. 30 dBm的功率是()
A. 1 W
B. 10 W
C. 1 mW
D. 10 mW

答案



2. 假定小区输出总功率为46 dBm,在2天线时,单天线功率是( )
A. 46 dBm
B. 43 dBm
C. 23 dBm
D. 40 dBm

答案




2.  射频通信基础知识,通俗易懂!







电磁波


       电磁波是能量的一种,凡是高于绝对零度的物体,都会释出电磁波。电与磁可说是一体两面,电流会产生磁场,变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场。


       在低频的电振荡中,磁电之间的相互变化比较缓慢,其能量几乎全部返回原电路而没有能量辐射出去;在高频率的电振荡中,磁电互变甚快,能量不可能全部返回原 振荡电路,于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去,不需要介质也能向外传递能量,这就是一种辐射。








直射波


       类比:在桌球这项运动中,很多规律很像电磁波的规律。假若直接撞击球中心打出去的时候假使没有任何阻挡,球将沿直线运行,好比直射波。


       由发射天线沿直线到达接收点的无线电波,被称为直射波。自由空间电波传播是电波在真空中的传播,是一种理想传播条件。电波在自由空间传播时,可以认为是直射波传播,其能量既不会被障碍物吸收,也不会产生反射或散射。









反射波


 

       类比:我们还以桌球运动为例,如果打出的球碰到的桌边,它就按照反射角等入射角的规律运行,好比反射波。


       应用:在高速铁路无线覆盖选站的时候,要关注无线电波的入射角问题。备选站址不能太远,否则入射角太大,进入车厢内的折射能力就减少,一般会选取离铁路100米左右的站址。

 

       无线信号是通过地面或其他障碍物反射到达接收点的,称为反射波。反射发生于地球表面、建筑物和墙壁表面。反射波是在两种密度不同的传播媒介的分界面中才会发生,分界面媒质密度差越大,波的反射量越大,折射量越小。波的入射角越小,反射量越小,折射量越大。








绕射波




类比:再以桌球运动为例,假如在击球之后,母球和另一个球相切,根据力度和方向,它可以绕过视距内球,就很像绕射;

 

       当接收机和发射机之间的无线路径被尖利的边缘阻挡时,无线电波绕过障碍物而传播的现象称为绕射。绕射时,波的路径发生了改变或弯曲。由阻挡表面产生的二次波散布于空间,甚至于阻挡体的背面。绕射损耗是各种障碍物对无线电波传输所引起的损耗 。









散射波


       类比:还是以打桌球为例(^∇^*),假设在一个范围内的很多球的彼此间距不超过一个球,当母球打到这些球中间,会激起很多球向不同方向运动,很像散射。

 

       当无线电波穿行的介质中存在小于波长的物体,且单位体积内阻挡体的个数非常巨大时,发生散射; 散射波产生于粗糙表面,小物体或其他不规则物体。在实际的通信系统中,树叶、街道标志和灯柱等会引发散射。









趋肤效应

 

       类比:下大雨后,泥土路中间积满了水,大家只好沿着路边排队通过。路的有效通过面积由于积水而减少,影响了人们的出行效率。

 

       由于导体内部的感抗对交流电的阻碍作用比表面更大,交流电通过导体时,各部分的电流密度不均匀,导体表面电流密度大(减少了截面积,增大了损耗),这种现 象称为趋肤效应。交流电的频率越高,趋肤效应越显著,频率高到一定程度,可以认为电流完全从导体表面流过.实际应用:空心导线代替实心导线,节约材料;在高频电路中使用多股相互绝缘细导线编织成束来削弱趋肤效应。









多径效应


       类比:小时候玩泥巴,在一个小土堆的顶端倒水,水从四处流开,很多水都渗在土里或者流到不同方向损失掉了,有部分水流通过不同路径、不同时间汇到一个低洼的地方。

 

       无线电波的多径效应是指信号从发射端到接收端常有许多时延不同、损耗各异的传输路径,可以是直射、反射或是绕射,不同路径的相同信号在接受端叠加就会增大或减小接收信号的能量的现象。









阴影效应


       类比:和煦的阳光普照大地的时候,树木、房屋就有影子,这个影子不是完全的黑暗,是一种强度减弱很多的光。

 

       在传播路径上,无线电波遇到地形不平、高低不等的建筑物、高大的树木等障碍物的阻挡时,在阻挡物的后面,会形成电波信号场强较弱的阴影区,这个现象就叫做阴影效应。










菲涅尔区

 

       类比:有时候,人眼最有效的视力范围也是一个椭球体。椭球体之外的东西虽然也能看到,但是已经不是特别的清晰。一个训练有素的射击运动员,他的有效视力范围一定集中在他和目标的半径非常小的椭球体内。

 


       菲涅尔区是一个椭球体,收发天线位于椭球的两个焦点上。这个椭球体的半径就是第一菲涅尔半径。在自由空间,从发射点辐射到接收点的电磁能量主要是通过第一菲涅尔区传播的,只要第一菲涅尔区不被阻挡,就可以获得近似自由空间的传播条件。


       为保证系统正常通信,收发天线架设的高度要满足使它们之间的障碍物尽可能不超过其菲涅尔区的20%,否则电磁波多径传播就会产生不良影响,导致通信质量下降,甚至中断通信









慢衰落和快衰落


       类比:在股市下降过程中,虽然其分时曲线波动剧烈,但是5周线变化比较缓慢;另一种情况下,股价的分时瞬时值变化剧烈,很像快衰落。

 

       无线电波传播过程中,信号强度曲线的中值呈现慢速变化,叫做慢衰落。慢衰落反映的是瞬时值加权平均后的中值,反映了中等范围内数百波长量级接收电平的均值变化,一般遵从对数正态分布。


慢衰落产生的原因:

1)路径损耗;

2)阴影效应导致的信号衰落等。

 

 

       快衰落就是接收信号场强值的瞬时快速起伏、快速变化的现象。快衰落是由于各种地形、地物、移动体引起的多径传播信号在接收点相叠加,由于接收的多径信号的 相位不同、频率、幅度也有所变化,导致叠加以后的信号幅度波动剧烈。在移动台高速运行的时候,接收到的无线信号的载频范围随时间不断变化,也可引起叠加信 号幅度的剧烈变化。

 

一般快衰落可以细分为:

1)多径效应引起空间选择性衰落,即不同的地点、不同的传输路径衰落特性不一样;

2)载波频率的变化引起载波宽度范围超出了相干带宽的范围,引起的信号失真,叫做频率选择性衰落;

3)多普勒效应或多径效应可以引起不同信号到达接收点的时间差不一样,超过相干时间,引起的信号失真叫时间选择性衰落。

来源 :滤波器 微信公众号


|推荐阅读|



  • SAW声表滤波器与BAW滤波器技术

  • 使用超过10年的基站天线之拆机详解

  • 爱立信收购凯仕林天线和滤波器部门

  • 滤波器专业英语初级篇(更新版)

  • 国内首款BAW四工器产品下线

  • 5G陶瓷介质滤波器逐步成为行业主流!

  • 这25家滤波器公司都不知道,真是白活了

© 滤波器 微信公众号

滤波器 欢迎滤波器+微波射频行业人士关注! 掘弃平庸,学习更专业的技术知识!
评论
  • 光耦固态继电器(SSR)作为现代电子控制系统中不可或缺的关键组件,正逐步取代传统机械继电器。通过利用光耦合技术,SSR不仅能够提供更高的可靠性,还能适应更加复杂和严苛的应用环境。在本文中,我们将深入探讨光耦固态继电器的工作原理、优势、挑战以及未来发展趋势。光耦固态继电器:如何工作并打破传统继电器的局限?光耦固态继电器通过光电隔离技术,实现输入信号与负载之间的电气隔离。其工作原理包括三个关键步骤:光激活:LED接收输入电流并发出与其成比例的光信号。光传输:光电传感器(如光电二极管或光电晶体管)接收
    腾恩科技-彭工 2024-12-20 16:30 138浏览
  • 随着工业自动化和智能化的发展,电机控制系统正向更高精度、更快响应和更高稳定性的方向发展。高速光耦作为一种电气隔离与信号传输的核心器件,在现代电机控制中扮演着至关重要的角色。本文将详细介绍高速光耦在电机控制中的应用优势及其在实际工控系统中的重要性。高速光耦的基本原理及优势高速光耦是一种光电耦合器件,通过光信号传递电信号,实现输入输出端的电气隔离。这种隔离可以有效保护电路免受高压、电流浪涌等干扰。相比传统的光耦,高速光耦具备更快的响应速度,通常可以达到几百纳秒到几微秒级别的传输延迟。电气隔离:高速光
    晶台光耦 2024-12-20 10:18 209浏览
  •                                                窗        外       年底将近,空气变得格外寒冷,估计这会儿北方已经是千里
    广州铁金刚 2024-12-23 11:49 146浏览
  • 耳机虽看似一个简单的设备,但不仅只是听音乐功能,它已经成为日常生活和专业领域中不可或缺的一部分。从个人娱乐到专业录音,再到公共和私人通讯,耳机的使用无处不在。使用高质量的耳机不仅可以提供优良的声音体验,还能在长时间使用中保护使用者听力健康。耳机产品的质量,除了验证产品是否符合法规标准,也能透过全面性的测试和认证过程,确保耳机在各方面:从音质到耐用性,再到用户舒适度,都能达到或超越行业标准。这不仅保护了消费者的投资,也提升了该公司在整个行业的产品质量和信誉!客户面临到的各种困难一家耳机制造商想要透
    百佳泰测试实验室 2024-12-20 10:37 257浏览
  • 国产数字隔离器已成为现代电子产品中的关键部件,以增强的性能和可靠性取代了传统的光耦合器。这些隔离器广泛应用于医疗设备、汽车电子、工业自动化和其他需要强大信号隔离的领域。准确测试这些设备是确保其质量和性能的基本步骤。如何测试数字隔离器测试数字隔离器需要精度和正确的工具集来评估其在各种条件下的功能和性能。以下设备对于这项任务至关重要:示波器:用于可视化信号波形并测量时序特性,如传播延迟、上升时间和下降时间。允许验证输入输出信号的完整性。频谱分析仪:测量电磁干扰(EMI)和其他频域特性。有助于识别信号
    克里雅半导体科技 2024-12-20 16:35 157浏览
  • ALINX 正式发布 AMD Virtex UltraScale+ 系列 FPGA PCIe 3.0 综合开发平台 AXVU13P!这款搭载 AMD 16nm 工艺 XCVU13P 芯片的高性能开发验证平台,凭借卓越的计算能力和灵活的扩展性,专为应对复杂应用场景和高带宽需求而设计,助力技术开发者加速产品创新与部署。随着 5G、人工智能和高性能计算等领域的迅猛发展,各行业对计算能力、灵活性和高速数据传输的需求持续攀升。FPGA 凭借其高度可编程性和实时并行处理能力,已成为解决行业痛点的关
    ALINX 2024-12-20 17:44 186浏览
  • 汽车行业的变革正愈演愈烈,由交通工具到“第三生活空间”。业内逐渐凝聚共识:汽车的下半场在于智能化。而智能化的核心在于集成先进的传感器,以实现高等级的智能驾驶乃至自动驾驶,以及更个性、舒适、交互体验更优的智能座舱。毕马威中国《聚焦电动化下半场 智能座舱白皮书》数据指出,2026年中国智能座舱市场规模将达到2127亿元,5年复合增长率超过17%。2022年到2026年,智能座舱渗透率将从59%上升至82%。近日,在SENSOR CHINA与琻捷电子联合举办的“汽车传感系列交流会-智能传感专场”上,艾
    艾迈斯欧司朗 2024-12-20 19:45 265浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是用于电气隔离和信号传输的多功能组件。其应用之一是测量电路中的电压。本文介绍了如何利用光耦合器进行电压测量,阐明了其操作和实际用途。使用光耦合器进行电压测量的工作原理使用光耦合器进行电压测量依赖于其在通过光传输信号的同时隔离输入和输出电路的能力。该过程包括:连接到电压源光耦合器连接在电压源上。输入电压施加到光耦合器的LED,LED发出的光与施加的电压成比例。光电二极管响应LED发出的光由输出侧的光电二极管或光电晶体管检测。随着LED亮度的变化,光电二极管的电阻相应减小,
    腾恩科技-彭工 2024-12-20 16:31 179浏览
  • 百佳泰特为您整理2024年12月各大Logo的最新规格信息。——————————USB▶ 百佳泰获授权进行 USB Active Cable 认证。▶ 所有符合 USB PD 3.2 标准的产品都有资格获得USB-IF 认证——————————Bluetooth®▶ Remote UPF Testing针对所有低功耗音频(LE Audio)和网格(Mesh)规范的远程互操作性测试已开放,蓝牙会员可使用该测试,这是随时测试产品的又一绝佳途径。——————————PCI Express▶ 2025年
    百佳泰测试实验室 2024-12-20 10:33 181浏览
  • Supernode与艾迈斯欧司朗携手,通过Belago红外LED实现精准扫地机器人避障;得益于Belago出色的红外补光功能,使扫地机器人能够大大提升其识别物体的能力,实现精准避障;Belago点阵照明器采用迷你封装,兼容标准无铅回流工艺,适用于各种3D传感平台,包括移动设备、物联网设备和机器人。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(瑞士证券交易所股票代码:AMS)近日宣布,与国内领先的多行业三维视觉方案提供商超节点创新科技(Supernode)双方联合推出采用艾迈斯欧司朗先进Belago红
    艾迈斯欧司朗 2024-12-20 18:55 175浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦