射频技术中的基本单位

原创射频美学 2023-10-21 06:01

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这是射频美学的第1416期分享。

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射频基本单位中就有dB/dBm/dBw等。

当看到dBm和dBW这两个单位的时候，很多读者会觉得很奇怪，为什么不是“毫”、“千”、“兆”呢？下面就介绍一下神奇的dB。

发射机发射的信号可能会是到达接收机信号的十亿倍，乘或除这么大的数字是很难把握的，于是就出现了使用加减法来代替乘除法的对数。

（1）dB的概念

在射频中，只需要知道有关对数的两个知识点，

其一，对数是两个值的比值；

其二，该比值的单位是分贝(dB)。其定义是10lg(输出功率/输入功率)，对于放大器其定义为20lg(输出电压/输入电压)。

如前所述，如一个放大器将信号功率放大100倍，换算成分贝，就是增益为20dB；如果放大器将信号电压放大100倍，换算成分贝，则是增益为40dB。

分贝（dB）定义：

‍‍‍‍要注意的是，根据功率和电压（电流）的比值前面乘的系数不同，功率是10倍，电压（电流）是20倍。平时说的增益等都是指的功率。

只需要记住两种dB的转换就可以进行简单的分贝转换：

+3dB指的是2倍大（乘以2）；
+10dB指的是10倍大（乘以10）；
-3dB指的是减小到1/2（除以2）；
-10dB指的是减小到1/10（除以10）；
0dB 指的是没有变大和变小就是1。

【例1】如果信号的放大增益为4000倍，那么放大增益为多少dB？

解：本题可以通过两种方法进行计算，分别是公式计算法和快速计算法。增益用英文单词G表示。

公式计算法: 根据式（2-1）可得，

快速计算法：已知Gain=4000= 2 × 2 × 10 × 10 × 10；

所以Gain = 3dB + 3dB + 10dB + 10dB + 10dB = 36dB 。

可以看到通过快速计算法不需要使用计算器其计算结果与公式计算法的结果是一样的。在实际应用中，针对不复杂的计算建议采用快速计算法。

【例2】如果信号经历的增益为0.000125，那么增益是多少dB？

解：本题同样可以通过两种方法进行计算，分别是公式计算法和快速计算法。

公式计算法: 根据式（2-1）可得

快速计算法：已知 Gain = 0.000125 = 1 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ;

所以 Gain = 0dB - 3dB - 3dB - 3dB - 10dB - 10dB - 10dB = -39dB 。

如表2-1所示，为常用分贝的值和对应的系数关系，表中的dB转换数值为应用中常见数值，读者应全部掌握。

表2-1 常用分贝值与对应系数

dBm/dBW

（2）dBm和dBW的概念

那dBm和dBW又是什么单位呢？在前面讲dB的时候我们提到过由于两个信号的能量可能差10亿倍，如果只是简单的用瓦这个单位会非常的不方便，所以在射频应用中一般用dBm来作为功率的单位，定义0dBm=1mW；0dBW=1W，那么：

W和dBm的转换公式为：

W和dBW的转换公式为：

所以：+30 dBm = 0 dBW；- 30 dBW = 0 dBm。

需要说明的一点是在射频工程中最常用的功率单位是dBm，根据式（2-3），常用换算如下。

【例3】一个设备的输出功率为33dBm，其输出功率是多少瓦？

解：+33dBm＝0dBm +10dB +10dB +10dB +3dB

＝1mW ×10 ×10 ×10 ×2 ＝2W。因此这个设备的输出功率为2W。

【例4】一个设备的输出功率为0.00025mW，其输出功率是多少dBm？

解：0.00025mW＝1mW ÷10 ÷10 ÷10 ÷2 ÷2

＝0dBm -10 -10 -10 -3 -3＝-36dBm。因此这个设备的输出功率为-36dBm。

如表2-2所示常用dBm与功率值和对照表，表中的dBm与功率的转换数值为应用中常见数值，读者应全部掌握。

表2-2 常用dBm与功率值对照表

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