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dB-对射频人到底有多重要?

捡历史的小木板 2022-02-27 阅读 72

大家好,我是云何以连城。

分贝,这个词应该不算陌生?没错,噪声的单位就是分贝,一般说噪声有多大,就是用分贝来衡量的(科普一下:昼间55分贝,夜间45分贝,超过了算扰民),而分贝的英文简称就是“dB”。

在射频领域,射频人基本上都不叫分贝,而是称为“dB”。比如“低噪声放大器的增益是多少dB?”、“链路的插入损耗是多少dB?”、“端口的回拨损耗是多少dB?”等等。

一、dB到底是什么来头?

dB-描述的是两个信号功率的相对大小

以“低噪声放大器的增益是多少dB?”为例,假设低噪声放大器的输入信号功率是P1 = 1 mW,输出信号功率是P2 = 2 mW,输出信号是输入信号功率的两倍,计算得出增益大小为G=10*log(P2/P1)≈3 dB,因此简单来说,3 dB在物理意义上就是2倍,同理10 dB在物理意义上就是10倍

此外,dB还有不少“亲戚”,包括dBm、dBw、dBc、dBi......,这个之后再细说。

二、电压增益、电流增益与功率增益的换算

对于功率增益而言,G(p)=10*log(P2/P1);而电压增益和电流增益公式分别是G(v)=20*log(V2/V1)

、G(i)=20*log(I2/I1)

为什么功率增益前面的系数是10?而电压增益和电流增益前面的系数是20呢?

我们可以这么理解:

根据功率与电压电流的关系:P2/P1=(U2*I2)/(U1*I1)

再由欧姆定律,U=I*R可得,

接着公式两边同时取10*log,得到10*log(P2/P1) = 20*(I2/I1)

同样的,将I=U/R代入公式换算,也能得到10*log(P2/P1) = 20*(U2/U1)

因此得出结论一:功率增益前面的系数是10,电压增益和电流增益前面的系数是20。

三、“mW”与“dBm”的换算关系

通常,电路的工作频率越高,输出高功率的难度越大,因此射频范围内的功率一般是mW级别,而在dB的“亲戚”中与之相对应的是dBm。

若功率为P mW,则P (mW) = 10 log(P/1mW) (dBm)

换算准则一:1 mW = 0 dBm,2 mW ≈  3 dBm,10 mW =  10 dBm

换算准则二:+3 dB,功率乘以2;+10 dB,功率乘以10

掌握两个换算准则,就可以轻易实现“mW”与“dBm”的换算,比如16 dBm = 10 dBm + 3 dB + 3 dB = 10 mW*2*2 ≈ 40 mW。

那“dBm”、“dB”又有啥区别?

比如功率放大器的输入功率是1 mW,输出功率是2 mW,运用换算准则一,输入功率和输出功率分别是0 dBm和3 dBm,这是实打实的功率,因此dBm反映的是一个功率的绝对大小,它不以任何意志为转移;同时,根据上述计算得出功率放大器的增益是3 dB,这里的3 dB指的不是输入或者输出功率的大小,而是表示输出功率比输入功率高两倍,dB反映的是两个功率的相对大小,因此,如果将输入输出功率同时增大两倍,那增益还是3 dB

因此得出结论二:mW和dBm都是衡量绝对功率的单位,dB是衡量相对功率的单位

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