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什么是dB?dB為什么如此重要?

射頻學(xué)堂 ? 來(lái)源:射頻學(xué)堂 ? 2023-02-06 15:37 ? 次閱讀

在我們的工作中,經(jīng)常會(huì)用到“dB”這個(gè)單位。比如插損,回波損耗,功率,我們經(jīng)常會(huì)用xx dB,或者xx dBm 來(lái)描述。當(dāng)然,對(duì)于同行來(lái)說(shuō),很容易理解你到底說(shuō)的什么意思,但是對(duì)于外行來(lái)說(shuō),聽(tīng)起來(lái)就一臉懵逼:說(shuō)的什么玩意?

在之前的文章中,我們也多次介紹關(guān)于“dB”的概念(鏈接1,鏈接2),包括計(jì)算方法(鏈接3, 鏈接4)。今天我們?cè)賮?lái)說(shuō)一下dB這個(gè)概念,希望越捋越清晰,最好能讓老少婦孺全知。哈哈!

什么是dB?

dB的中文名稱(chēng)叫做分貝,這里既有音譯,又有意譯。我們?nèi)×薲B 英文全稱(chēng) “decibel”后面那個(gè) “bel ”做“貝”,然后用了前面的 deci 為“分”。通俗的解釋就是十分之一貝爾。這個(gè)是不是有點(diǎn)豁然開(kāi)朗了,原來(lái)分貝中的這個(gè)“貝”全程叫做“貝爾”,是為了紀(jì)念電話(huà)的發(fā)明家:亞歷山大·格雷厄姆·貝爾

這么重要的一個(gè)射頻單位,給電話(huà)的鼻祖 貝爾,當(dāng)然是理所當(dāng)然的了。我們知道亞歷山大·格雷厄姆·貝爾,除了是一個(gè)偉大的發(fā)明家之外,他還是一個(gè)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語(yǔ)的教師,他在研究聲音的過(guò)程中,順帶著發(fā)明了電話(huà)。而研究聲音的時(shí)候,對(duì)聲音的刻度做了定義——貝爾:當(dāng)聲音的強(qiáng)度增加十倍時(shí),聲音響度的增加量稱(chēng)為1貝爾。

它是用于比較電氣通信中的功率水平或聲音強(qiáng)度的單位,對(duì)應(yīng)于10 比 1的強(qiáng)度比。由于貝爾是一個(gè)巨大的數(shù)字,所以貝爾的十分之一:分貝 就出來(lái)了:當(dāng)聲音的強(qiáng)度增加 100.1倍時(shí),聲音響度的增加量稱(chēng)為 1 分貝。換句話(huà)說(shuō),十分之一貝爾稱(chēng)為 1 分貝。它是一種用于測(cè)量聲音強(qiáng)度或電信號(hào)功率電平的單位,方法是將其與對(duì)數(shù)刻度上的給定電平進(jìn)行比較。

在分貝刻度上,最低可聽(tīng)聲音(接近完全靜音)為 0 dB。10 倍影響力的聲音是 10 dB。比接近完全靜音強(qiáng) 100 倍的聲音是 20 dB。比接近完全靜音強(qiáng) 1,000 倍的聲音是 30 dB。

而在射頻設(shè)計(jì)中,dB 就是一個(gè)比值的以10為底數(shù)的對(duì)數(shù)

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對(duì)數(shù) VS 指數(shù) 的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

在高中的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,我們認(rèn)識(shí)了對(duì)數(shù)和指數(shù)這兩個(gè)相輔相成的數(shù)型。一個(gè)數(shù)的指數(shù)是指多少個(gè)這個(gè)數(shù)相乘,例如

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而對(duì)數(shù)是指多少個(gè)給定的數(shù)相乘,會(huì)得到另一個(gè)數(shù)。所以這里有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系:

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也就是:3 個(gè)2 相乘是8,而8 以2為底的對(duì)數(shù)是3.

既然兩個(gè)描述的東西都一樣,為什么有了指數(shù),還要再搞一個(gè)對(duì)數(shù)呢?

我們看下面那個(gè)以10 為底的對(duì)數(shù)表:如果以數(shù)值表示的話(huà),要不很大,要不就很小,但是用對(duì)數(shù)來(lái)表示時(shí),就成了:3,2,1,0,-1,-2,-3。十以?xún)?nèi)的加減乘除是不是閉著眼都不會(huì)算錯(cuò)。

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更重要的是,換算成對(duì)數(shù)之后,原來(lái)的乘除運(yùn)算,就可以變成簡(jiǎn)單的加減了,豈不是更簡(jiǎn)單了。

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為什么用對(duì)數(shù)呢?懶可能是發(fā)明者的主要推動(dòng)力素。

不服氣的話(huà),你算一下這個(gè):在一個(gè)射頻接受機(jī)系統(tǒng)中,已知,天線的增益是x5.7,低噪放的增益是x7.5,混頻器是x4.6,濾波器的損耗是x0.43,......,整個(gè)鏈路的增益是多少?很簡(jiǎn)單嘛,就是這些增益值相乘嗎?5.7*7.5*4.6*0.43*12.8*8.7*35.6=?

告訴我,你的答案。我敲著計(jì)算器算了半天,結(jié)果是:335229.032752. 那如果這個(gè)天線接收到的信號(hào)是0.02354mW,output的信號(hào)功率又是多少?

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是不是也夠煩的。

但是,如果我們把鏈路中的增益換成dB來(lái)表示呢?

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那這個(gè)鏈路的總增益就是:0.76+0.88+0.66-0.37+1.11+0.94+1.55=?不用敲計(jì)算器,相信很多人心中已經(jīng)有了答案:5.53 dB . 那如果我們把接收信號(hào)功率也改成dBm形式:-16.2819dBm。那output信號(hào)功率就是 -16.28dBm+5.53dB=10.75dBm。這個(gè)計(jì)算過(guò)程是不是就比較清爽了。

這也是為什么 射頻工程師更喜歡用dB的原因——簡(jiǎn)直太好用了。

射頻設(shè)計(jì)中dB

既然dB這么好用,那我們?cè)谑褂玫倪^(guò)程中,是不是就可以隨便用了。比如當(dāng)一個(gè)三端口功分器做合路器用的時(shí)候,在兩個(gè)輸入口各輸入30dBm的信號(hào),輸出口的功率是多少?30dBm+30dBm=60dBm?

除了這個(gè)之外,還有一個(gè)要注意的就是,電壓增益和功率增益的區(qū)別?

電壓增益的dB是輸出電壓和輸入電壓比值的以10為底的對(duì)數(shù)的20倍。

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而功率增益的dB是輸出功率和輸入功率比值的對(duì)數(shù)的10倍。

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這是為什么呢?因?yàn)樵谏漕l設(shè)計(jì)中,我們主要針對(duì)對(duì)象是射頻功率,硬要把它用在電壓上,那就要從功率和電壓的關(guān)系入手:

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也就是說(shuō),功率增益是電壓增益的平方,這個(gè)平方在對(duì)數(shù)計(jì)算中就給了前面系數(shù)10一個(gè)2倍。

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說(shuō)到這了,你還有什么疑問(wèn)嗎?





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:射頻設(shè)計(jì),dB 為什么如此重要?

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