在通信、射頻和電子工程領域,dB(分貝)及其衍生單位(如dBm、dBc、dBi)是用于描述功率、增益和相對關系的常用單位。
dB的定義:
但是dB的定義,對于功率和電壓,運用的公式有所不同。
功率比:
電壓比:
因為dB是相對值,是一個比值,所以是沒有量綱的,(只有相同單位的東西才可以比,一斤紅薯和一公里路程是沒辦法求比值的,相同單位的東西,比過之后,單位就抵消了,所以比值是一個沒有量綱的東西。)
dB在射頻設計中常用來描述增益,衰減,損耗。比如放大器的增益是20dB,濾波器的插入損耗是1dB,回波損耗是20dB,帶外抑制(衰減)是30dB等。
注意,增益20dB,相當于放大了10^2 倍,也就是100倍,那么30dB就是1000倍了。
射頻設計中還有一個需要記住的dB值,3dB大約是2倍,6dB就是4倍,9dB就是8倍....
dB的衍生
以dB衍生出來很多相關的單位,整理表格如下,這些單位廣泛應用于通信、音頻、聲學、天線設計等領域,用于表示功率、電壓、電流、增益等物理量的對數值。
但是,在射頻設計中,我們比較常用的就是dBm,dBc,dBi/dBd 這些了。
dBm
分貝毫瓦表示功率相對于1毫瓦(mW)的對數值,常用來表示信號的功率大小。
公式如下:
所以0dBm就是1毫瓦,10dBm就是10毫瓦,30dBm才是1瓦,40dBm是10瓦,43dBm是20瓦。
同樣可表示功率大小的還有dBW(分貝瓦),只是很少用到。
dBc
c這里是Carrier 的首字母,在射頻中表示載波的意思,所以dBc也就是相對于載波的比值的對數值。
dBi
這里的i是Isotropic Antenna的首字母,所以dBi就是天線相對于各向同性天線的增益的對數值。
G就是天線的增益,各向同性天線的增益為1。
天線增益中還有一個常用的單位是dBd。
d是dipole偶極子的首字母,所以dBd是天線增益相對于偶極子的對數值。
這里也告訴我們,天線的增益其實是相對的,天線作為無源器件并不產生功率,只是能夠把電磁波聚集到某一個特定的方向上,這樣相對于各向同性天線,或者偶極子天線來說,在特定方向上,天線發射的電磁波就大了。
dB運算的注意事項
射頻計算中為什么要用dB呢?答案就是為了簡化計算。
比如兩個放大器的級聯,一級放大器增益是10倍,第二級放大器增益是100倍,那么總增益是多少?
用dB表示就是
乘法就轉換為了加法。
但是這里的加減法不能隨意。
比如兩個20dBm的信號相疊加,總功率是23dBm,而不是40dBm。也就是dBm不能隨便相加減的,嚴格意義上的計算要轉換成絕對功率,然后在加減。
但是dBm和dB就可以,
比如輸入信號是20dBm,經過一個增益為20dB的放大器,輸出信號就是40dBm。
但是如果dBm和dBc怎么換算,這個就不行了。