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作为射频工程师,你是否真的会用“dB”? [复制链接]

 

在我们的工作中,经常会用到“dB”这个单位。比如插损,回波损耗,功率,我们经常会用xx dB,或者xx dBm 来描述。当然,对于同行来说,很容易理解你到底说的什么意思,但是对于外行来说,听起来就一脸懵逼:说的什么玩意?

什么是dB?

dB的中文名称叫做分贝,这里既有音译,又有意译。我们取了dB 英文全称 “decibel”后面那个 “bel ”做“贝”,然后用了前面的 deci 为“分”。通俗的解释就是十分之一贝尔。这个是不是有点豁然开朗了,原来分贝中的这个“贝”全程叫做“贝尔”,是为了纪念电话的发明家:亚历山大·格雷厄姆·贝尔。这么重要的一个射频单位,给电话的鼻祖 贝尔,当然是理所当然的了。我们知道亚历山大·格雷厄姆·贝尔,除了是一个伟大的发明家之外,他还是一个声学生理学家和聋哑人语的教师,他在研究声音的过程中,顺带着发明了电话。而研究声音的时候,对声音的刻度做了定义——贝尔:当声音的强度增加十倍时,声音响度的增加量称为1贝尔。它是用于比较电气通信中的功率水平或声音强度的单位,对应于10 比 1的强度比。由于贝尔是一个巨大的数字,所以贝尔的十分之一:分贝 就出来了:当声音的强度增加 10 0.1倍时,声音响度的增加量称为 1 分贝。换句话说,十分之一贝尔称为 1 分贝。它是一种用于测量声音强度或电信号功率电平的单位,方法是将其与对数刻度上的给定电平进行比较。

在分贝刻度上,最低可听声音(接近完全静音)为 0 dB。10 倍影响力的声音是 10 dB。比接近完全静音强 100 倍的声音是 20 dB。比接近完全静音强 1,000 倍的声音是 30 dB。

而在射频设计中,dB 就是一个比值的以10为底数的对数

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对数 VS 指数 的数学基础

在高中的数学学习中,我们认识了对数和指数这两个相辅相成的数型。一个数的指数是指多少个这个数相乘,例如

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而对数是指多少个给定的数相乘,会得到另一个数。所以这里有一个对应关系:

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也就是:3 个2 相乘是8,而8 以2为底的对数是3.

既然两个描述的东西都一样,为什么有了指数,还要再搞一个对数呢?

我们看下面那个以10 为底的对数表:如果以数值表示的话,要不很大,要不就很小,但是用对数来表示时,就成了:3,2,1,0,-1,-2,-3。十以内的加减乘除是不是闭着眼都不会算错。

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更重要的是,换算成对数之后,原来的乘除运算,就可以变成简单的加减了,岂不是更简单了。

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为什么用对数呢?懒 可能是发明者的主要推动力素。

不服气的话,你算一下这个:在一个射频接受机系统中,已知,天线的增益是x5.7,低噪放的增益是x7.5,混频器是x4.6,滤波器的损耗是x0.43,......,整个链路的增益是多少?很简单嘛,就是这些增益值相乘吗?5.7*7.5*4.6*0.43*12.8*8.7*35.6=?

 告诉我,你的答案。我敲着计算器算了半天,结果是:335229.032752. 那如果这个天线接收到的信号是0.02354mW,output的信号功率又是多少?

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是不是也够烦的。

但是,如果我们把链路中的增益换成dB来表示呢?

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那这个链路的总增益就是:0.76+0.88+0.66-0.37+1.11+0.94+1.55=?不用敲计算器,相信很多人心中已经有了答案:5.53 dB . 那如果我们把接收信号功率也改成dBm形式:-16.2819dBm。那output信号功率就是 -16.28dBm+5.53dB=10.75dBm。这个计算过程是不是就比较清爽了。

这也是为什么 射频工程师更喜欢用dB的原因——简直太好用了。

 

射频设计中dB

既然dB这么好用,那我们在使用的过程中,是不是就可以随便用了。比如当一个三端口功分器做合路器用的时候,在两个输入口各输入30dBm的信号,输出口的功率是多少?30dBm+30dBm=60dBm?

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除了这个之外,还有一个要注意的就是,电压增益和功率增益的区别?

电压增益的dB是输出电压和输入电压比值的以10为底的对数的20倍。

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cdfa097329abf2afeafb47f85a2f61f2.png  这是为什么呢?因为在射频设计中,我们主要针对对象是射频功率,硬要把它用在电压上,那就要从功率和电压的关系入手:

40d1542ad637f8887385dccd9ad74c87.png  

也就是说,功率增益是电压增益的平方,这个平方在对数计算中就给了前面系数10一个2倍。

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在工作当上确实天天跟 DB单打交道,没有对DB本身做深入了解,学习了!

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只要接触到讯号就会有这个东西存在   大神些在前面引路嘛  可以快速的跟上就是收获  详情 回复 发表于 2021-12-23 09:40

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谢谢版主分享

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一起学习一起进步   学习先进的  后之后学也不落下嘛  详情 回复 发表于 2021-12-23 09:41

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Fred_1977 发表于 2021-12-23 08:45 在工作当上确实天天跟 DB单打交道,没有对DB本身做深入了解,学习了!

只要接触到讯号就会有这个东西存在   大神些在前面引路嘛  可以快速的跟上就是收获

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谢谢楼主分享🐂


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原来dB是指数,那灵敏度为-140dB那不是非常小?

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要找这个信号确实不容易哦    详情 回复 发表于 2021-12-25 16:10

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wangerxian 发表于 2021-12-25 10:42 原来dB是指数,那灵敏度为-140dB那不是非常小?

要找这个信号确实不容易哦  

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就相当于在噪声中去寻找信号了  详情 回复 发表于 2021-12-25 16:10
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btty038 发表于 2021-12-25 16:10 要找这个信号确实不容易哦  

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谢谢楼主的文章,这个DB领悟起来确实不易

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主要是他在不同的条件下理解有些许偏差   放大和  详情 回复 发表于 3 天前

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ayslwx 发表于 2022-1-17 09:21 谢谢楼主的文章,这个DB领悟起来确实不易

主要是他在不同的条件下理解有些许偏差   放大和

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