Все, что вы хотели знать о децибелах, но боялись спросить...

Верно или нет? 30 дБмВт + 30 дБмВт = 60 дБмВт? Почему один раз 1% преобразуется к виду 40 дБ, а в другой раз – 0,1 дБ или 0,05 дБ? Эти вопросы иногда заставляют ломать головы даже опытных инженеров. Децибелы встречаются повсюду, в том числе в таких величинах как уровни мощности, напряжения, коэффициенты отражения, коэффициенты шума, напряженности полей и многих других. Что такое децибел и как его следует использовать в своих расчетах? Данные указания к применению позволят вам освежить знания по теме децибелов.

Введение

Единицы измерения %, дБ, дБмВт и дБ (мкВ/м) – это важнейшие понятия, которые любой инженер должен осознавать даже во сне. Потому что, если он не может этого делать, в своей сфере деятельности он обязательно будет находится в невыгодном положении. Когда эти понятия всплывут в дискуссии с клиентами или коллегами, ему будет трудно сосредоточиться на реальной проблеме, если он будет занят, размышляя, означает ли величина 3 дБ коэффициент 2 или 4 (или что-то еще). Поэтому стоит время от времени повторять эти понятия и хорошо ими владеть на постоянной основе. Хотя настоящие указания по применению не предназначены для использования в качестве учебника, они помогут освежить ваши знания по этой теме, если вы их уже изучали, или обеспечить достойное знакомство с темой, если она для вас является новой.

Для чего в расчетах используют децибелы?

В повседневной жизни инженерам приходится иметь дело с числами, и некоторые из этих чисел могут быть очень большими или очень маленькими. В большинстве случаев самым главным является отношение двух величин. Например, базовая станция мобильной радиосвязи может передавать сигнал мощностью приблизительно 80 Вт (с учетом коэффициента усиления антенны). Мобильный телефон получает всего лишь 0,000000002 Вт, что составляет 0,0000000025 % от передаваемой мощности. Всякий раз, когда приходится иметь дело с большими числовыми диапазонами, удобно использовать логарифмы чисел. Например, базовая станция в нашем примере передает сигнал на уровне 49 дБмВт, в то время как мобильный телефон принимает сигнал с уровнем -57 дБмВт; разница уровней составляет 49 дБмВт – (-57 дБмВт) = 106 дБ. Другой пример: если собрать каскад из двух усилителей мощности с коэффициентами усиления 12 и 16, соответственно, мы получим общий коэффициент усиления 12 x 16 = 192 (который, мы надеемся, вы можете рассчитать в уме – не так ли?). В логарифмических единицах, усилители обладают коэффициентами усиления 10,8 дБ и 12 дБ, соответственно, что дает общий коэффициент усиления 22,8 дБ, который несомненно легче рассчитать. Можно видеть, что при выражении величин в децибелах их значениями намного легче манипулировать. В уме намного проще складывать и вычитать значения децибел, чем умножать или делить линейные значения. Это главная причина, по которой мы хотим, чтобы наши расчеты проводились в децибелах.

Определение дБ

Хотя логарифм по основанию 10 отношения двух значений мощности является безразмерной величиной, он выражается в единицах измерения "Бел" в честь изобретателя телефона (Александра Грэхема Белла). Чтобы получить более удобные в применении числа, для вычислительных целей вместо Бел используют единицы дБ (децибел, где "деци" обозначает одну десятую). Необходимо умножить значения в Белах на 10 (так же как мы должны умножить расстояние на 1000, если мы хотим использовать миллиметры вместо метров). Как упоминалось выше, преимущество использования децибел состоит в том, что огромный диапазон сигналов, часто встречающихся в области телекоммуникаций и радиотехники, может быть представлен с помощью более удобных в применении чисел.

Пример: Мощность P1 равна 200 Вт, а мощность P2 равна 100 мВт. Каково их соотношение в дБ? Попробуйте найти ответ самостоятельно! А если не справитесь, то правильный ответ здесь - Оригинал статьи на оф сайте R&S

Конечно, перед делением этих уровней мощности, необходимо преобразовать их в одинаковые единицы, т. е. Вт или мВт. Мы не получим правильный результат, если просто поделим 200 на 100. В настоящее время, мы используем почти исключительно логарифмы по основанию 10. Сокращенно логарифм по основанию 10 обозначается lg. В старых учебниках можно встретить и натуральный логарифм – это логарифм по основанию е (е = приблиз. 2,718). В настоящих указаниях по применению используется только логарифм по основанию 10, для которого применяется сокращение lg без указания основания.

Что означают дБмВт?

Если отнести произвольное значение мощности к фиксированной опорной величине, то логарифмическое отношение этих двух величин даст новую абсолютную величину. Эта величина определяется как уровень. Наиболее часто используемой в области телекоммуникаций и радиотехники опорной величиной является мощность 1 мВт (одна тысячная ватта) на сопротивлении 50 Ом. Общее отношение мощности P1 к мощности P2 станет отношением мощности P1 к мощности 1 мВт. Логарифмическое отношение даст значение уровня L. По стандарту IEC 27 опорное значение должно быть указано в индексе уровня. Для обозначения отношения к 1 мВт Международный союз электросвязи (МСЭ) ввел единицы измерения дБмВт (dBm). Эти единицы измерения более распространены, чем терминология IEC 27, и в дальнейшем будем пользоваться ими. Чтобы получить представление о порядках величин, которые, как правило, встречаются на практике, рассмотрим несколько примеров. Диапазон выходной мощности генераторов сигналов простирается обычно от -140 до +20 дБмВт или от 0,01 фВт (фемтоватт) до 0,1 Вт. Базовые станции мобильной радиосвязи передают сигнал с уровнем +43 дБмВт или мощностью 20 Вт. Мобильные телефоны передают сигнал с уровнем от +10 до +33 дБмВт или от 10 мВт до 2 Вт. Радиовещательные передатчики работают в диапазоне от +70 до +90 дБмВт или от 10 кВт до 1 МВт.

Читайте всю статью на оф сайте R&S и вы узнаете:

  • Для чего в расчетах используют децибелы
  • Преобразование из децибел в проценты и обратно
  • Что можно измерить в децибелах?
  • Таблицы для сложения децибел и много интересного

Ваша команда R&S.

Присоединяйтесь к нашим спец проектам: Видео Академия R&S и Клуб Радиоинженеров.