教你如何區(qū)分dBm,dB,dBi,dBd...

時(shí)間：2017-07-12 22:03:50

關(guān)鍵字：功率控制放大器電源技術(shù)解析

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[導(dǎo)讀]純計(jì)數(shù)單位首先，dB 是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位：對(duì)于功率，dB = 10*lg(A/B)。對(duì)于電壓或電流，dB = 20*lg(A/B).dB的意義其實(shí)再簡單不過了，就是把一個(gè)很大(后面跟一長串0的)或者很小

純計(jì)數(shù)單位

首先，dB 是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位：對(duì)于功率，dB = 10*lg(A/B)。對(duì)于電壓或電流，dB = 20*lg(A/B).dB的意義其實(shí)再簡單不過了，就是把一個(gè)很大(后面跟一長串0的)或者很小(前面有一長串0的)的數(shù)比較簡短地表示出來。如：

X=1000000000000000 (共15個(gè)0)

10lgX=150dB

X=0.000000000000001

10lgX=-150 dB

dBm 定義的是miliwatt。0 dBm=10lg1mw;

dBw 定義watt。0 dBw = 10lg1 W = 10lg1000 mw = 30 dBm。

dB在缺省情況下總是定義功率單位，以10lg 為計(jì)。當(dāng)然某些情況下可以用信號(hào)強(qiáng)度(Amplitude)來描述功和功率，這時(shí)候就用20lg 為計(jì)。不管是控制領(lǐng)域還是信號(hào)處理領(lǐng)域都是這樣。比如有時(shí)候大家可以看到dBmV 的表達(dá)。

注意基本概念

在dB，dBm計(jì)算中，要注意基本概念。比如前面說的0dBw = 10lg1W = 10lg1000mw = 30dBm;又比如，用一個(gè)dBm 減另外一個(gè)dBm時(shí)，得到的結(jié)果是dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。

dB和dB之間只有加減

一般來講，在工程中，dB和dB之間只有加減，沒有乘除。而用得最多的是減法：dBm減dBm 實(shí)際上是兩個(gè)功率相除，信號(hào)功率和噪聲功率相除就是信噪比(SNR)。dBm 加dBm 實(shí)際上是兩個(gè)功率相乘，這個(gè)已經(jīng)不多見(我只知道在功率譜卷積計(jì)算中有這樣的應(yīng)用)。dBm 乘dBm 是什么，1mW的1mW 次方?除了同學(xué)們老給我寫這樣幾乎可以和歌德巴赫猜想并駕齊驅(qū)的表達(dá)式外，我活了這么多年也沒見過哪個(gè)工程領(lǐng)域玩這個(gè)。

dB是功率增益的單位

dB，表示一個(gè)相對(duì)值。當(dāng)計(jì)算A的功率相比于B大或小多少個(gè)dB時(shí)，可按公式10 lg A/B計(jì)算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是說，A的功率比B的功率大3dB;如果A的功率為46dBm，B的功率為40dBm，則可以說，A比B大6dB;如果A天線為12dBd，B天線為14dBd，可以說A比B小2dB。

dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的單位，計(jì)算公式為：10lg功率值/1mW。例如：如果發(fā)射功率為1mW，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10 lg 1mW/1mW = 0dBm;對(duì)于40W的功率,則10 lg(40W/1mW)=46dBm。

1、dBm

dBm是一個(gè)考征功率絕對(duì)值的值，計(jì)算公式為：10lg(功率值/1mw)。

[例1] 如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。

[例2] 對(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：

10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg(4*10^4)=40+10*lg4=46dBm。

2、dBi 和dBd

dBi和dBd是考征增益的值(功率增益)，兩者都是一個(gè)相對(duì)值,但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子,所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來比用dBd表示出來要大2. 15。

[例3] 對(duì)于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，則為18.15dBi (一般忽略小數(shù)位，為18dBi)。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5] GSM900天線增益可以為13dBd(15dBi)，GSM1800天線增益可以為15dBd(17dBi)。

3、dB

dB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10lg(甲功率/乙功率)

[例6] 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。

也就是說，甲的功率比乙的功率大3 dB。

[例7] 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳輸損耗約為3.9dB。

[例8] 如果甲的功率為46dBm，乙的功率為40dBm，則可以說，甲比乙大6 dB。

[例9] 如果甲天線為12dBd，乙天線為14dBd，可以說甲比乙小2 dB。

4、dBc

有時(shí)也會(huì)看到dBc，它也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。

一般來說，dBc 是相對(duì)于載波(Carrier)功率而言，在許多情況下，用來度量與載波功率的相對(duì)值，如用來度量干擾(同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等)以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。

搞無線和通信經(jīng)常要碰到的dBm, dBi, dBd, dB, dBc

經(jīng)驗(yàn)算法：

有個(gè)簡便公式：0dBm=0.001W 左邊加10=右邊乘10

所以0+10dBm=0.001*10W 即10dBm=0.01W

故得20dBm=0.1W 30dBm=1W 40dBm=10W

還有左邊加3=右邊乘2，如40+3dBm=10*2W，即43dBm=20W，這些是經(jīng)驗(yàn)公式，蠻好用的。

所以-50dBm=0dBm-10-10-10-10-10=1mW/10/10/10/10/10=0.00001mW。

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dBm的計(jì)算方法：(dBm與mW)

一般坊間販?zhǔn)鄣?02.11x無線網(wǎng)路AP上頭，常會(huì)有規(guī)格說明，里頭總會(huì)有一項(xiàng)說明到這個(gè)AP(或是無線網(wǎng)路卡)，它的傳輸功率(transmission POWER)有20dBm，或者有些產(chǎn)品，是以mW(milliWatts)為單位，例如很有名的神腦長距離網(wǎng)卡，就說他們的網(wǎng)卡具有高達(dá)100mW的發(fā)射功率。

這些單位是怎么回事呢?

dBm是dB-milliWatt，即是這個(gè)讀數(shù)是在與一個(gè)milliWatt作比較而得出的數(shù)字。在儀器中如果顯示著0dBm的意思即表示這個(gè)訊號(hào)與1mW的訊號(hào)沒有分別，也就是說這個(gè)訊號(hào)的強(qiáng)度就是1mW了。至于Watt(瓦特)是功率的單位我想大家都知道，就不贅述了。

所以我們必須先從dB講起，dB到底是什么呢?dB的全寫是decibel，英文(其實(shí)是拉丁語文)中deci即十分一的的意思。這個(gè)單位原本是bel 。但因?yàn)橐_(dá)到一個(gè)bel的數(shù)值比較所需之能量差通常都較為大而在電路學(xué)上并不常用，故此才比較常用十分之一bel，亦即decibel這個(gè)單位了。

那么decibel(或者bel)又指什么呢?

其實(shí)它是指當(dāng)你遇上有兩個(gè)能量(訊號(hào))的時(shí)候，dB就是我們用來表示這兩個(gè)能量之間的差別的一種表示單位。它本身并不是一個(gè)獨(dú)立的(如伏特Volt、安培Ampere等)絕對(duì)單位，dB這個(gè)單位一出現(xiàn)即意味著是有兩個(gè)同樣性質(zhì)的能量(或訊號(hào))正在被比較之中而獲得的單位。

至此或許大家會(huì)有疑問：「既然dB只是表示兩個(gè)訊號(hào)間的能量差別的話，為何不干脆用”倍數(shù)”來做表示呢?是否為了要故作深?yuàn)W而造出這個(gè)單位來呢?」

當(dāng)然不是啦!不過這個(gè)問題倒也問得相當(dāng)好。不是嗎?干脆用”倍數(shù)”不是來得簡單易懂而不致于有這么多的人搞錯(cuò)了觀念嗎?某程度上林教官也相當(dāng)同意這個(gè)說法。譬如當(dāng)你制作一部高頻線性放大器(LINEAR Amp.)時(shí)，它的輸入所需功率是10Watts而輸出則可達(dá)40Watts的話，為何不干脆說有四倍的增益而要說成是6dB的增益呢?在這個(gè)例子之中，其實(shí)的確是用”四倍”這個(gè)說法來得干脆俐落，但試看一看另一個(gè)同類例子……

今天我們?cè)囅胂褚惶装l(fā)射設(shè)備由初級(jí)振蕩的能量以至最后級(jí)的輸出功率之間的增益…，假設(shè)在初級(jí)振蕩時(shí)的功率是0.5mW(注意是假設(shè)，真的當(dāng)然會(huì)遠(yuǎn)低于此數(shù))而在最后的LINEAR Amp.輸出是2kW?，F(xiàn)在試算一算它們之間的倍數(shù)差別……，2kW就是2000Watts亦即2,000,000mW用2,000,000mW除以0.5mW便得出倍數(shù)，即4,000,000倍了。試想一想，我已假設(shè)了振蕩級(jí)是0.5mW那么大都還得出了四百萬倍這個(gè)如此驚人的數(shù)字，一旦用上真實(shí)的數(shù)字的話那倍數(shù)勢(shì)必比四百萬來得更大更多位數(shù)了。至此大家或許已經(jīng)明白在各類電子及無線電電路中(尤其是接收方面)這類倍數(shù)之差別比比皆是(即如一部廠制的發(fā)射機(jī)的抗干擾能力是優(yōu)于一百萬倍就標(biāo)示成better than 60dB)。如果每次都要在各個(gè)層面(例如說明書，規(guī)格表)內(nèi)都標(biāo)示出數(shù)百萬以至千萬甚至億倍的數(shù)字將會(huì)是何等的不方便啊!

那么dB又是如何運(yùn)算出來的呢?

bel = lg ( P2 / P1 )

上面公式里頭，P1就是第一個(gè)被比較的能量(訊號(hào))，P2就是第二個(gè)作比較的能量(訊號(hào))，P1與P2的單位要大家相同。

dB = 10 * bel = 10 * lg ( P2 / P1 )

例：第一個(gè)訊號(hào)功率是4Watts，第二個(gè)訊號(hào)功率是24Watts，那增益就是：

10 * lg ( 24 / 4 ) = 10 * lg6 = 7.78 dB

OK，我們回到dBm來看，因此換算dBm與mW的公式就應(yīng)該是長成這樣：

dBm = 10 * lg(mW)或mW = 10^( dBm / 10 )

所以底下這些例子大家可以驗(yàn)算一下：

0 dBm = 1 mW

10 dBm = 10 mW

14 dBm = 25 mW

15 dBm = 32 mW

16 dBm = 40 mW

17 dBm = 50 mW

20 dBm = 100 mW

30 dBm = 1000 mW = 1W

如果大家都很聰明，一定可以從log的基本性質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)到底下的rule：

dB增加3dB = mW乘2倍;dB減少3dB = mW變成1/2 ;增加10dB =乘10倍

這樣一來，你便可以用你的腦袋直接進(jìn)行快速運(yùn)算來求得概略值：

+3dBm= *2

+6dBm= *4 (2*2)

+7dBm= *5 (+10dB-3dB = 10/2)

+4dBm= *2.5 (+10dB-6dB = 10/4)

+1dBm= *1.25 (+4dB-3dB=2.5/2)

+2dBm=*1.6(+6dBm-4dBm=4/2.5=1.6)

舉個(gè)例子，假設(shè)你已經(jīng)知道0dBm = 1mW，那么3dBm當(dāng)然就等于2mW啰。那么，47dBm呢?40dBm →10^4mW，再多7dBm →5 * 10^4mW = 50W。

dBc

有時(shí)也會(huì)看到dBc，它也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來說，dBc 是相對(duì)于載波(Carrier)功率而言，在許多情況下，用來度量與載波功率的相對(duì)值，如用來度量干擾(同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等)以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。

dBuV

根據(jù)功率與電平之間的基本公式V^2=P*R，可知dBuV=90+dBm+10*log(R),R為電阻值。在PHS系統(tǒng)中正確應(yīng)該是dBm=dBuv-107，因?yàn)槠涮祓佔(zhàn)杩篂?0歐。

dBuVemf 和dBuV

emf:electromotive force(電動(dòng)勢(shì))

對(duì)于一個(gè)信號(hào)源來講，dBuVemf是指開路時(shí)的端口電壓，dBuV是接匹配負(fù)載時(shí)的端口電壓。

問：請(qǐng)問dBi、dBd、dB、dBm、dBc之間的區(qū)別。

答：它們都是功率增益的單位，不同之處如下：

dBi和dBd是功率增益的單位，兩者都是相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線;dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子。一般認(rèn)為dBi和dBd表示同一個(gè)增益，用dBi表示的值比用dBd表示的要大2.15 dBi。例如：對(duì)于一增益為16 dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，則為18.15dBi，一般忽略小數(shù)位，為18dBi。

dB也是功率增益的單位，表示一個(gè)相對(duì)值。當(dāng)計(jì)算A的功率相比于B大或小多少個(gè)dB時(shí)，可按公式10 lg A/B計(jì)算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是說，A的功率比B的功率大3dB;如果A的功率為46dBm，B的功率為40dBm，則可以說，A比B大6dB;如果A天線為12dBd，B天線為14dBd，可以說A比B小2dB。

dBc也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來說，dBc相對(duì)于載波(Carrier)功率而言。在許多情況下，用來度量載波功率的相對(duì)值，如度量干擾(同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等)以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。

實(shí)用資料——關(guān)于天線增益及其考量

在無線通訊的實(shí)際應(yīng)用中，為有效提高通訊效果，減少天線輸入功率，天線會(huì)做成各種帶有輻射方向性的結(jié)構(gòu)以集中輻射功率，由此就引申出“天線增益”的概念。簡單說，天線增益就是指一個(gè)天線把輸入的射頻功率集中輻射的程度，顯然，天線的增益與其方向圖的關(guān)系很大，主瓣越窄、副瓣越小的天線其增益就越高，而不同結(jié)構(gòu)的天線，其方向圖的差別是很大的。

在通訊技術(shù)領(lǐng)域，與其它考量功率、電平等參數(shù)的量值同樣，天線增益也采用相對(duì)比較并取對(duì)數(shù)的簡化法來表示，具體計(jì)算方法為：在某一方向向某一位置產(chǎn)生相同輻射場強(qiáng)的時(shí)，對(duì)無損耗理想基準(zhǔn)天線的輸入功率與待考量天線的輸入功率的比值取對(duì)數(shù)后乘以10 (G=10lg(基準(zhǔn)Pin/考量Pin))，即稱為該天線在該點(diǎn)方向的增益。常用衡量天線增益的單位是dBi和dBd。對(duì)于dBi，其基準(zhǔn)為理想的點(diǎn)源天線，即一個(gè)真正意義上的“點(diǎn)”來作天線增益的對(duì)比基準(zhǔn)。理想點(diǎn)源天線的輻射是全向的，其方向圖是個(gè)理想的球，同一球面上所有點(diǎn)的電磁波輻射強(qiáng)度均相同;對(duì)于dBd，其基準(zhǔn)則為理想的偶極子天線。因偶極子天線是帶有方向性的，故二者有個(gè)固定的恒差2.15即0dBd="2".15dBi。

需要說明的是，通常所說的“全向天線”不是嚴(yán)格的說法，全向天線應(yīng)指在三維立體空間的全向，但工程界也往往把某個(gè)平面內(nèi)方向圖為圓周的天線稱為全向天線，如鞭狀天線，它在徑向的主瓣是圓，但仍有軸向的副瓣。

常見天線的增益：鞭狀天線6-9dBi，GSM基站用八木天線15-17dBi，拋物面定向天線則很容易做到24dBi。

無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)，通過饋線(電纜)輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來(僅僅接收很小很小一部分功率)，并通過饋線送到無線電接收機(jī)。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中，計(jì)算發(fā)射裝置的發(fā)射功率與天線的輻射能力非常重要。

Tx是發(fā)射(Transmits )的簡稱。無線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的能量，通常有兩種衡量或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：

1、功率(W ): 相對(duì)1 瓦(Watts )的線性水準(zhǔn)。例如，WiFi 無線網(wǎng)卡的發(fā)射功率通常為0.036W ，或者說36mW 。

2、增益(dBm ):相對(duì)1 毫瓦(milliwatt )的比例水準(zhǔn)。例如WiFi 無線網(wǎng)卡的發(fā)射增益為15.56dBm 。

兩種表達(dá)方式可以互相轉(zhuǎn)換：

1、dBm = 10 x log[ 功率mW]

2、mW = 10[ 增益dBm / 10 dBm]

在無線系統(tǒng)中，天線被用來把電流波轉(zhuǎn)換成電磁波，在轉(zhuǎn)換過程中還可以對(duì)發(fā)射和接收的信號(hào)進(jìn)行“放大”，這種能量放大的度量成為 “增益(Gain)”。天線增益的度量單位為“dBi ”。由于無線系統(tǒng)中的電磁波能量是由發(fā)射設(shè)備的發(fā)射能量和天線的放大疊加作用產(chǎn)生，因此度量發(fā)射能量最好同一度量-增益(dB )，例如，發(fā)射設(shè)備的功率為100mW ，或20dBm;天線的增益為10dBi ，則:

發(fā)射總能量=發(fā)射功率(dBm )+天線增益(dBi )

=20dBm +10dBi

=30dBm

或者: =1000mW

=1W

在“小功率”系統(tǒng)中(例如無線局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)每個(gè)dB 都非常重要，特別要記住“3 dB 法則”。每增加或降低3 dB ，意味著增加一倍或降低一半的功率：

-3 dB = 1/2 功率

-6 dB = 1/4 功率

+3 dB = 2x 功率

+6 dB = 4x 功率

例如，100mW 的無線發(fā)射功率為20dBm ，而50mW 的無線發(fā)射功率為17dBm ，而200mW 的發(fā)射功率為23dBm 。

功率/電平(dBm)：放大器的輸出能力，一般單位為W、mW、dBm。dBm是取1mW作基準(zhǔn)值，以分貝表示的絕對(duì)功率電平。