Что такое дбм в радиотехнике

О насущном вопросе: как перевести из дБм в дБ? (часть 2)

На многих форумах люди задают вопрос: как перевести из дБ в дБм?

Как было показано выше, преимущество логарифмической шкалы очевидно в случае, когда мы исследуем во сколько раз значение одной величины больше или меньше другой.

Например, потери на элементе ВОЛС (в сплиттере, в ОВ или механическом соединителе) определяются соотношением:

где P₁ и P₂ – мощности сигнала соответственно на входе и выходе элемента, выраженные в Вт, мВт (mВт, милливатт) или мкВт (μВт, микроватт).

Помимо дБ, существует еще одна похожая логарифмическая единица измерения – дБм. В отличие от дБ, которые характеризуют потери (во сколько раз уменьшается мощность оптического сигнала) или усиление (во сколько раз увеличивается мощность оптического сигнала), дБм показывают уровень мощности сигнала, относительно опорной мощности равной 1 мВт.

Перевод мощности сигнала из мВт в логарифмическую шкалу – дБм, производится измерителем оптического излучения по формуле

где P₀=1 мВт – абсолютный нулевой уровень, рекомендованный МСЭ-Т (международным союзом электросвязи, сектором стандартизации). Буква «м», добавленная после дБ, означает, что в качестве опорного уровня мощности взят 1 мВт. Если качестве опорного уровня мощности взять 1 мкВт, то обозначение будет иметь вид дБмк. В англоязычной литературе часто dBm обозначают dBmW, (переводя на рус. – дБмВт), акцентируя внимание на то, что дБ взят по мощности, а не по напряжению или току. Для сокращения записи обычно Вт опускают, и остается просто дБм.

Может возникнуть вопрос, зачем мощность сигнала переводить в дБм? Ответ очевиден – чтобы можно было при расчетах оперировать с дБ и в результате возникающих в линии связи (проводной или беспроводной) потерь и усилений сигнала вычислить его уровень на входе приемника.

Хорошо, почему тогда в качестве опорного уровня принят 1 мВт, не проще было бы взять P₀=1 Вт и уровень сигнала отображать также в дБ? Согласно ОСТ 45.159-2000, децибел – это логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений. Поэтому уровень сигнала также можно выражать в дБ, только в этом случае, по-видимому, чтобы не путать уровень сигнала с потерями используют обозначение дБВт (англ. dBW)

Обратное преобразование из дБВт в Вт осуществляется по следующей формуле:

Почему в качестве опорного уровня принят 1 мВт? Честно говоря, ответ на этот вопрос нигде не встречается. На наш взгляд это значение используется в силу следующих обстоятельств.

В связи с этим, если бы мы для отображения уровня сигнала использовали дБВт, то нам пришлось бы работать с отрицательными величинами: 1 мВт соответствует минус 30 дБВт, 50 мВт соответствует минус 13 дБВт. Очевидно, это вызывает некоторую путаницу – большая мощность соответствует меньшему уровню сигнала. Таким образом, выражение уровня мощности в дБм в системах телекоммуникаций в большинстве случаев является более удобным, нежели дБВт.

Возможно также, что выбор опорной мощности в 1 мВт появился в результате следующих обстоятельств. Исторически сложилось в качестве действующего значения опорного напряжения в канале передачи брать 0.775 В (из ранних телефонных стандартов), а в качестве нагрузки 600 Ом (сопротивление катушек приемного электромагнита у аппарата Морзе). В этом случае рассеиваемая мощность на нагрузке будет составлять 1 мВт.

Познавательные факты

Довольно часто, наравне с децибелами применяются неперы. Непер – логарифмическая величина (натуральный логарифм безразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную). Своё название данная единица получила в честь математика, «изобретателя логарифмов» Джона Непера.

Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ, хотя по решению Генеральной конференции по мерам и весам допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международная палата мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.

При некотором навыке операции с децибелами вполне реально выполнять в уме. Для этого полезно помнить следующие взаимосвязи:

1 дБ – в 1.25 раза,
3 дБ – в 2 раза,
10 дБ – в 10 раз.

Отсюда, раскладывая «более сложные значения» на «составные», получаем:

6 дБ = 3 дБ + 3 дБ – в 2·2 = в 4 раза,
12 дБ = 4 · (3 дБ) – в 24 = в 16 раз

13 дБ = 10 дБ + 3 дБ – в 10·2 = в 20 раз,
20 дБ = 10 дБ + 10 дБ – в 10·10 = в 100 раз,

Источник

Что такое децибел

Очень часто новички сталкивается с таким понятием, как децибел. Многие из них интуитивно догадываются, что это такое, но у большинства до сих пор возникают вопросы.

Что такое децибел?

Относительные логарифмические единицы Белы (децибелы) широко используются при количественных оценках параметров различных аудио, видео, измерительных устройств. Физическая природа сравниваемых мощностей может быть любой — электрической, электромагнитной, акустической, механической, — важно лишь, чтобы обе величины были выражены в одинаковых единицах — ваттах, милливаттах и т. п. Бел выражает отношение двух значений энергетической величины десятичным логарифмом этого отношения, причем под энергетическими величинами понимаются: мощность, энергия.

Кстати, эта единица получила свое название в честь Александра Белл (1847 — 1922) — американского ученого шотландского происхождения, основоположника телефонии, основателя всемирно известных компаний AT&T и «Bell Laboratories». Еще интересно напомнить, что во многих современных мобильных телефонах (смартфонах) обязательно есть выбираемый звук звонка (оповещения), так и называемый «bell». Впрочем, Бел относится к единицам, не входящим в Международную систему единиц (СИ), но в соответствии с решением Международного комитета мер и весов допускается к применению без ограничений совместно с единицами СИ. В основном применяется в электросвязи, акустике, радиотехнике.

Формулы для вычисления децибелов

P₁ — мощность до усиления, Вт

P₂ — мощность после усиления или ослабления, Вт

На практике, оказалось, что удобнее пользоваться уменьшенным в 10 раз значением Бел, т.е. децибел, поэтому:

дециБел (дБ) = 10 * lg(P2/P1)

Усиление или ослабление мощности в децибелах выражается формулой:

N_дБ — усиление, либо ослабление мощности в децибелах

P₁ — мощность до усиления, Вт

P₂ — мощность после усиления или ослабления, Вт

Значения Бел, децибел могут быть со знаком «плюс», если P2 > P1 (усиление сигнала) и со знаком «минус», если P2

Во многих случаях, сравнение сигналов путем измерения мощностей может быть неудобным или невозможным — проще измерить напряжение или ток.
В этом случае, если мы сравниваем напряжения или токи, формула примет уже другой вид:

N_дБ — усиление, либо ослабление мощности в децибелах

U₁ — это напряжение до усиления, В

U₂ — напряжение после усиления, В

I₂ — сила тока после усиления, А

Вот небольшая табличка, в которой приведены основные отношения напряжений и соответствующее число децибел:

Дело в том, что операции умножения и деления над числами в обычном базисе, заменяются операциями сложения и вычитания в логарифмическом базисе. Например, у нас есть два каскадно-включенных усилителя с коэффициентами усиления K1 = 963 и K2 = 48. Какой общий коэффициент усиления? Правильно — он равен произведению K = K1 * K2. Вы можете в уме быстро вычислить 963*48? Я — нет. Я могу прикинуть K = 1000*50 = 50 тыс., не более. А, если нам известно, что K1 = 59 дБ и K2 = 33 дБ, то К = 59+33 = 92 дБ — сложить было не трудно, надеюсь.

Закон Вебера-Фехнера

Почему именно децибелы? Все исходит от закона Вебера-Фехнера, который говорит нам, что интенсивность ощущения человеческих чувств прямо-пропорциональна логарифму интенсивности какого-либо раздражителя.

Так светильник, в котором восемь лампочек, кажется нам настолько же ярче светильника из четырёх лампочек, насколько светильник из четырёх лампочек ярче светильника из двух лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться каждый раз вдвое, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. То есть если добавить к нашим 32 лампочкам на графике еще одну лампочку, то мы даже и не заметим разницы. Для того, чтобы для нашего глаза была заметна разница, мы должны к 32 лампочкам добавить еще 32 лампочки, и т.д. Или иными словами, для того, чтобы нам казалось, что наш светильник плавно набирает яркость, нам надо зажигать вдвое больше лампочек каждый раз, чем было предыдущее значение.

Поэтому децибел действительно удобнее в некоторых случаях, так как сравнивать две величины намного проще в маленьких цифрах, чем в миллионах и миллиардах. А так как электроника — это чисто физическое явление, то и децибелы не обошли ее стороной.

Децибелы и АЧХ усилителя

Как вы помните в прошлом примере с ОУ, у нас неинвертирующий усилитель усиливал сигнал в 10 раз. Если посмотреть в нашу табличку, то это получается 20 дБ относительно входного сигнала. Ну да, так оно и есть:

Также в дБ на некоторых графиках АЧХ обозначают наклон характеристики АЧХ. Это может выглядеть примерно вот так:

Давайте рассмотрим пример. Имеем фильтр высоких частот (ФВЧ) первого порядка, собранного на RC-цепи.

Его АЧХ будет выглядеть следующим образом (кликните для полного открытия)

Итак возьмем первую точку на частоте в 10 Герц. На частоте в 10 Герц амплитуда сигнала уменьшилась на 44 дБ, это видно в правом нижнем углу (out:-44)

Умножаем частоту на 10 (декада) и получаем вторую точку в 100 Герц. На частоте в 100 Герц наш сигнал уменьшился приблизительно на 24 дБ

Что еще измеряют в децибелах?

U_c — это эффективное значение напряжения сигнала, В

U_ш — эффективное значение напряжения шума, В

Чем выше значение сигнал/шум, тем более чистый звук обеспечивается аудиосистемой. Для музыкальной аппаратуры желательно, чтобы это отношение было не менее 75 дБ, а для Hi-Fi аппаратуры не менее 90 дБ. Не имеет значение физическая природа сигнала, важно, чтобы единицы были в одинаковых измерениях.

В качестве единицы логарифмического отношения двух одноимённых физических величин применяется также непер (Нп) — 1 Нп

0,8686 Б. В основе лежит не десятичный (lg), а натуральный (ln) логарифм отношений. В настоящее время используется редко.

Во многих случаях, удобно сравнивать между собой не произвольные величины, а одну величину относительно другой, названной условно опорной (нулевой, базовой).
В электротехнике, в качестве такой опорной или нулевой величины выбрано значение мощности равное 1 мВт выделяемое на резисторе сопротивлением 600 Ом.
В этом случае, базовыми значениями при сравнении напряжений или токов станут величины 0.775 В или 1.29 мА.

Для звуковой мощности такой базовой величиной является 20 микроПаскаль (0 дБ), а порог +130 дБ считается болевым для человека:

Более подробно об этом написано в Википедии по этой ссылке.

Для случаев когда в качестве базовых значений используются те или иные конкретные величины, придуманы даже специальные обозначения единиц измерений:

dbW (дБВт) — здесь отсчет идет относительно 1 Ватта (Вт). Например, пусть уровень мощности составил +20 дБВт. Это значит что мощность увеличилась в 100 раз, то есть на 100 Вт.

dBm (дБм) — здесь у нас отсчет уже идет относительно 1 милливатта (мВт). Например, уровень мощности в +30дБм будет соответственно равен 1 Вт. Не забываем, что это у нас энергетические децибелы, поэтому для них будет справедлива формула

Следующие характеристики — это уже амплитудные децибелы. Для них будет справедлива формула

dBV (дБВ) — как вы догадались, опорное напряжение 1 Вольт. Например, +20дБВ даст — это 10 Вольт

От дБВ также вытекают другие виды децибелов с разными приставками:

dBmV (дБмВ) — опорный уровень 1 милливольт.

dBuV (дБмкВ) — опорное напряжение 1 микровольт.

Здесь я привел наиболее употребимые специальные виды децибелов в электронике.

Децибелы используются и в других отраслях, где они также показывают отношение каких-либо двух измеряемых величин в логарифмическом масштабе.

Также на YouTube есть интересное видео о децибелах.

Источник

Децибелы в электронике

Что такое децибелы, для чего они необходимы и на что указывают эти загадочные цифры? В данной статье постараемся кратко осветить эти вопросы. Итак, давайте начнем…

Децибелы можно сравнить с процентами. Часто говорят, что что-то на 50% больше, чем что-то еще, или, что цены выросли в 2 раза. Аналогично обстоят дела и с децибелами — это число говорит о взаимном отношении между двумя значениями. Почему же тогда нам не достаточно использовать «проценты» или «разы»?

Дело в том, что в электронике мы часто имеем дело с очень большой динамикой изменений. Может быть так, что фильтр ослабляет сигнал в 10 раз, но вполне возможно, что он способен ослабить его и в 1000000 раз.

Подсчет нулей становится сложным при больших числах, в частности, когда мы имеем дело с отношениями порядка сотни миллионов. В такой ситуации использование децибел становиться более удобным и значительно упрощает расчеты.

Децибелы для начинающих

В электронике мы сравниваем напряжение, ток и мощность. При процессе преобразования линейной шкалы (столько-то раз) в шкалу децибел, мы должны помнить, что есть два разных шаблона!

Пример преобразования: допустим, что амплитуда сигнала до усиления 0,5В и это наше опорное напряжение Uref. Что касается него, то мы сравниваем с ним напряжение на выходе усилителя (U), например, 2В. Итак, мы делим 2В на 0,5В и получаем 4.

Затем мы вычисляем десятичный логарифм из 4 (на калькуляторе) и результат умножаем на 20. В результате получаем 12 дБ. Теперь мы можем сказать, что усилитель имеет коэффициент усиления 12 дБ.

Чтобы преобразовать обратно децибелы в линейную величину, мы так-же используем два шаблона, которые можно вывести из двух вышеприведенных. Ниже приводим сразу готовые формулы без выводов.

Пример обратного преобразования. Параметр CMRR (коэффициент ослабления синфазного сигнала) усилителя LM358 составляет 85 дБ. После простых вычислений можно сказать, что LM358 будет усиливать разностные сигналы в 17783 раза лучше, чем обычные сигналы.

Усилитель OPA343 имеет CMRR равный 92 дБ, что в линейном выражении составляет 39811 раз. Этот пример показывает, что небольшое изменение величины децибел может означать очень большое изменение линейной шкалы.

Получается нужно всегда иметь с собой калькулятор для преобразования этих децибел? Конечно же, нет! Достаточно запомнить лишь несколько общих значений, чтобы оценить усиление/затухание с достаточной точностью. Посмотрите на таблицу:

Обратите внимание на значения 20 дБ, 40 дБ, 60 дБ для тока и напряжения. Увеличение децибел каждые 20 дБ вызывает 10-кратное увеличение отношения исследуемых величин.

Важным числом является 3dB — оно появляется очень часто при проектировании фильтров. Например, в определении частоты среза — частота, при которой затухание фильтра составляет 3 дб, то есть он уменьшает амплитуду сигнала в 1,41 раза (квадратный корень из 2).

Применение децибел

Один из примеров — последовательное соединение операционных усилителей, каждый из которых усиливает или ослабляет сигнал. Зеленым цветом указаны их коэффициенты усиления в линейном масштабе, красным – в децибелах. Желая определить результирующее усиление всей системы, необходимо перемножить коэффициенты усиления всех элементов. Без калькулятора это достаточно сложно для простого человека :).

Другое дело, когда мы оперируем в децибелах. Здесь нам достаточно сложить отдельные значения и у нас уже есть готовый результат! Может быть, в эпоху калькуляторов и компьютеров, этот пример не такой убедительной, как раньше, но, несмотря на это, все же намного легче складывать, чем умножать.

Зачастую децибелы используются при построении графиков. Это относится, в частности, когда характеристики меняются в очень широком диапазоне. Лучше всего это понять, изучив следующие два графика.

На первом из них приведена характеристика полосового фильтра в линейном масштабе. На горизонтальной оси отмечена частота фильтра в диапазоне от 0 до 10000 Гц, а на вертикальной оси — затухание. Из этого графика мало что видно!

Первый уклон настолько крутой, что он почти вертикальный. Также трудно определить центральную частоту (пик). Точно так же трудно сказать о втором уклоне. Он настолько растянут, что большая часть графика представляет собой горизонтальную линию, которая ни о чем нам не говорит!

А так выглядит та же характеристика, но по шкале децибел:

Первоначально график может напугать своей странной сеткой. Посмотрим на левую часть горизонтальной оси, а точнее на отрезок от 1 до 10. Вспомогательные линии сетки обозначают следующие значения: 2, 3, 4 и т. д. В диапазоне от 10 до 100 вспомогательные линии сетки обозначают значения 20, 30, 40 и т. д. Такая же ситуация наблюдается и по вертикальной оси.

Вернемся к характеристикам. На этот раз все пространство графика заполнено равномерно. Уклоны кажутся прямыми, и нет проблем с определением центральной частоты. Также легко определить характерные точки и крутизну уклонов.

dBm, dBW, dBuV — что это?

Иногда мы можем встретить такие единицы, как dBm, dBuV и аналогичные им размерности децибела. Эти логарифмические единицы определяют входное (опорное) значение. В случае dBW — то это значение равное 1Вт; для dBuV — 1мкВ (микровольт); для dBmW — 1мВт (милливатт). Способ обозначения мощности в dBmW довольно распространен в радиотехнике.

Внимание! Мы рассчитываем мощность, поэтому мы используем шаблон с коэффициентом 10, а не 20, который предназначен для тока и напряжения.

Если кто-то хочет попрактиковаться в расчетах, то он может сравнить мощность передатчиков этих модулей. BTM112 имеет 4 дБм (2,5 мВт), а BTM222 имеет 18 дБм (63 мВт).

Источник

дБ, дБм, дБВт, дБн Основы: в чем разница между ними?

В ВЧ- и СВЧ-измерениях обычно используются такие единицы, как дБ, дБм, дБн и дБВт. Эти термины могут показаться запутанными, но на самом деле они довольно хороши. легко понять.

В этой короткой статье мы рассмотрим разницу между этими терминами и навсегда разрешите эту путаницу!

Итак, вот уравнение, о котором нужно помнить:

дБ = 10 log (Power2 / Power1) （Power2 / Power1 безразмерно! ）

Это относительное значение между двумя уровнями мощности.

О: Многие значения безразмерны, например, отношения и коэффициенты.

2. дБм или децибел относительно уровня мощности 1 мВт

Это абсолютное значение (поскольку оно измеряется относительно фиксированного ссылка).

дБ = 10 log (мощность2 / 1 мВт)

Мощность в РЧ-измерениях обычно выражается в дБмВт.

Так какая же мощность в дБм при 1 мВт? Конечно 0 дБм!

Следовательно, dBw и dBm выражают Prelative как 1 Вт и 1 мВт соответственно！

Примечание: Аргументом функции log10 является коэффициент (т. Е. Безразмерный).

Например,
20 дБм означает 100 x 1 мВт = 100 мВт
3 дБВт означает 2 x 1 Вт = 2 Вт

Будьте осторожны при вычислениях с децибелами!

Стандартные значения в дБ
Обратите внимание, что 10 log10 (10) = 10.
Поэтому говорят, что усилитель с коэффициентом усиления G = 10 имеет усиление 10 дБ.

3. дБВт или децибел относительно уровня мощности 1 Вт.

дБВт не сильно отличается от дБм с той лишь разницей, что мы просто используйте 1 Вт в качестве эталона вместо 1 мВт в дБмВт.

дБ = 10 log (мощность2 / 1 Вт)

Это абсолютная величина.

4. дБн или децибел относительно уровня мощности несущей

Обычно это используется для указания таких параметров, как SFDR (Spurious Free Dynamic Range), гармоники и т. Д., Которые имеют большее значение, когда мощность основной несущей в перспективе

+30 дБм = 1 Вт = 0 дБВт

Я считаю, что вы, ребята, можете отличить дБ, дБм, дБВт, дБн.

Q1. Подайте 10 мВт на РЧ-усилитель, и измеренная мощность составит 150 мВт. Каков коэффициент усиления в дБ этого усилителя?

Q2. Коэффициент усиления ВЧ усилителя составляет 18 дБ, если измеренная выходная мощность составляет 230 мВт, то какова входная мощность?

Q3. Насколько 12 дБ больше 30 дБмВт?

Ответ 1
Поскольку Pin = 10 мВт и Pout = 150 мВт
Усиление (дБ) = 10log (150/10) = 11.8 дБ

Ответ 2
* Поскольку Pout = 230 мВт и усиление = 18 дБ
* 10log (230 / Pin) = 18 дБ
* Журнал (230 / контактный) = (18/10) = 1.8
* 101.8 = 230 / контактный
*Therefore, Pin=230/(101.8)=230/63.1=3.65 mW

И мы можем удобно сказать,

30 дБм (1 Вт) + 12 дБ (x 16) = 42 дБм (16 Вт)

Правильно ли вы поняли your Жду вашего комментария!

Источник