Что измеряется в dbm

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

О децибелах для радиоинженеров

Узнайте о децибелах и их вариациях в контексте радиочастотного проектирования и тестирования.

Радиотехника, как и все научные дисциплины и подразделы, включает в себя довольно много специализированной терминологии. Одним из наиболее важных слов, которые вам понадобятся при работе в мире радиочастот, является «дБ» (и некоторые его варианты). Если вы глубоко закрепились в проектировании радиочастотных систем, то можете обнаружить, что слово «дБ» становится вам таким же знакомым, как и ваше собственное имя.

Как вы, наверное, знаете, дБ означает децибел. Это логарифмическая единица, которая обеспечивает удобный способ работы с отношениями, такими как отношение между амплитудами входного и выходного сигналов.

Отношение напряжений сигналов на выходе и входе усилителя

Мы не будем описывать общую информацию о децибелах, потому что она уже доступна на этой странице учебника «Основы электроники и схемотехники». Вместо этого мы сосредоточимся на практических аспектах децибелов в конкретном контексте радиочастотных систем.

Относительный, не абсолютный

Легко забыть, что дБ является относительной единицей. Вы не можете сказать: «Выходная мощность составляет 10 дБ».

Напряжение является абсолютной величиной, потому что мы всегда говорим о разности потенциалов между двумя точками; обычно мы имеем в виду потенциал одного узла относительно узла земли 0 В. Ток также является абсолютной величиной, поскольку единица измерения (ампер) включает в себя определенное количество заряда в течение определенного количества времени. Децибел, напротив, это единица измерения, которая включает в себя логарифм отношения между двумя числами. Ярким примером является коэффициент усиления усилителя: если мощность входного сигнала равна 1 Вт, а мощность выходного сигнала равна 5 Вт, мы имеем коэффициент 5:

\[10 \log_ <10>\left( < P_<вых>\over P_ <вх>> \right) = 10 \log_ <10>(5) \approx 7 дБ\]

Таким образом, этот усилитель обеспечивает усиление по мощности 7 дБ, то есть соотношение между мощностью выходного сигнала и мощностью входного сигнала может быть выражено как 7 дБ.

Почему дБ?

Конечно, можно было бы проектировать и тестировать радиочастотные системы без использования дБ, но на практике дБ используются везде. Одно из преимуществ заключается в том, что шкала дБ позволяет выражать очень большие отношения без использования очень больших чисел: усиление по мощности в 1 000 000 раз составляет всего 60 дБ. Кроме того, при использовании дБ легко вычисляется общий коэффициент усиления или потерь в цепи прохождения сигнала, поскольку отдельные значения в дБ просто складываются (тогда как, если бы мы работали с обычными отношениями, нам потребовалось бы умножение).

Еще одно преимущество – это то, что мы знаем из нашего опыта работы с фильтрами. Радиочастотные системы вращаются вокруг частот и различных способов генерации, управления или воздействия на эти частоты с помощью компонентов и паразитных элементов схемы. Шкала в дБ в подобном контексте удобна, потому что графики частотных характеристик интуитивно понятны и визуально информативны, когда ось частот использует логарифмический масштаб, а ось амплитуды использует шкалу в дБ.

Диаграмма Боде, показывающая амплитудно-частотные характеристики различных полосовых фильтров

Когда дБ абсолютны?

Мы установили, что дБ является отношением и, следовательно, не может описывать абсолютные значения мощности и амплитуды сигнала. Однако было бы неудобно постоянно переключаться между значениями в дБ и не в дБ, и, возможно, именно поэтому радиоинженеры ввели единицу измерения дБм (dBm).

Мы можем избежать проблемы «только отношение», просто создав новую единицу измерения, которая всегда будет содержать опорное значение. В случае дБм опорное значение равно 1 мВт. Таким образом, если у нас есть сигнал 5 мВт, и мы хотим оставаться в области дБ, мы можем выразить мощность этого сигнала как 7дБм:

\[10 \log_ <10>\left( < 5 мВт \over 1 мВт >\right) = 10 \log_ <10>(5) \approx 7 дБм\]

Вы определенно хотите ознакомиться с концепцией дБм. Это стандартная единица, используемая в реальной разработке радиочастотных систем, и она очень удобна, когда вы, например, вычисляете энергетический баланс линии связи, поскольку усиления и потери, выраженные в дБ, могут просто складываться и вычитаться из выходной мощности, выраженной в дБм.

Существует также единица дБВт (dBW); в качестве опорного значения она использует 1 Вт вместо 1 мВт. В настоящее время большинство радиоинженеров работает с относительно маломощными системами, и это, вероятно, объясняет, почему дБм встречается чаще.

Больше вариаций дБ

Две других единицы измерения, основанных на дБ, – это дБн (dBc) и дБи (dBi).

Вместо фиксированного значения, такого как 1 мВт, дБн (dBc) использует в качестве опорного сигнала уровень несущей сигнала. Например, фазовый шум (смотрите второй раздел данной главы) выражается в единицах дБн/Гц (dBc/Hz); первая часть этой единицы измерения указывает, что мощность фазового шума на определенной частоте измеряется относительно мощности несущей (в этом случае «несущая» относится к мощности сигнала на номинальной частоте).

Идеализированная точечная антенна принимает определенное количество энергии от схемы передатчика и равномерно излучает ее во всех направлениях. Считается, что эти «изотропные» антенны имеют нулевой коэффициент усиления и нулевые потери.

Однако, другие антенны могут быть сконструированы таким образом, чтобы концентрировать излучаемую энергию в определенных направлениях, и в этом смысле антенна может иметь «усиление». Антенна на самом деле не добавляет мощности к сигналу, но эффективно увеличивает переданную мощность путем концентрации электромагнитного излучения в соответствии с направлением системы связи (очевидно, что более практично, когда разработчик антенны знает пространственную взаимосвязь между передатчиком и приемником).

Здесь вы можете увидеть неравномерное распределение излучаемой энергии, которая приводит к усилению в прямом направлении (т.е., 0°)

Единица измерения дБи (dBi) позволяет производителям антенн указывать «коэффициент усиления», который использует популярную шкалу дБ. Как всегда, когда мы работаем с дБ, нам необходимо отношение, а в случае с дБи (dBi) коэффициент усиления антенны выражается через опорное усиление изотропной антенны.

Некоторые антенны (например, те, которые сопровождаются параболическим зеркалом, «тарелкой») имеют значительный коэффициент усиления, и поэтому они могут внести нетривиальный вклад в расстояние и производительность радиочастотной системы.

Источник

Как определять и различать дБ, дБм и дБи?

«Что такое дБ, дБи, дБм и дБВт в теории усиления антенны? В чем разница между дБ, дБи, дБм и дБВт? Следующее содержание является основной теорией об антенне, это может помочь вам ее ваше признание технологии RF. —— FMUSER «

Если вам это нравится, поделитесь!

Контент (Нажмите, чтобы увидеть! )

5 C широко используется Децибелы (Нажмите, чтобы посетить)

1. Что такое прибыль?
Когда мощность, выходящая из оборудования, превышает мощность, поступающую в оборудование, считается, что мощность увеличивается. Когда вы добавляете усилитель сигнала в свой дом или офис, устройство принимает существующий сигнал и усиливает или увеличивает мощность, что делает возможным более сильный интернет-сигнал или соединение. Измерение коэффициента усиления позволяет выбрать идеальное устройство для ваших нужд. Величина усиления измеряется в децибелах.

2. Что такое дБ ( Децибел ) ?
1) Определение децибел

● По амплитуде

Амплитуда, представленная в шкале дБ (децибел), используется для измерения и индикации ее силы или давления. Проще говоря, если он будет с большей амплитудой, звук может быть как можно громче. Для этого звук называется давлением 0.0002 микробар, что соответствует стандарту для порога слышимости.

● С точки зрения частоты
Частота, которая указывается в Гц (Герцах), используется для измерения и указания определенного количества звуковых колебаний в секунду.

Согласно своим характеристикам, децибелы или дБ широко используются в научных измерительных приложениях, таких как измерения в электротехнике (электроника, определение коэффициентов усиления, потери компонентов, например, аттенюаторы, фидеры, смесители и т. Д.), Измерения звука (акустика, коэффициент шума и т. Д.) отношение сигнал / шум и т. д.), теория управления (графики Боде и т. д.), сигналы и связь и т. д.

2) Когда и как обнаруживаются децибелы?
Термин бел, появившийся при измерении потерь передачи и мощности в телефонии в начале 20 века (1928) в системе Белла в Соединенных Штатах, на самом деле происходит от логарифмической единицы измерения, называемой бел, которая создается Bell Telephone Laboratories и названа в честь ее основателя Александра Грэма Белла.

По сравнению с редко используемым белом, децибел является предлагаемой рабочей единицей, потому что разница в громкости в один децибел между двумя звуками является наименьшей разницей, обнаруживаемой человеческим слухом, а децибел составляет лишь одну десятую бела, т.е. используется для самых разных измерений в науке и технике (как упоминалось выше).

Также есть дБ относительно уровней НАПРЯЖЕНИЯ, но я не буду вдаваться в них, поскольку в наших обсуждениях мы в основном озабочены уровнями МОЩНОСТИ. 3 дБ в два (или половину) раза больше, 6 дБ в четыре раза, 10 дБ в десять раз и так далее. Формула для расчета усиления или потерь в дБ: 10log P1 / P2. Он используется для указания усиления или потери одного устройства (P1) В ОТНОШЕНИИ другого (P2). Таким образом, я могу сказать, что усилитель имеет усиление 30 дБ, или у меня общие потери в фиде 6 дБ. Я НЕ МОГУ сказать, мой усилитель выдает 30 дБ, или у меня антенна на 24 дБ, так как вы должны указать, на что вы ссылаетесь, и именно здесь появляется нижний индекс. ДБ сам по себе не является абсолютным числом, но соотношение.

● Для усилителей

● Для антенн

Это может быть антенна 26.41 дБи (24 дБд) или 21.59 дБи (также 24 дБд!), В зависимости от того, какой у меня был исходный эталон. Разница составляет 4.81 дБ, значительное количество. Большинство производителей антенн отказались играть в эту игру, но референция будет отличаться в разных областях.

Коммерческие антенны, как правило, оценивается в дБи, как людей, покупающих их понимаю, и радиолюбителей антенны, как правило, дБд, как ветчины очень хорошо знакомы с диполей.

3. Что такое децибел-милливатт (дБм или дБмВт)?

(Децибелы при 1 милливатте) Измерение мощности с использованием одного милливатта в качестве контрольной точки (0 дБмВт). Например, сигнал мощностью 1 милливатта (100 микроватт) означает потерю 10 дБмВт. Радиостанция, передающая мощность 50,000 XNUMX Вт, может ослабнуть до пары милливатт к тому времени, когда она будет принята радиоприемником.

Советы: как преобразовать дБм в ватты?

Для систем с низким энергопотреблением, таких как те, которые используются в мобильной связи, шкала дБм (децибел-милливатт) является удобным эталонным уровнем мощности, в котором мощность относится к уровню 1 мВт:

P (дБм) = 10log (P (мВт) / 1 мВт)

Таким образом, если антенна имеет усиление 5 дБи в определенном направлении, это означает, что по сравнению с изотропной антенной (которая будет иметь усиление в этом направлении 0 дБ), эта антенна имеет усиление 5 дБ.

Вы даже можете рассматривать дБи как измерение, которое сравнивает усиление антенны с изотропным излучателем (теоретическая антенна, которая излучает энергию равномерно по сферической диаграмме).

Для вас важно знать, что усилитель сигнала поставляется с антенной со значением дБи.

5. Что такое децибел-ватт (дБВт) ?

Децибел ватт (дБВт) означает децибел относительно 1 ватта, это единица измерения силы сигнала, выраженная в децибелах относительно одного ватта. Мощность в дБВт равна десятикратному логарифму мощности в ваттах по основанию 10. Это очень полезно, так как может выражать большой диапазон значений в коротком диапазоне чисел.

Для мощных систем, таких как те, которые используются в спутниковой связи, обычно используется шкала дБВт (децибел-ватт), в которой мощность относится к 1 Вт:

P (дБВт) = 10log (P (Вт) / 1 Вт)

В чем разница разница между дБ и дБм?

● Децибел (дБ) и дБ относительно милливатта (дБм) представляют собой две разные, но взаимосвязанные концепции.

единица дБм обозначает абсолютный уровень мощности, измеренный в децибел и отнесено к 1 милливатт (мВт). Чтобы преобразовать абсолютную мощность «P» (в ваттах) в дБм, используйте формулу dBm = 10 * log (P / 1 мВт). Это уравнение выглядит почти так же, как и для дБ. Тем не менее, теперь уровень мощности «P» был привязан к 1 мВт. Оказывается, в практическом мире радиосвязи 1 мВт является удобной точкой отсчета для измерения мощности.

Используйте дБ, когда выраж эссинга соотношение между двумя значениями мощности. Используйте дБм при выражении абсолютного значения мощности.

Во многих описаний о FM продуктов, мы продолжаем видеть, как люди используют термины «БД», «дБм», и «дБи» как синонимы, когда они на самом деле означает совершенно разные вещи. Итак, вот небольшой фон от правильного использования терминов.

В чем разница между дБ и дБи?

● Представьте себе антенну, которая излучает энергию одинаково во всех направлениях, как наше Солнце. На научном жаргоне это называется «изотропным излучателем», потому что он не предпочитает излучение в любом направлении… другими словами, у него нет «направленности».

● Этот тип изотропной антенны называется «без усиления». «Нет усиления» может быть выражено в линейных терминах, таких как x1 (раз 1). Это просто означает, что все направления имеют одинаковую энергию излучения и все равны средней энергии излучения. Инженеры-антенны любят логарифмические термины, и мы говорим, что эта ситуация без усиления равна 0 дБи (произносится как «ноль ди глаз»). Представьте себе гигантское зеркало звездного размера рядом с нашим солнцем. Представьте, как это изменило бы это распределение энергии и дало бы солнечную направленность. Работы С Нами В таком воображаемом зеркале одна половина нашей солнечной системы будет темной (за зеркалом).

● Другая половина будет в два раза ярче (если смотреть на прямое солнце и его отражение). Зеркала или линзы имеют вид усиления энергии в некоторых предпочтительных направлениях путем кражи и перенаправления ее в неблагоприятных направлениях. Антенны делают то же самое.

● Зеркала не создают свет, они только отклоняют, направляют или концентрируют его в каком-то направлении. Антенны не создают радиоэнергию, они только отклоняют, направляют или концентрируют ее в каком-то направлении. Эта характеристика направленности называется усилением. Пожалуйста, помните, никакой новой энергии не создается, она просто перенаправляется или задается направленностью (направленностью). Величина усиления в предпочтительном направлении определяется количественно как усиление. Таким образом, зеркало может перенаправить половину энергии солнца (или свечи) и сделать его в два раза ярче (например, две свечи). Говорят иметь е увеличение в 2 раза (умноженное на два) или удвоение.

-10 дБи
Одна десятая, 1/10 или «10%» (убыток, а не прибыль)
-6 дБи
Одна четверть, 1/4 или «25%» (убыток, а не прибыль)
-3 дБи
Половина, 1/2 или «50%» (убыток, а не прибыль)
0 дБи
Без прироста, «то же самое», 100% (без прироста, без потерь)
+1 дБи
На 12% больше, раз 1.12, или 112%
+2 дБи
На 58% больше, раз 1.58, или 158%
+3 дБи
На 100% выше, умноженное на 2, «вдвое» или на 200%
+6 дБи
300% выше, раз 4
+9 дБи
Времена 8 (% масштаб не полезен для больших кратных)
+10 дБи
Времена 10 (% масштаб не полезен для больших кратных)
+13 дБи
Времена 20 (% масштаб не полезен для больших кратных)
+20 дБи
Времена 100 (% масштаб не полезен для больших кратных)

Вас также могут заинтересовать:

Если вам это нравится, поделитесь!

Источник