Ghidul inginerului RF pentru decibel

Aflați mai multe despre decibel și variantele sale în contextul proiectării și testării RF.
Ingineria RF, la fel ca toate disciplinele și subdisciplinele științifice, implică destul de mult terminologia de specialitate. Unul dintre cele mai importante cuvinte de care aveți nevoie pentru a lucra în lumea RF este „dB” (și unele variante ale acestora). Dacă sunteți adânc înrădăcinat într-un proiect RF, s-ar putea să constatați că cuvântul „dB” vă devine atât de familiar ca numele propriu.

După cum probabil știți, dB înseamnă decibel. Este o unitate logaritmică care oferă un mod convenabil de referire la raporturi, cum ar fi raportul dintre amplitudinile unui semnal de intrare și un semnal de ieșire.

Nu vom acoperi detaliile generice ale decibelilor, deoarece acestea sunt deja disponibile pe această pagină a manualului AAC Electric Circuits. În schimb, ne vom concentra asupra aspectelor practice ale decibelului în contextul specific al sistemelor RF.


Relativ, nu absolut
Este ușor de uitat că dB este o unitate relativă. Nu puteți spune, „Puterea de ieșire este 10 dB.”

Tensiunea este o măsurătoare absolută, deoarece vorbim întotdeauna de o diferență de potențial, adică de diferența de potențial între două puncte; de obicei ne referim la potențialul unui nod în raport cu un nod de sol 0 V. Curentul este, de asemenea, o măsurătoare absolută, deoarece unitatea (amperii) implică o cantitate specifică de încărcare față de o anumită perioadă de timp. În schimb, dB este o unitate care implică logaritmul unui raport între două numere. Un exemplu simplu este câștigul amplificatorului: Dacă puterea semnalului de intrare este 1 W și puterea semnalului de ieșire este 5 W, avem un raport 5:

Astfel, acest amplificator asigură 7 dB de câștig de putere - adică raportul dintre puterea semnalului de ieșire și puterea semnalului de intrare poate fi exprimat ca 7 dB.


De ce dB?
Cu siguranță ar fi posibil să proiectăm și să testăm sisteme RF fără a folosi dB, dar în practică dB-urile sunt peste tot. Un avantaj este că scara dB ne permite să exprimăm raporturi foarte mari fără a folosi numere foarte mari: un câștig de putere 1,000,000 este doar 60 dB. De asemenea, câștigul sau pierderea totală a unui lanț de semnal este ușor calculat în domeniul dB, deoarece cifrele individuale dB sunt pur și simplu adăugate (în timp ce înmulțirea ar fi necesară dacă am lucra cu raporturi obișnuite).

Un alt avantaj este ceva cu care suntem familiarizați din experiența noastră cu filtrele. Sistemele RF se învârt în jurul frecvențelor și diferitelor moduri în care frecvențele sunt generate, controlate sau afectate de componente și elemente de circuit parazite. Scala dB este convenabilă într-un context ca acesta, deoarece diagramele de răspuns la frecvență sunt intuitive și informative vizual atunci când axa de frecvență folosește o scară logaritmică și axa de amplitudine folosește o scară dB.

O diagramă Bode care arată răspunsul de magnitudine al diferitelor filtre cu bandă-pas. Imagine amabilitate pentru AnalogDialogue.

 

Când dB este absolut
Am stabilit că dB este un raport și, prin urmare, nu poate descrie puterea absolută sau amplitudinea unui semnal. Cu toate acestea, ar fi penibil să se schimbe în mod constant înainte și înapoi între valorile dB și non-dB și, probabil, acesta este motivul pentru care inginerii RF au dezvoltat unitatea dBm.

Putem evita problema „numai raporturilor” prin simpla creare a unei noi unități care include întotdeauna o valoare de referință. În cazul dBm, valoarea de referință este 1 mW. Astfel, dacă avem un semnal 5 mW și dorim să rămânem pe tărâmul dB, putem descrie acest semnal ca având o putere de 7 dBm:

Cu siguranță doriți să vă familiarizați cu conceptul de dBm. Aceasta este o unitate standard folosită în dezvoltarea sistemului de RF în viața reală și este foarte convenabilă atunci când, de exemplu, calculați un buget de legătură, deoarece câștigurile și pierderile exprimate în dB pot fi adăugate sau scăzute din puterea de ieșire exprimată în dBm.

Există, de asemenea, o unitate dBW; aceasta folosește 1 W pentru valoarea de referință în loc de 1 mW. În zilele noastre, majoritatea inginerilor RF lucrează cu sisteme de putere relativ redusă, iar acest lucru explică probabil de ce dBm este mai frecvent.


Mai multe variante dB
Alte două unități bazate pe dB sunt dBc și dBi.

În loc de o valoare fixă, cum ar fi 1 mW, dBc utilizează ca referință puterea semnalului purtător. De exemplu, zgomotul de fază (discutat în pagina 2 din acest capitol) este raportat în unități de dBc / Hz; prima parte a acestei unități indică faptul că puterea de zgomot de fază la o frecvență specifică este măsurată în ceea ce privește puterea purtătorului (în acest caz, „purtător” se referă la puterea semnalului la frecvența nominală).

O antenă idealizată cu sursă de punct primește o anumită cantitate de energie din circuitul emițătorului și o radiază în mod egal în toate direcțiile. Se consideră că aceste antene „izotrope” au câștig zero și pierdere zero.

Totuși, alte antene pot fi proiectate pentru a concentra energia radiată în anumite direcții și, în acest sens, o antenă poate avea „câștig”. Antena nu adaugă de fapt putere la semnal, ci crește efectiv puterea transmisă prin concentrarea radiației electromagnetice în funcție de orientarea sistemului de comunicații (evident, acest lucru este mai practic atunci când proiectantul de antenă cunoaște relația spațială dintre emițător și receptor).

Unitatea dBi permite producătorilor de antene să specifice o cifră de „câștig” care folosește scala DB mereu populară. Ca întotdeauna, avem nevoie de un raport atunci când lucrăm cu dB, iar în cazul dBi, câștigul antenei este dat cu referire la câștigul unei antene izotrope.

Unele antene (cum ar fi cele însoțite de o farfurie parabolică) au un câștig semnificativ și, astfel, pot aduce o contribuție nontrivială la raza sau performanța unui sistem RF.


Rezumat
Scala dB este o metodă de exprimare a raporturilor între două cantități. Este convenabil și utilizat pe scară largă în contextul proiectării și testării RF.
Deși cifrele dB sunt în mod relativ relative, cantitățile absolute pot fi exprimate prin scala dB folosind unități care încorporează o valoare de referință standardizată.
Cea mai frecventă unitate absolută de dB este dBm; transmite puterea dB a unui semnal în raport cu 1 mW.
Unitatea dBc exprimă puterea în raport cu puterea unui semnal aferent.
Unitatea dBi exprimă câștigul unei antene în raport cu răspunsul unei antene sursă punct idealizate.

Dacă doriți să construiți un post de radio, creșteți emițătorul de radio FM sau aveți nevoie de altul Echipamente FM, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați: [e-mail protejat].

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje