เดซิเบล (เดซิเบล) เป็นสเกลที่สำคัญและใช้บ่อยที่สุดในฟิลด์ RF แต่ก็ยากที่จะเข้าใจและสร้างความสับสนให้กับคนที่เพิ่งได้รับการแนะนำให้รู้จัก

น่าเสียดายที่หากคุณไม่สามารถเข้าใจขนาดที่สำคัญนี้ได้อย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้วคุณจะมีความยากลำบากอย่างมากในการดำเนินการสำรวจคลื่นความถี่วิทยุของคุณ

การจัดการกับตัวเลขเพื่อหาแรงดันและกำลังที่ผสม dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, วัตต์, มิลลิวัตต์, โวลต์, มิลลิโวลต์ ฯลฯ มักต้องแปลงกลับไปกลับมาระหว่างค่าเชิงเส้นและค่าเดซิเบล

ฉันเห็นเพื่อน RF จำนวนมากที่เพิกเฉยต่อความสำคัญของการทำความเข้าใจ dB ในที่สุดก็ตระหนักว่าพวกเขาจำเป็นต้องเรียนรู้คำศัพท์ง่าย ๆ นี้ถ้าพวกเขาต้องการไปไกลในฟิลด์ RF

บทช่วยสอนสั้น ๆ นี้จะช่วยให้คุณเข้าใจความแตกต่างระหว่างการทำงานกับเดซิเบลและการทำงานกับค่าเชิงเส้น

ข้อมูลพื้นฐานลอการิทึม
การใช้เดซิเบลเกี่ยวข้องกับการทำงานกับลอการิทึมและนี่คือความรู้ทางคณิตศาสตร์ขั้นต่ำสุดที่คุณควรมี

ดังนั้นเราต้องพูดถึงลอการิทึมก่อนที่จะพูดถึง dB

เริ่มจากคณิตศาสตร์ง่าย ๆ ที่คุณได้เรียนในโรงเรียนมัธยม:

คนมักจะทำผิดพลาดน้อยลงเมื่อเพิ่มและลบตัวเลขดังนั้นข้อดีของลอการิทึมจึงปรากฏชัดเจน

ตอนนี้เรามาตรวจสอบสิ่งเหล่านี้ต่อตารางบันทึกฐาน = 10:

เนื่องจาก 10 ยกกำลัง 3 เท่ากับ 1,000 ล็อกฐาน 10 ของ 1,000 คือ 3 (log10 (1,000) = 3)

นี่คือกฎพื้นฐานของลอการิทึม:

ถ้า a = 10 เราก็สามารถเขียน log (c) = b และ log (100) = 2, log (1,000) = 3 และอื่น ๆ ได้

ตอนนี้เราจะไปเพิ่มเติมด้วยตัวอย่าง:

คุณกำลังออกแบบตัวรับอย่างง่าย ๆ ดังนี้:

เพื่อเหตุผลในการเปรียบเทียบง่ายเราจะทำงานกับค่าเชิงเส้นก่อนและกำไร / ขาดทุนทั้งหมดจะเกี่ยวข้องกับ 'แรงดันไฟฟ้า'

* กำไรจากเสาอากาศ: 5.7
* เครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำ (LNA) ได้รับ: 7.5
* กำไรจากการผสม: 4.6
* ถ้ากรองกำไร / ขาดทุน: 0.43
*หากได้รับเครื่องขยายเสียง: 12.8
Demodulator รับกำไร: 8.7
* กำไรจากการขยายเสียง: 35.6

อัตราขยายรวมของสัญญาณเชิงเส้นจากเสาอากาศไปยังเครื่องขยายเสียงสเตจที่ผ่านมาคือ:

การจำตัวเลขเหล่านี้ยากมาก แต่น่าเสียดายที่คุณต้องจัดการกับตัวเลขจำนวนมากในฟิลด์ RF ดังนั้นเราต้องหาวิธีที่ง่ายกว่าในการจัดการกับมัน

ตอนนี้ขอเส้นทางที่ง่ายขึ้นโดยใช้ตัวรับเดียวกัน แทนการใช้ค่าเชิงเส้นเราโอนไปยังค่าลอการิทึม

* เสาอากาศกำไร: 5.7 (บันทึก 5.7 = 0.76)
* กำไรจากเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำ: 7.5 (บันทึก 7.5 = 0.88)
* มิกเซอร์เกน: 4.6 (บันทึก 4.6 = 0.66)
* IF Filter Gain / Loss: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*IF Amplifier Gain: 12.8 (บันทึก 12.8 = 1.11)
* Demodulator Gain: 8.7 (บันทึก 8.7 = 0.94)
* ขยายเสียงกำไร: 35.6 (บันทึก 35.6 = 1.55)
* กำไรทั้งหมด: 335,229.03 (บันทึก 335,229.03 = 5.53)

ผลรวมทั้งหมด, 335,229.03 ในค่าเชิงเส้น, เท่ากับ 5.53 ถ้าถ่ายโอนไปยังลอการิทึม

แทนที่จะใช้การคูณคุณสามารถรวมกำไรแต่ละรายการเข้าด้วยกันเพื่อรับผลรวมทั้งหมดหลังจากถูกถ่ายโอนไปยังลอการิทึมก่อนด้วยค่าที่น้อยกว่าและสั้นกว่ามาก มันง่ายกว่าที่จะคำนวณและจดจำ

ปัญหาเดียวที่คุณอาจไม่ชอบมากคือคุณต้องทำความคุ้นเคยกับการคำนวณลอการิทึม แต่เชื่อฉันเร็ว ๆ นี้คุณจะค่อนข้างดีกับฟังก์ชั่นที่ทรงพลังนี้และสนุกกับการใช้มันทุกวัน

อย่าพยายามหลีกเลี่ยงการใช้หากคุณจริงจังกับการทำงานในฟิลด์ RF

ตามความเป็นจริงคุณจะไม่ใช้ค่าแบบเส้นตรงที่มากขึ้นอีกเมื่อคุณทำงานในฟิลด์ RF เป็นเวลา 1 หรือ 2 ปี

สิ่งเดียวที่คุณจะใช้คือ 'dB'

ข้อมูลพื้นฐาน dB
มาทำคำที่มีประโยชน์ 'dB' ต่อไปนี้บางสิ่งที่คุณจะใช้ทุกช่วงเวลาเมื่อคุณทำงานในโครงการ RF

แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับใน dB:
เราจำเป็นต้องพูดถึงแรงดันไฟฟ้าและกำลังไฟแยกจากกันและรวบรวมเข้าด้วยกันเพื่อดูว่าเป็นสิ่งเดียวกันหรือไม่

เริ่มจากแรงดันเกนก่อน:

เดซิเบล (dB) ถูกกำหนดเป็น 20 เท่าลอการิทึมฐาน 10 ของอัตราส่วนระหว่างสองระดับแรงดันไฟฟ้า Vout / Vin (แรงดันไฟฟ้ากำไรในคำอื่น ๆ )

กำไรทั้งหมดที่มากกว่า 1 จึงแสดงเป็นเดซิเบลบวก (> 0) และกำไรน้อยกว่า 1 จะแสดงเป็นเดซิเบลลบ (<0)

ลองหา gain ใน dB สำหรับตัวอย่างผู้รับก่อนหน้า

*กำไรของเสาอากาศ: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* กำไรจากเครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำ: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* กำไรมิกเซอร์: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* IF Filter Gain / Loss: 0.43 (20log 0.43 = -7.3)
* หากได้รับเครื่องขยายเสียง: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Demodulator กำไร: 8.7 (20log 8.7 = 18.8)
* ขยายเสียงกำไร: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* กำไรทั้งหมด: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

อีกครั้งคุณสามารถรวมผลกำไรแต่ละรายการเข้าด้วยกันเพื่อรับผลรวมทั้งหมดใน dB

พลังงานที่ได้รับใน dB:

ก่อนที่จะพูดถึงการเพิ่มพลังงานในเดซิเบลเราจำเป็นต้องทราบความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและพลังงาน

เราทุกคนรู้ว่าสำหรับไซน์เวฟ V โวลต์นำไปใช้กับตัวต้านทานโหลด R โอห์ม

วงจร RF ส่วนใหญ่ใช้ 50 โอห์มเป็นแหล่งกำเนิดและโหลดความต้านทานดังนั้นหากแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานเป็น 7.07V (rms) ดังนั้น

ดังนั้นอัตราขยายของกำลังไฟจึงแปรผันตรงกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าเช่นถ้าอัตราขยายของแรงดันไฟฟ้าเป็น 5 แล้วจะได้พลังงานเพิ่มเป็น 25 และอื่น ๆ

เราสามารถกำหนดพลังงานที่ได้รับในเดซิเบลด้านล่าง:

เดซิเบล (dB) ถูกกำหนดเป็น 10 เท่าลอการิทึมฐาน 10 ของอัตราส่วนระหว่างสองระดับพลังงาน Pout / Pin (กำลังไฟในคำอื่น ๆ )

สับสนกับค่า dB ระหว่างแรงดันเกน สิ่งที่จะชัดเจนถ้าคุณอ่าน

กลับไปดูตัวอย่างก่อนหน้าอีกครั้ง:

* กำไรจากเสาอากาศ: 5.7
* เครื่องขยายเสียงรบกวนต่ำ (LNA) ได้รับ: 7.5
* กำไรจากการผสม: 4.6
* ถ้ากรองกำไร / ขาดทุน: 0.43
*หากได้รับเครื่องขยายเสียง: 12.8
Demodulator รับกำไร: 8.7
* กำไรจากการขยายเสียง: 35.6

กำไร / ขาดทุนทั้งหมดเกี่ยวข้องกับ 'แรงดันไฟฟ้า' ค่าเชิงเส้นของแรงดันเสาอากาศอีกครั้งคือ 5.7 (15.1 เดซิเบล) และอัตราขยายกำลังจะเป็น:

แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเช่นเดียวกันกับกำลังไฟฟ้าในเดซิเบล

ดังนั้นเราสามารถเขียนตัวอย่างนี้อีกครั้งโดยการโอนกำไร / ขาดทุนเชิงเส้นทั้งหมดจะถูกโอนไปยัง 'กำลัง':

* เสาอากาศรับ: 32.49 (15.1 dB)
* ขยายสัญญาณรบกวนต่ำ: 56.25 (17.5 dB)
* มิกเซอร์เกน: 21.16 (13.3 dB)
* IF Filter Gain / Loss: 0.18 (-7.3 dB)
* หากได้รับแอมพลิฟายเออร์: 163.84 (22.1 dB)
* Demodulator กำไร: 75.69 (18.8 dB)
* ขยายเสียงที่ได้รับ: 1267.36 (31.0 dB)
* กำไรทั้งหมด: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

อย่างไรก็ตามเหตุผลเดียวที่คุณอาจใช้การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นเพราะคุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายโดยใช้ออสซิลโลสโคป แต่มันไม่สามารถวัดแรงดันได้เมื่อความถี่วิทยุสูงกว่า 500 MHz

เนื่องจากคุณอาจมีปัญหาเรื่องความแม่นยำโดยใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อวัดความถี่วิทยุ

ฉันไม่ได้บอกว่าออสซิลโลสโคปไม่มีประโยชน์ฉันแค่บอกว่าฉันไม่ได้วัดแรงดัน RF โดยใช้ออสซิลโลสโคปหากไม่มีเหตุผลเฉพาะสำหรับความต้องการนี้

กว่า 90% ของเวลาฉันใช้ตัววิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อวัดสัญญาณ RF

นี่คือหัวข้อสำหรับโพสต์อื่น

ค่าอัตราขยายที่คุณเห็นในแผ่นข้อมูลนั้นสัมพันธ์กับอัตราขยายตัวของพลังงานในเดซิเบลเสมอไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้าหรือค่าเชิงเส้น

เราจะสรุปบทความนี้ด้วยตัวอย่างง่ายๆ:

เครื่องขยายเสียงที่ได้รับ 15 dB:

ตั้งแต่ 15 dB = 10log (Pout / Pin)
อัตราขยายกำลังของค่าเชิงเส้นคือ:

มุ่ย / Pin = 10 (15/10) = 31.62
และตั้งแต่ 15 dB = 20log (Vout / Vin)
แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับในค่าเชิงเส้นคือ:

Vout / Vin = 10 (15/20) = 5.62
และ 5.622 = 31.62

ฉันหวังว่าคุณจะได้เรียนรู้บางสิ่งจากบทความนี้ หากคุณรู้อย่างชัดเจนทุกอย่างที่ฉันได้พูดถึงที่นี่แล้วขอแสดงความยินดีคุณอยู่ในเส้นทางที่ถูกต้องไปยังช่อง RF

หากคุณยังสับสนหลังจากอ่านบทความนี้สองสามครั้งไม่ต้องกังวลคุณไม่ได้อยู่คนเดียวเพียงแค่หายใจเข้าลึก ๆ แล้วอ่านทีละขั้นตอนอีกครั้งหรือกลับมาอ่านบทความเพิ่มเติมจาก บล็อกนี้

ไม่ช้าก็เร็วคุณจะเชี่ยวชาญ 'dB' โดยไม่มีปัญหาใด ๆ

ด้านล่างเป็นภาพเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ฉันคิดว่าคุณจะเห็นว่าเป็นประโยชน์: