电磁兼容中为什么要用dB以及应用到的dB,dBi, dBd, dBc,dBm,dBw的具体释义

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查看9014 | 回复0 | 2012-12-9 17:56:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在电磁兼容领域,将涉及很多dB的量,例如dB,dBi, dBd, dBc,dBm,dBw各代表什么含义、为什么用dB表示?下述将一一讲解:

0、在EMC领域,为什么一般用dB(分贝)表示单位
因为EMC测量的信号幅值和频谱都较宽,在图形上用对数坐标更容易表示,dB为对数坐标表示的单位。采用对数描述上述的物理量,一是用较小的数描述了较大的动态范围,特别有利于作图的情况。它也把某些非线性变化的量转换成线性量。例如频率从直流到1Hz的差别可比1000Hz到1001Hz差别大得多。当然频率的对数单位不是以dB而是以倍频程表示。另一个好处是把某些乘除运算变成了加减运算,如 计算多级电路的增益,只需求各级增益的代数和,而不必将各级的放大/衰减倍数相乘。

我们知道,零和小于零的负数是没有对数的,只有大于零的正数才能取对数, 这样一来原来的物理量经过对数转换后,原来的功率、幅度、倍数等这些非负数性质的量,它们的值域便扩展到了整个实数范围。这并不意味着它们本身变负了,而只是说明它们与给定的基准值相比,是大于基准值还是小于 基准值,小于则用负对数表示,若大于则用正对数表示。

分贝的计算很简单,对于振幅类物理量,如电压、电流强度等,将测量值与基准值相比后求常用对数再乘以20;对于它们的平方项的物理量如功率,取对数后乘以10就行了;不管是振幅类还是平方项,变成分贝后它们的量级是一致的,可以直接进行比较、计算。

1、dB
dB是一个表征相对值的值,纯粹的比值,只表示两个量的相对大小关系,没有单位,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10log(甲功率/乙功率),如果采用两者的电压比计算,要用20log(甲电压/乙电压)。

[例] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。反之,如果甲的功率是乙的功率的一半,则甲的功率比乙的功率小3 dB。

2、dBi 和dBd
dBi和dBd是表示天线功率增益的量,两者都是一个相对值,但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2.15。
[例] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi(一般忽略小数位,为18dBi)。
[例] 0dBd=2.15dBi。

3、dBc
dBc也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。
例如,在ETSI EN 300 422-1 V1.4.2 (2011-08)标准中,8.3.2.2 Limits中的掩图限值计算dBc=10Lg(P/Pcarrier)。若主频Fc的功率为6.16dBm,而测试出来的某个频率如863.029MHz功率为-46.82dBm。那么就可以计算出这个863.029MHz的dBc就为-52.98dBc。

4、dBm
dBm是一个表示功率绝对值的值(也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值),计算公式为:10log(功率值/1mw)。
[例] 如果功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
[例] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:
10log(40W/1mw)=10log(40000)=10log4+10log10000=46dBm。

5、dBw
与dBm一样,dBw是一个表示功率绝对值的单位(也可以认为是以1W功率为基准的一个比值),计算公式为:10log(功率值/1w)。dBw与dBm之间的换算关系为:0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。
[例] 如果功率P为1w,折算为dBw后为0dBw。

总之,dB,dBi, dBd, dBc是两个量之间的比值,表示两个量间的相对大小,而dBm、dBw则是表示功率绝对大小的值。在dB,dBm,dBw计算中,要注意基本概念,用一个dBm(或dBw)减另外一个dBm(dBw)时,得到的结果是dB,如:30dBm - 0dBm = 30dB。
一般来讲,在工程中,dBm(或dBw)和dBm(或dBw)之间只有加减,没有乘除。而用得最多的是减法:dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除,信号功率和噪声功率相除就是信噪比(SNR)。dBm 加 dBm 实际上是两个功率相乘。
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