Το dB (Decibel) είναι η πιο σημαντική και συχνά χρησιμοποιούμενη κλίμακα στο πεδίο RF, αλλά είναι επίσης κατανοητό δύσκολο και μπερδεμένο για κάποιον που μόλις το γνωρίζει.

Δυστυχώς, εάν δεν μπορείτε να καταλάβετε διεξοδικά αυτήν τη σημαντική κλίμακα, τότε θα έχετε τεράστια δυσκολία να προχωρήσετε στην αποστολή RF.

Η ενασχόληση με αριθμούς για κέρδος, τάση και ισχύ που συνδυάζουν dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, watt, milliwatts, volt, millivolts κ.λπ., συχνά απαιτεί εναλλαγή μεταξύ γραμμικών τιμών και τιμών ντεσιμπέλ.

Είδα πολλούς νέους συναδέλφους RF που αγνόησαν τη σημασία της κατανόησης του dB, τελικά συνειδητοποίησαν ότι πρέπει να μάθουν καλά αυτόν τον απλό όρο εάν θέλουν να προχωρήσουν περαιτέρω στον τομέα RF.

Αυτό το σύντομο σεμινάριο θα σας βοηθήσει να αποσαφηνίσετε τη διαφορά μεταξύ εργασίας με ντεσιμπέλ και εργασίας με γραμμικές τιμές.

Βασικά στοιχεία λογάριθμου
Η χρήση ντεσιμπέλ συνεπάγεται την εργασία με λογάριθμους και αυτή είναι η ελάχιστη μαθηματική γνώση που πρέπει να έχετε.

Πρέπει λοιπόν να συζητήσουμε τον λογάριθμο πριν μιλήσουμε για το dB.

Ας ξεκινήσουμε με αυτά τα απλά μαθηματικά που έχετε μάθει στο γυμνάσιο:

Οι άνθρωποι τείνουν να κάνουν λιγότερα λάθη κατά την προσθήκη και την αφαίρεση αριθμών, έτσι το πλεονέκτημα των λογαρίθμων είναι εμφανές.

Τώρα ας τα αναθεωρήσουμε, ανά πίνακα = 10 πίνακα καταγραφής:

Δεδομένου ότι το 10 ανυψωμένο με ισχύ 3 είναι ίσο με 1,000, το βασικό λογότυπο 10 των 1,000 είναι 3 (log10 (1,000) = 3).

Αυτός είναι ο βασικός νόμος των λογαρίθμων:

Εάν a = 10, τότε μπορούμε απλά να γράψουμε log (c) = b και log (100) = 2, log (1,000) = 3 και ούτω καθεξής.

Τώρα ας προχωρήσουμε περαιτέρω με ένα παράδειγμα:

Σχεδιάζετε έναν απλό δέκτη ως εξής:

Για λόγους εύκολης σύγκρισης, θα δουλέψουμε πρώτα με γραμμικές τιμές και όλα τα κέρδη / απώλειες σχετίζονται με την «τάση».

* Κέρδος κεραίας: 5.7
* Κέρδος ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA): 7.5
* Κέρδος μίξερ: 4.6
* ΕΑΝ κέρδος / απώλεια φίλτρου: 0.43
*ΕΑΝ κέρδος ενισχυτή: 12.8
* Κέρδος αποδιαμορφωτή: 8.7
* Κέρδος ενισχυτή ήχου: 35.6

Το συνολικό κέρδος γραμμικής τιμής από την κεραία έως την έξοδο ενισχυτή ήχου τελευταίου σταδίου είναι:

Θα ήταν πολύ δύσκολο να θυμάστε αυτούς τους αριθμούς, αλλά, δυστυχώς, πρέπει να χειριστείτε πολλούς αριθμούς στο πεδίο RF. Πρέπει λοιπόν να βρούμε έναν ευκολότερο τρόπο αντιμετώπισής τους.

Ας ακολουθήσουμε μια ευκολότερη διαδρομή χρησιμοποιώντας τον ίδιο δέκτη. Αντί να χρησιμοποιούμε γραμμικές τιμές, τις μεταφέρουμε σε λογάριθμους.

* Κέρδος κεραίας: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Κέρδος ενισχυτή χαμηλού θορύβου: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Κέρδος μίξερ: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* IF Κέρδος / Απώλεια φίλτρου: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*IF Ενισχυτής κέρδος: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Κέρδος αποδιαμορφωτή: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Κέρδος ενισχυτή ήχου: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Συνολικό κέρδος: 335,229.03 (log 335,229.03 = 5.53)

Το συνολικό κέρδος, 335,229.03 σε γραμμική τιμή, ισούται με 5.53 εάν μεταφερθεί στο λογάριθμο.

Αντί να χρησιμοποιείτε πολλαπλασιασμούς, μπορείτε να προσθέσετε μαζί αυτά τα μεμονωμένα κέρδη για να λάβετε το συνολικό κέρδος, αφού μεταφερθείτε πρώτα στους λογάριθμους, με πολύ μικρότερη και μικρότερη τιμή. Δεν είναι πολύ πιο εύκολο να υπολογίσετε και να θυμηθείτε;

Το μόνο πρόβλημα που ίσως δεν σας αρέσει πολύ είναι ότι πρέπει να εξοικειωθείτε με τον υπολογισμό του λογάριθμου, αλλά, πιστέψτε με, σύντομα θα είστε αρκετά καλοί με αυτήν την ισχυρή λειτουργία και θα απολαμβάνετε τη χρήση του κάθε μέρα.

Ποτέ μην προσπαθείτε να το αποφύγετε εάν είστε πραγματικά σοβαροί για την εργασία στο πεδίο RF.

Στην πραγματικότητα, δεν θα χρησιμοποιείτε πλέον γραμμικές τιμές όταν εργάζεστε στο πεδίο RF για 1 ή 2 χρόνια.

Το μόνο πράγμα που θα χρησιμοποιήσετε είναι «dB».

Βασικά στοιχεία dB
Ας συνεχίσουμε σε αυτόν τον χρήσιμο όρο «dB», κάτι που θα χρησιμοποιείτε κάθε στιγμή όταν εργάζεστε σε έργα RF.

Αύξηση τάσης σε dB:
Πρέπει να μιλήσουμε για το κέρδος τάσης και το κέρδος ισχύος ξεχωριστά και να τα συνδυάσουμε για να δούμε αν είναι το ίδιο πράγμα.

Ας ξεκινήσουμε πρώτα με την αύξηση τάσης:

Ένα ντεσιμπέλ (dB) ορίζεται ως 20 φορές ο λογάριθμος βάσης-10 μιας αναλογίας μεταξύ δύο επιπέδων τάσης Vout / Vin (αύξηση τάσης, με άλλα λόγια).

Όλα τα κέρδη μεγαλύτερα από 1 εκφράζονται επομένως ως θετικά ντεσιμπέλ (> 0) και κέρδη μικρότερα από 1 εκφράζονται ως αρνητικά ντεσιμπέλ (<0).

Ας βρούμε το κέρδος σε dB για το προηγούμενο παράδειγμα δέκτη.

*Κέρδος κεραίας: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* Κέρδος ενισχυτή χαμηλού θορύβου: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Κέρδος μίξερ: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* IF Κέρδος / Απώλεια φίλτρου: 0.43 (20log 0.43 = -7.3)
* IF Gain ενισχυτή: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Κέρδος αποδιαμορφωτή: 8.7 (20log 8.7 = 18.8)
* Κέρδος ενισχυτή ήχου: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* Συνολικό κέρδος: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Και πάλι, μπορείτε να προσθέσετε μαζί αυτά τα μεμονωμένα κέρδη για να λάβετε το συνολικό κέρδος σε dB.

Κέρδος ισχύος σε dB:

Πριν μιλήσουμε για την αύξηση ισχύος σε dB, πρέπει να γνωρίζουμε τη σχέση μεταξύ τάσης και ισχύος.

Όλοι γνωρίζουμε, για ένα ημιτονοειδές κύμα V volt που εφαρμόζεται σε ένα φορτίο αντίστασης R ohms,

Τα περισσότερα κυκλώματα RF χρησιμοποιούν 50 ohms ως αντίσταση πηγής και φορτίου, οπότε αν η τάση στην αντίσταση είναι 7.07V (rms), τότε

Επομένως, το κέρδος ισχύος είναι ανάλογο με το τετράγωνο του κέρδους τάσης, π.χ. εάν το κέρδος τάσης είναι 5, τότε το κέρδος ισχύος θα είναι 25 και ούτω καθεξής.

Μπορούμε να καθορίσουμε το κέρδος ισχύος σε dB παρακάτω:

Ένα ντεσιμπέλ (dB) ορίζεται ως 10 φορές ο λογάριθμος βάσης-10 μιας αναλογίας μεταξύ δύο επιπέδων ισχύος Pout / Pin (κέρδος ισχύος, με άλλα λόγια).

Έχετε μπερδευτεί με τις τιμές dB μεταξύ κέρδους τάσης και κέρδους ισχύος; Τα πράγματα θα γίνουν ξεκάθαρα αν διαβάσετε.

Ας επιστρέψουμε ξανά για να δούμε το προηγούμενο παράδειγμα:

* Κέρδος κεραίας: 5.7
* Κέρδος ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA): 7.5
* Κέρδος μίξερ: 4.6
* ΕΑΝ κέρδος / απώλεια φίλτρου: 0.43
*ΕΑΝ κέρδος ενισχυτή: 12.8
* Κέρδος αποδιαμορφωτή: 8.7
* Κέρδος ενισχυτή ήχου: 35.6

Όλα τα κέρδη / ζημίες σχετίζονται με την «τάση». Η γραμμική τιμή της τάσης της κεραίας είναι πάλι 5.7 (15.1 dB) και το κέρδος ισχύος θα είναι:

Το κέρδος τάσης είναι ακριβώς το ίδιο με το κέρδος ισχύος σε dB.

Έτσι μπορούμε να ξαναγράψουμε αυτό το παράδειγμα ξανά με όλα τα γραμμικά κέρδη / απώλειες να μεταφέρονται στο "power":

* Κέρδος κεραίας: 32.49 (15.1 dB)
* Κέρδος ενισχυτή χαμηλού θορύβου: 56.25 (17.5 dB)
* Κέρδος μίξερ: 21.16 (13.3 dB)
* ΕΑΝ κέρδος / απώλεια φίλτρου: 0.18 (-7.3 dB)
* IF Gain ενισχυτή: 163.84 (22.1 dB)
* Κέρδος αποδιαμορφωτή: 75.69 (18.8 dB)
* Κέρδος ενισχυτή ήχου: 1267.36 (31.0 dB)
* Συνολικό κέρδος: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

Ωστόσο, ο μόνος λόγος για τον οποίο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την αύξηση τάσης είναι επειδή μπορείτε εύκολα να μετρήσετε την τάση χρησιμοποιώντας παλμογράφο, αλλά δεν είναι πρακτικό να μετράτε την τάση όταν η ραδιοσυχνότητα είναι μεγαλύτερη από 500 MHz.

Επειδή μπορεί να έχετε πρόβλημα ακρίβειας χρησιμοποιώντας παλμογράφο για τη μέτρηση ραδιοσυχνοτήτων.

Δεν λέω ότι ο παλμογράφος δεν είναι χρήσιμος, απλώς είπα ότι δεν μετρά την τάση RF χρησιμοποιώντας παλμογράφο εάν δεν υπάρχει συγκεκριμένος λόγος για αυτήν την ανάγκη.

Πάνω από το 90% του χρόνου, χρησιμοποιώ αναλυτή φάσματος για τη μέτρηση του σήματος RF.

Αυτό είναι ένα θέμα για μια άλλη ανάρτηση.

Η τιμή κέρδους που βλέπετε στο φύλλο δεδομένων σχετίζεται πάντα με την αύξηση ισχύος σε dB, όχι με την αύξηση τάσης ή τη γραμμική τιμή.

Θα συνοψίσουμε αυτό το άρθρο με ένα απλό παράδειγμα:

Ενισχυτής με κέρδος 15 dB:

Από 15 dB = 10log (Pout / Pin)
Το κέρδος ισχύος σε γραμμική τιμή είναι:

Σύκο / Καρφίτσα = 10 (15/10) = 31.62
Και από 15 dB = 20log (Vout / Vin)
Το κέρδος τάσης σε γραμμική τιμή είναι:

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

Ελπίζω να έχετε μάθει κάτι από αυτό το άρθρο. Αν γνωρίζετε ήδη όλα όσα ανέφερα εδώ, τότε, συγχαρητήρια, είστε στο σωστό δρόμο για το πεδίο RF.

Εάν εξακολουθείτε να είστε μπερδεμένοι αφού διαβάσετε αυτό το άρθρο για μερικές φορές, τότε μην ανησυχείτε, δεν είστε μόνοι, απλώς πάρτε μια βαθιά ανάσα και διαβάστε το βήμα προς βήμα ξανά ή επιστρέψτε αφού διαβάσετε περισσότερα άρθρα από αυτό το ιστολόγιο.

Αργά ή γρήγορα θα μάθετε το "dB" χωρίς καμία δυσκολία.

Ακολουθούν μερικές εικόνες που πιστεύω ότι θα τις βρείτε χρήσιμες: