問題
In the physical layer, we are used to describing power-related quantities by dBm, dB, dBr, etc. Do you know how they are defined and how to use them?
在實體層, 我們習慣用dBm, dB, dBr等來描述與功率相關的數量.請問您知道dBm, dB, dBr的定義以及如何使用這些功率單位嗎?
射頻晶片(Radio Frequency,RF)元件的選用常會遇到W、dB、dBm等規格讓人分不清,透由以下說明能讓人對於功 率有進一步認識。
1、dB 是一個表徵相對值的值,純粹的比值,只表示兩個量的相對大小關係,沒有單 位,當考慮甲的功率相比於乙功率大或小多少個dB時,按下面計算公式:10log(甲功 率/乙功率),如果採用兩者的電壓比計算,要用20log(甲電壓/乙電壓)。 [例] 甲功率比乙功率大一倍,那麼10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是說,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,則甲的功率比乙的功 率小3 dB。
2、dBm 是一個表示功率絕對值的值(也可以認為是以1mW功率為基準的一個比值), 計算公式為:10log(功率值/1mw)。 [例] 如果功率P為1mw,折算為dBm後為0dBm。 [例] 對於40W的功率,按dBm單位進行折算後的值應為: 10log(40W/1mw)=10log(40000) =10log4+10log10000=46dBm。
3、dBi和dBd 是表示天線功率增益的量,兩者都是一個相對值,但參考基準不一樣。 用作比較天線增益的標準,有二個。第一個標準是「均勻放射體」 (ISOTROPIC RADIATOR);第二個標準是「基本偶極半波天線」 (ELEMENTARY DIPOLE OR DOUBLET)。這兩者放射的方式不一樣。若以相同電力輸送給這二者,在他處收聽起來, 其電波的強度便會有差別。半波天線發出的電波要比均勻體者強2.14dB之多。 [例] 對於一面增益為16dBd的天線,其增益折算成單位為dBi時,則為18.15dBi(一般忽 略小數位,為18dBi)。 [例] 0dBd=2.14dBi。 1. dBi 是指某一天線以「均勻體」作增益比較標準時所用的單位。 2. dBd 是指某一天線以「基本偶極半波天線」作增益比較標準時所用的單位。
4、dBc 也是一個表示功率相對值的單位,與dB的計算方法完全一樣。
一般來說,dBc 是 相對於載波(Carrier)功率而言,在許多情況下,用來度量與載波功率的相對值,如用 來度量干擾(同頻干擾、互調干擾、交調干擾、帶外干擾等)以及耦合、雜散等的相 對量值。 在採用dBc的地方,原則上也可以使用dB替代。
5、dBw 與dBm一樣,dBw是一個表示功率絕對值的單位(也可以認為是以1W功率為基 準的一個比值),計算公式為:10log(功率值/1w)。 dBw與dBm之間的換算關係為:0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。 [例] 如果功率P為1w,折算為dBw後為0dBw。
總之,dB、dBi;dBd、dBc是兩個量之間的比值,表示兩個量間的相對大小,而dBm、 dBw則是表示功率絕對大小的值。在dB、dBm、dBw計算中,要注意基本概念,用一個 dBm(或dBw)減另外一個dBm(dBw)時,得到的結果是dB、如:30dBm – 0dBm = 30dB。 一般來講,在工程中,dBm(或dBw)和dBm(或dBw)之間只有加減,沒有乘除。而 用得最多的是減法:dBm 減 dBm 實際上是兩個功率相除,信號功率和噪聲功率相除 就是信噪比(SNR)。dBm 加 dBm 實際上是兩個功率相乘。
簡答版:
- dBi,代表的是天線增益的相對值,dBi的參考基準為全方向性天線。
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dBm,可以表示分貝毫伏,或者分貝毫瓦,是一個表征功率絕對值的值,計算公式為:10lgP(功率值/1mw)。
例:如果發射功率P為1mw,折算為dBm後為0dBm。對於40W的功率,按dBm單位進行折算後的值應為:
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 -
dB,是一個表征相對值的值,當考慮甲的功率相比於乙功率大或小多少個dB時,按下面計算公式:10lg(甲功率/乙功率)。
例:甲功率比乙功率大一倍,那麼10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是說,甲的功率比乙的功率大3 dB。如果A的功率為30dBm,B的功率為28dBm,則可以說,A比B大2 dB。如果A天線為14dBd,B天線為16dBd,可以說A比B小2 dB。 -
dBr,在WLAN中,峰值功率頻譜密度(PSD)通常被用來當作訊號的參考功率,所有量測結果的補償均以PSD做為參考。也因此頻譜遮罩通常以dB相對值(dBr)作為表示。在IEEE 802.11p,其通道頻寬為10MHz,而頻譜遮罩寬度的定義則是以每一通道的中心頻率為基準,向左右各位移15MHz
補充:
通訊相關積體電路:基頻晶片、中頻晶片、射頻晶片
基頻晶片(Baseband,BB):屬於數位積體電路,用來進行數位訊號的壓縮/解壓縮、頻道編碼/解碼、交錯置/解交錯置、加密/解密、格式化/解格式化、多工/解多工、調變/解調,以及管理通訊協定、控制輸入輸出介面等運算工作,目前都已經整合成一個「系統單晶片(System on a Chip,SoC)」了,著名的行動電話基頻晶片供應商包括:高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、邁威爾(Marvell)、聯發科(MediaTek)等。
中頻晶片(Intermediate Frequency,IF):由於通訊電磁波的頻率很高,要由數位訊號開始直接將訊號的頻率提高到電磁波的頻率(GHz)會遇到許多困難,因此可以先以訊號頻率比高頻電磁波還低的「中頻」來處理,早期的通訊系統有中頻晶片,後來由於「直接轉換(Direct conversion)」技術的進步,可以克服訊號靈敏度與雜訊問題,射頻可以直接降為基頻處理,少了中頻晶片可以結省空間與降低成本,達到「零中頻(Zero IF,ZIF)」的目標。
射頻晶片(Radio Frequency,RF):又稱為「射頻積體電路(RFIC)」,是處理高頻電磁波所有晶片的總稱,通常包括:傳送接收器(Transceiver)、低雜訊放大器(LNA)、功率放大器(PA)、帶通濾波器(BPF)、合成器(Synthesizer)、混頻器(Mixer)等,通常由砷化鎵晶圓製作的 MESFET、HEMT 元件,或矽鍺晶圓製作的 BiCMOS 元件,或矽晶圓製作的 CMOS 元件組成,目前也有用氮化鎵(GaN)製作的功率放大器,可能是數個積體電路(IC),某些可能整合成一個「系統單晶片(SoC)」。