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分贝(dB)的概念辨析
luge1983 | 2010-05-24 17:11:22    阅读:102484   发布文章



本文原文拷贝自邢立佳的新浪博客:
http://blog.sina.com.cn/s/blog_48c1b9210100b2ed.html



分贝(dB)的概念辨析

dB(Decibel,分贝) 是一个纯计数单位,本意是表示两个量的比值大小,没有单位。

在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式(仅仅是看上去不同)。对于功率,dB = 10*lg(A/B)。对
于电压或电流,dB = 20*lg(A/B)。此处A,B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。

dB的意义其实再简单不过了,就是把一个很大(后面跟一长串0的)或者很小(前面有一长串0的)的数比较简短地表示出来。如(此处以功率为例):

X = 100000 = 10^5
X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(10^5) dB= 50 dB

X = 0.000000000000001 = 10^ -15
X(dB) = 10*log(X) dB= 10*log(10^ -15) dB= -150 dB

一般来讲,在工程中,dB和dB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)。比如:30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB。dBm 加 dBm 实际上是两个功率相乘,没有实际的物理意义。

在电子工程领域,放大器增益使用的就是dB(分贝)。放大器输出与输入的比值为放大倍数,单位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器。当改用“分贝”做单位时,放大倍数就称之为增益,这是一个概念的两种称呼。
电学中分贝与放大倍数的转换关系为:
A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi);电压增益
A(I)(dB)=20lg(Io/Ii);电流增益
Ap(dB)=10lg(Po/Pi);功率增益
分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同,但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2*R。采用这套公式后,两者的增益数值就一样了:
10lg[Po/Pi]=10lg[(Vo^2/R)/(Vi^2/R)]=20lg(Vo/Vi)。

使用分贝做单位主要有三大好处。
(1)数值变小,读写方便。电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万,一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出,一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数,数值就小得多。
(2)运算方便。放大器级联时,总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时,总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100×20=2000倍,总增益为20dB+13dB=33dB。
(3)符合听感,估算方便。人听到声音的响度是与功率的相对增长呈正相关的。例如,当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时,听到的声音就响了很多;而从1瓦增强到2瓦时,响度就差不太多;再从10瓦增强到11瓦时,没有人能听出响度的差别来。如果用功率的绝对值表示都是1瓦,而用增益表示分别为10.4dB,3dB和0.4dB,这就能比较一致地反映出人耳听到的响度差别了。您若注意一下就会发现,Hi-Fi功放上的音量旋钮刻度都是标的分贝,使您改变音量时直观些。

分贝数值中,-3dB和0dB两个点是必须了解的。-3dB也叫半功率点或截止频率点。这时功率是正常时的一半,电压或电流是正常时的0.707。在电声系统中,±3dB的差别被认为不会影响总特性。所以各种设备指标,如频率范围,输出电平等,不加说明的话都可能有±3dB的出入。0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大。分贝是一个相对大小的量,没有绝对的量值。可您在电平表或马路上的噪声计上也能看到多少dB的测出值,这是因为人们给0dB先定了一个基准。例如声级计的0dB是2×10-4μb(微巴),这样马路上的噪声是50dB、60dB就有了绝对的轻响概念。常用的0dB基准有下面几种:
dBFS——以满刻度的量值为0dB,常用于各种特性曲线上;
dBm——在600Ω负载上产生1mW功率(或0.775V电压)为0dBm,常用于交流电平测量仪表上;
dBV——以1伏为0dB;
dBW——以1瓦为0dB。
一般读出多少dB后,就不用再化为电压、声压等物理量值了,专业人士都能明白。只有在极少数场合才要折合。这时只需代入公式:10A/20(或A/10)×D0计算即可。A为读出的分贝数值,D0为0dB时的基准值,电压、电流或声压用A/20,电功率、声功率或声强则用A/10。

附录:
概念辨析:dBm, dBi, dBd, dB, dBc, dBuV

1、 dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。
[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。
[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:
10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

dBm是功率单位;
dBm 定义的是 miliwatt。 0 dBm = 10log1 mw;
dBw 定义 watt。 0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。

2、dBi 和dBd

dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),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3] 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4] 0dBd=2.15dBi。
[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。

3、dB

dB是一个表征相对值的值,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:10lg(甲功率/乙功率)
[例6] 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。
[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。
[例8] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。
[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。

4、dBc

有时也会看到dBc,它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。


5、dBuV

根据功率与电平之间的基本公式V^2=P*R,可知 dBuV=90+dBm+10*log(R),R为电阻值。
载PHS系统中正确应该是dBm=dBuv-107,因为其天馈阻抗为50欧。


6、dBuVemf 和dBuV
emf:electromotive force(电动势)
对于一个信号源来讲,dBuVemf是指开路时的端口电压,dBuV是接匹配负载时的端口电压

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