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附录2A 分贝与信号强度

《无线通信网络与系统》第2章信号传输基础,本章的目的是使没有或者具有很少数据通信背景知识的读者能够对本书所包含的内容有一个初步的认识。在本章的最后,我们为感兴趣的读者提供了参考资料以便进行更深入的学习。本节为附录2A 分贝与信号强度。

作者:朱磊/许魁 译来源:机械工业出版社|2017-11-16 15:51

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附录2A 分贝与信号强度

信号强度在任何传输系统中都是一个非常重要的参数。当信号在传输介质中传播时,信号强度将损耗或者衰减。为了进行补偿,需要在不同位置插入放大器以获得信号强度增益。

人们习惯上用分贝来表示增益、损耗和相对水平,因为:

●信号强度往往呈指数下降,由于分贝是一个对数单位,所以用分贝的形式很容易表示损耗。

●级联传输路径的净增益或损耗可以使用简单的加减法来进行计算。

分贝用于衡量两个信号电平之间的比率。分贝可以表示为

式中 GdB——增益,单位为dB;

Pin——输入功率水平;

Pout——输出功率水平;

log10——以10为底的对数(从现在开始,我们简单地用log来表示log10)。

表2-3给出了分贝值和10的幂之间的关系。

表2-3 分贝数值

文献中在使用损耗和增益的概念时有些不一致的地方。如果GdB的值为正,则表示实际存在功率增益。例如,3dB增益表示功率加倍。如果GdB的值为负,则表示实际上存在功率损耗。例如,-3dB增益表示功率减半,这是一种功率损耗。通常情况下,这表示有3dB损耗。然而,一些文献可能会说这是一个-3dB的损耗。负增益或者对应的正损耗的说法是比较合理的,因此,我们定义分贝损耗为

例2.2 如果将功率电平为10mW的信号输入到传输线,一定距离以外测得的功率是5mW,则损耗可以表示为LdB=10log(10/5)=10(0.3)=3dB。

注意分贝是相对的差值,而不是绝对的差值。从1000mW到500mW同样是3dB损耗。

分贝也可以用来测量电压的差值,考虑到功率正比于电压的平方:

式中 P——电阻R消耗的功率;

V——电阻R两端的电压。

因此,

例2.3 分贝在确定一系列传输元件的增益或损耗时是非常有用的。考虑一系列元件的输入为4mW的功率电平,第一个元件为12dB损耗(-12dB)的传输线,第二个元件为增益为35dB的放大器,第三个元件为10dB损耗的传输线。净增益为(-12+35-10)=13dB。计算输出功率Pout

分贝值是指相对的幅度或幅度的变化,而不是变化到一个绝对的水平。将一个绝对水平的功率或者电压用分贝值来表示也是非常方便的,这样,在计算以原始信号水平为参考的增益或者损耗时就会变得更加容易。目前,dBW(分贝瓦)已经广泛应用于微波领域。通过选择1W为参考,并将其定义为0dBW,那么以dBW为单位的绝对分贝功率水平可以定义为

例2.4 一个1000W的功率是30dBW,一个1mW的功率是-30dBW。

另一个常用的单位是dBm(分贝毫瓦),它使用1mW作为参考。因此,0dBm=1mW。公式为


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