發(fā)射功率與增益詳解

1、發(fā)射功率與增益詳解?2011-09-28 15:31:481? 分類：?| 舉報(bào) | 字號(hào)？訂閱 本文轉(zhuǎn)載自jason無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)，通過(guò)饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波 形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來(lái)（僅僅接收很小很小一 部分功率），并通過(guò)饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。因此在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工程中，計(jì)算發(fā) 射裝置的發(fā)射功率與天線的輻射能力非常重要。Tx是發(fā)射（Transmits ）的簡(jiǎn)稱。無(wú)線電波的發(fā)射功率是指在給定頻段范圍內(nèi)的 能量，通常有兩種衡量或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)： 功率（w 相對(duì)1瓦（Watts）的線性水準(zhǔn)。增益（dBm 相對(duì)1毫瓦（Milliwatt ）的比例水準(zhǔn)。兩

2、種表達(dá)方式可以互相轉(zhuǎn)換: dBm = 10 x log 功率 mW mW = 10 增益 dBm / 10 dBm在無(wú)線系統(tǒng)中，天線被用來(lái)把電流波轉(zhuǎn)換成電磁波， 在轉(zhuǎn)換過(guò)程中還可以對(duì)發(fā)射 和接收的信號(hào)進(jìn)行“放大”，這種能量放大的度量成為“增益（Gain） ”。天線增益的度量單位為“ dBi”。由于無(wú)線系統(tǒng)中的電磁波能量是由發(fā)射設(shè)備的發(fā)射能量和天線的放大疊加作用 產(chǎn)生，因此度量發(fā)射能量最好同一度量-增益（dB），例如，發(fā)射設(shè)備的功率為 100mW 或20dBm；天線的增益為10dBi，貝 發(fā)射總能量=發(fā)射功率（dBm +天線增益（dBi） =20dBm + lOdBi =30dBm或者：=100

3、0mW在“小功率”系統(tǒng)中每個(gè)dB都非常重要，特別要記住“ 3dB法則”。每增加或降低3dB,意味著增加一倍或降低一半的功率:-3 dB = 1/2功率-6 dB = 1/4+3 dB = 2x+6 dB = 4x功率功率功率例如,100mW的無(wú)線發(fā)射功率為20dBm而50mV的無(wú)線發(fā)射功率為17dBm而200mW的發(fā)射功率為23dBmOdbm=左邊加10=右邊乘10?所以 0+10DBM=*10Vg卩 10DBM=?故得 20DBM= 30DBM=1W 40DBM=10W?還有左邊加3=右邊乘2,女口 40+3DBM=10*2W即卩43DBM=20W 例如 機(jī)器20W在400MH瀕率上 使用3

4、0米50-7 （物理發(fā)泡低損耗電纜）到天 線上還剩下多少增益20W=43DB?30米50-7損耗一米小于 按照最大值*30= 天線增益16DBi+= 就上面的例子我們可以看出增益和功率并非線性變化，所以不能光從功率上來(lái)看 發(fā)射狀態(tài)。當(dāng)你的機(jī)器20W的時(shí)候增益43DB 40W的時(shí)候46DB 60W勺時(shí)候49DB反過(guò)來(lái)說(shuō)當(dāng)功率損失一半的時(shí)候 也剛剛損失了 3個(gè)DB對(duì)信號(hào)傳播影響不是特 別大。但是光看功率的話已經(jīng)少了一半會(huì)認(rèn)為傳播能力也小了一半，所以在這里看功率是相當(dāng)錯(cuò)誤的。饋線損耗的3DB到了天線部分又得到了提升，當(dāng)你的天線 是16DBi的時(shí)候，小功率電臺(tái)的傳播能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了使用大功率電臺(tái)小天線，

5、這也是很多朋友使用手臺(tái)加饋線棒桿天線效果也不錯(cuò)的現(xiàn)象。如果真的那么在意功率不如做個(gè)試驗(yàn)，發(fā)射機(jī)輸出端不接同軸電纜，而是接380V 動(dòng)力用電纜，同樣的米數(shù)，動(dòng)力電纜的損耗一定很小，因?yàn)楣β?=電流*電壓，動(dòng) 力電纜內(nèi)阻小 在電纜上分擔(dān)的電壓就小 功率損耗就小，但是高頻信號(hào)是肌膚效 應(yīng)傳播，動(dòng)力電纜根本無(wú)法傳到高頻信號(hào)損失將是相當(dāng)大的，可以說(shuō)有點(diǎn)常識(shí)的朋友都知道動(dòng)力電纜無(wú)法做饋線，從這一點(diǎn)也證明了單單看功率是完全錯(cuò)誤 的。在此八哥只是與大家探討一下相關(guān)數(shù)據(jù)和分析的方向，有不對(duì)的地方還請(qǐng)大家指 出日后修改。下面是一些網(wǎng)絡(luò)搜索的資料 關(guān)于DB DBm DBi一般的朋友看到這里就可以了 看 下面會(huì)越看越

6、亂 我看了兩天可能是學(xué)識(shí)補(bǔ)足，實(shí)在頭痛，建議由偏頭痛的朋友 也不用研究下面深?yuàn)W的資料。DB與 dBmdB, dBm意義其實(shí)再簡(jiǎn)單不過(guò)了，就是把一個(gè)很大（后面跟一長(zhǎng)串0的）或者很小（前面有一長(zhǎng)串0的）的數(shù)比較簡(jiǎn)短地表示出來(lái)。它們都是功率增益的單位， 不同之處如下：？1. dB?dB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，純粹的比值，只表示兩個(gè)量的相對(duì)大小關(guān)系，沒(méi)有 單位，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè) dB時(shí)，按下面的計(jì)算公式： 10log （甲功率/乙功率），如果采用兩者的電壓比計(jì)算，要用20log （甲電壓/乙電壓）。？ 例甲功率比乙功率大一倍，那么10lg （甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也

7、就 是說(shuō)，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?dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值（也可以認(rèn)為是以1mV功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值）， 計(jì)算公式為：10log （功率值/1mW 。 ?例如果功率P為1mw折算為dBm后為OdBm ?例對(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為: lOlog (40W/1mw)=10log(40000) =10log4+10log10000=46dBn。?總之，dB是兩個(gè)量之間的比值，表示兩個(gè)量間的相對(duì)大小，而 dBm則是表示功 率絕對(duì)大小的值。在dB，dBm計(jì)算中，要注意基本概念，

8、用一個(gè) dBm減另外一個(gè) dBm時(shí)，得到的結(jié)果是 dB，如：30dBm - 0dBm = 30dB。?一般來(lái)講，在工程中，dBm和dBm之間只有加減，沒(méi)有乘除。而用得最多的是減 法：dBm減dBm實(shí)際上是兩個(gè)功率相除，信號(hào)功率和噪聲功率相除就是信噪比(SNR。dBm加dBm實(shí)際上是兩個(gè)功率相乘。？ dB與 dBm?dB是decibel的縮寫，意即十分之一貝爾(bel)分貝。分貝(dB)是國(guó)際上統(tǒng)一 使用的電信傳輸單位，它是沒(méi)有量綱的對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)單位。？ 在電信技術(shù)領(lǐng)域,為了準(zhǔn)確計(jì)量信號(hào)在電路中各點(diǎn)的功率、電壓和電流等的傳輸變化情況,一般不直接用瓦(W)、伏(V)和安(A)作為測(cè)量單位,而采用“電平

9、”這 樣一個(gè)概念。？ 一個(gè)信號(hào)的大小用相對(duì)于某一基準(zhǔn)值的功率比值、電壓比值或電流比值的對(duì)數(shù)關(guān) 系來(lái)表示,便稱之為“傳輸電平”。分貝就是傳輸電平的單位 ，稱為“傳輸單 位”。用公式可表示為：？D=10lg P1/Po=20lgU1/U0=20lgl1/lo(dB)?其中,下標(biāo)“0”表示參考點(diǎn)的基準(zhǔn)值，下標(biāo)“T表示被計(jì)量點(diǎn)的值。也可以說(shuō)Q 所表示的分貝值是被測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于參考點(diǎn)的“相對(duì)電平”。如果在一個(gè)系統(tǒng)中取定某一量值作為基準(zhǔn)，那么由此所確定的電平值稱為“絕對(duì)電平”。被取定的基 準(zhǔn)值的電平稱為“零電平”。由于在電信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)都是弱信號(hào)，一般功率很小,因而目前世界各國(guó)皆取1毫瓦(1mW為功率基

10、準(zhǔn)值,1毫瓦便稱為“零電 平功率”？ 圖1-23分別以電纜和放大器為例，說(shuō)明傳輸單位分貝的應(yīng)用。上面已經(jīng)提到，分貝是一個(gè)對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)單位。那么,為什么要采用對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)法呢這是 因?yàn)?人們感官所感覺(jué)到聲音響度、光的亮度等的變化，是與有關(guān)量值在變化前后 的比值的對(duì)數(shù)成正比的。也就是說(shuō)，我們的聽覺(jué)器官(耳)和視覺(jué)器官(眼)對(duì)于聲音強(qiáng)度或光的強(qiáng)度的響應(yīng)是符合對(duì)數(shù)規(guī)律的。 增大到2瓦時(shí)，我們并不感到響度也增加了 這個(gè)原因，我們采用像分貝這樣的計(jì)量單位 特性。？例如，當(dāng)揚(yáng)聲器的輸出功率從1瓦1倍,而只增加了 Ig2（=倍。正是由于,更能客觀地反映出人的感官的感覺(jué)此外,采用分貝作為傳輸電平的計(jì)量單位，還可以使工程

11、中的乘除運(yùn)算變成為簡(jiǎn) 單的加減運(yùn)算。例如，在圖1-24所示多級(jí)放大器串接的情況下，要計(jì)算總增益就 只需要將各部分增益求代數(shù)和即可。傳輸單位采用分貝，還便于書寫和記憶。其其中的“ m”即代表毫瓦（mW。DB是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位：dB = 10logX。個(gè)很大（后面跟一長(zhǎng)串0的）或者很小 示出來(lái)。如：?dB的意義其實(shí)再簡(jiǎn)單不過(guò)了，就是把一 （前面有一長(zhǎng)串0的）的數(shù)比較簡(jiǎn)短地表?yè)Q算關(guān)系可通過(guò)查表（見I表）得出。？ 在D=10lgP1/P2（dB） 式中,如果P2取基準(zhǔn)值1毫瓦,那么計(jì)算所得功率電平便 是絕對(duì)功率電平,其單位用dBm來(lái)表示。X = 000 （多少個(gè)了）= lOlgX = 150 dB?X

12、= = lOlgX = -150 dB?dBm 定義的是 miliwatt 。 0 dBm = 10lg1 mw ； ?dBw 定義 watt 。 0 dBw = 10lg1 W = 10lg1000 mw = 30 dBmDB在缺省情況下總是定義功率單位，以10log為計(jì)。當(dāng)然某些情況下可以用信 號(hào)強(qiáng)度（Amplitude ）來(lái)描述功和功率，這時(shí)候就用20log為計(jì)。不管是控制領(lǐng) 域還是信號(hào)處理領(lǐng)域都是這樣。比如有時(shí)候大家可以看到 dBmV的表達(dá)。？在dB, dBm計(jì)算中，要注意基本概念。比如前面說(shuō)的0dBw = 10log1W =10log1000mw = 30dBm又比如，用一個(gè)dBm減

13、另外一個(gè)dBm時(shí)，得到的結(jié)果是 dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。?一般來(lái)講，在工程中，dB和dB之間只有加減，沒(méi)有乘除。而用得最多的是減法： dBm減dBm實(shí)際上是兩個(gè)功率相除，信號(hào)功率和噪聲功率相除就是信噪比（SNR。dBm加dBm實(shí)際上是兩個(gè)功率相乘，這個(gè)已經(jīng)不多見（我只知道在功 率譜卷積計(jì)算中有這樣的應(yīng)用）。dBm乘dBm是什么，1mW的 1mW次方除了同 學(xué)們老給我寫這樣幾乎可以和歌德巴赫猜想并駕齊驅(qū)的表達(dá)式外，我活了這么多年也沒(méi)見過(guò)哪個(gè)工程領(lǐng)域玩這個(gè)。？ dB是功率增益的單位，表示一個(gè)相對(duì)值。當(dāng)計(jì)算 A的功率相比于B大或小多少 個(gè)dB時(shí)，可按公式10 lg A/B計(jì)

14、算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB 。也就是說(shuō)，A的功率比B的功率大3dB;如果A的功率為 46dBm B的功率為40dBm 則可以說(shuō)，A比B大6dB;如果A天線為12dBd, B 天線為14dBd,可以說(shuō)A比B小2dB。?dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的單位，計(jì)算公式為：10lg功率值/1mW例如：如果 發(fā)射功率為ImW，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10 lg 1mW/1mW = 0dBm對(duì) 于 40W勺功率，則 10 lg（40W/1mW）=46dBradB（Decibel，分貝）是一個(gè)純計(jì)數(shù)單位，本意是表示兩個(gè)量的比值大小， 沒(méi)有單 位

15、。在工程應(yīng)用中經(jīng)常看到貌似不同的定義方式（僅僅是看上去不同）。對(duì)于功率，dB = 10*lg（A/B）。對(duì)于電壓或電流，dB = 20*lg（A/B）。此處A, B代表參與比 較的功率值或者電流、電壓值。dB的意義其實(shí)再簡(jiǎn)單不過(guò)了，就是把一個(gè)很大（后面跟一長(zhǎng)串0的）或者很?。ㄇ懊嬗幸婚L(zhǎng)串0的）的數(shù)比較簡(jiǎn)短地表示出來(lái)。如（此處以功率為例）：X =100000 =10八5X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(105) dB= 50 dBX = = 10八-15X(dB) = 10*log(X) dB= 10*log(10-15) dB= -150 dB 一般來(lái)講，在工程中，dB和d

16、B之間只有加減，沒(méi)有乘除。而用得最多的是減法： dBm減dBm實(shí)際上是兩個(gè)功率相除，信號(hào)功率和噪聲功率相除就是信噪比(SNR。比如：30dBm - 0dBm = 1000mW/1mW = 1000 = 30dB dBm 加 dBm 實(shí) 際上是兩個(gè)功率相乘，沒(méi)有實(shí)際的物理意義。在電子工程領(lǐng)域，放大器增益使用的就是 dB (分貝)。放大器輸出與輸入的比 值為放大倍數(shù)，單位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。當(dāng)改用“分貝” 做單位時(shí)，放大倍數(shù)就稱之為增益，這是一個(gè)概念的兩種稱呼。電學(xué)中分貝與放大倍數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi);電壓增益A(l)(dB)=20lg(lo

17、/li) ;電流增益Ap (dB)=10lg( Po/Pi);功率增益分貝定義時(shí)電壓(電流)增益和功率增益的公式不同，但我們都知道功率與電壓、 電流的關(guān)系是P=V2/R=I2*R。采用這套公式后，兩者的增益數(shù)值就一樣了： 10lg Po/Pi=10lg(VoA2/R)/(ViA2/R)=20lg(Vo/Vi) 使用分貝做單位主要有三大好處。(1) 數(shù)值變小，讀寫方便。電子系統(tǒng)的總放大倍數(shù)常常是幾千、幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)，一架收音機(jī)從天線收到的信號(hào)至送入喇叭放音輸出， 一共要放大2萬(wàn)倍左右。 用分貝表示先取個(gè)對(duì)數(shù)，數(shù)值就小得多。？(2) 運(yùn)算方便。放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，總的放大倍數(shù)是各級(jí)相乘。用分貝做單位時(shí)，

18、總增益就是相加。若某功放前級(jí)是 100倍(20dB)，后級(jí)是20倍(13dB)，那么總 功率放大倍數(shù)是100X 20=2000倍，總增益為20dB+ 13dB=33dB (3)符合聽感, 估算方便。人聽到聲音的響度是與功率的相對(duì)增長(zhǎng)呈正相關(guān)的。例如，當(dāng)電功率從瓦增長(zhǎng)到瓦時(shí)，聽到的聲音就響了很多；而從1瓦增強(qiáng)到2瓦時(shí)，響度就差不 太多；再?gòu)?0瓦增強(qiáng)到11瓦時(shí)，沒(méi)有人能聽出響度的差別來(lái)。如果用功率的絕 對(duì)值表示都是1瓦，而用增益表示分別為，3dB和，這就能比較一致地反映出人 耳聽到的響度差別了。您若注意一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，Hi - Fi功放上的音量旋鈕刻度都是標(biāo)的分貝，使您改變音量時(shí)直觀些。分貝數(shù)值中

19、，-3dB和OdB兩個(gè)點(diǎn)是必須了解的。-3dB也叫半功率點(diǎn)或截止頻 率點(diǎn)。這時(shí)功率是正常時(shí)的一半，電壓或電流是正常時(shí)的1/2。在電聲系統(tǒng)中，± 3dB的差別被認(rèn)為不會(huì)影響總特性。所以各種設(shè)備指標(biāo)，如頻率范圍，輸出電 平等，不加說(shuō)明的話都可能有± 3dB的出入。例如，前面提到的頻響10Hz40kHz, 就是表示在這段頻率中，輸出幅度不會(huì)超過(guò)± 3dB,也就是說(shuō)在10Hz和40kHz 這二個(gè)端點(diǎn)頻率上，輸出電壓幅度只有中間頻率段的 （1/）倍了。0dB表示輸出與 輸入或兩個(gè)比較信號(hào)一樣大。分貝是一個(gè)相對(duì)大小的量，沒(méi)有絕對(duì)的量值?？赡?在電平表或馬路上的噪聲計(jì)上也能看到

20、多少dB的測(cè)出值，這是因?yàn)槿藗兘o0dB先定了一個(gè)基準(zhǔn)。例如聲級(jí)計(jì)的 0dB是2X10-4卩b（微巴），這樣馬路上的噪聲 是50dB 60dB就有了絕對(duì)的輕響概念。常用的 0dB基準(zhǔn)有下面幾種：dBFS 以滿刻度的量值為0dB,常用于各種特性曲線上；dBm在600Q負(fù)載上產(chǎn)生 1mW功率（或電壓）為0dB,常用于交流電平測(cè)量?jī)x表上；dBV以1伏為0dB; dB 以1瓦為0dB。一般讀出多少dB后，就不用再化為電壓、聲壓等物理量 值了，專業(yè)人士都能明白。只有在極少數(shù)場(chǎng)合才要折合。這時(shí)只需代入公式： 10A/20（或A/10） X D0計(jì)算即可。A為讀出的分貝數(shù)值，D0為0dB時(shí)的基準(zhǔn)值， 電壓、電

21、流或聲壓用A/20，電功率、聲功率或聲強(qiáng)則用 A/10?，F(xiàn)在您就可以來(lái) 回答本文開頭的問(wèn)題了。第二只音箱在相同輸入時(shí)比第一只音箱響一倍，如果保 持兩只音箱一樣響的話，第二只音箱只要輸入一半功率即可。第一只功放只是很 普通的品種，第二只功放卻很 Hi - Fi，整個(gè)頻率范圍內(nèi)輸出電壓只有±%的差 別!?信噪比,即SNR（ Signal to Noise Ratio）又稱為訊噪比，即放大器的輸出信號(hào)的電壓與同時(shí)輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示。設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來(lái)說(shuō)，信噪比越大，說(shuō)明混在信號(hào)里的噪聲越小， 聲音回放的音質(zhì)量越高，否則相反。信噪比一般不應(yīng)該低于7

22、0dB，高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上。dB和dBm勺含義 對(duì)于無(wú)線工程師來(lái)說(shuō)更常用分貝 dBm這個(gè)單位，dBm單位表示相對(duì)于1毫瓦的分 貝數(shù)以 1mW為基準(zhǔn)的 dB算法，即 0dBm=1mWdBm=10*log（Power/1mW> 為什么要用dBm做單位原因大致有幾個(gè)：1、對(duì)于無(wú)線信號(hào)的衰減來(lái)說(shuō)，不是線性的，而是成對(duì)數(shù)關(guān)系衰減的。用分貝更 能體現(xiàn)這種關(guān)系。2、用分貝做單位比用瓦做單位更容易描述，往往在發(fā)射機(jī)出來(lái)的功率幾十上百 瓦，到了接收端已經(jīng)是以微微瓦來(lái)計(jì)算了。3、計(jì)算方便，衰減的計(jì)算公式用分貝來(lái)計(jì)算只用做加減法就可以了。dBm和dBW之間的關(guān)系是：dBm=10*lg（mW）lW勺功率，換算成dBm就是10X IglOOO =30dBra 2w是33dBm 4W是 36dBm大家發(fā)現(xiàn)了嗎功率每增加一倍， 電平值增加3dBm?1、dBdB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，純粹的比值，只表示兩個(gè)量的相對(duì)大小關(guān)系，沒(méi)有 單位，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)算公式：10log （甲功率/乙功率），如果采用兩者的電壓比計(jì)算，要用 20log （甲電壓/乙電壓）。例甲功率比乙功率大一倍，那么10lg （甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就 是說(shuō)，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