發(fā)射功率和增益詳解

1、發(fā)射功率與增益詳解  2011-09-28 15:31:48|  分類： TEC-Hardware|舉報(bào)|字號(hào) 訂閱本文轉(zhuǎn)載自jason發(fā)射功率與增益詳解無(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（

2、Watts）的線性水準(zhǔn)。增益（dBm） 相對(duì)1毫瓦（Milliwatt）的比例水準(zhǔn)。兩種表達(dá)方式可以互相轉(zhuǎn)換：dBm = 10 x log 功率 mWmW = 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，則：發(fā)射總能量發(fā)射功率（dBm）天線

3、增益（dBi） 20dBm 10dBi 30dBm或者： 1000mW 1W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 功率+3 dB = 2x 功率+6 dB = 4x 功率例如，100mW的無(wú)線發(fā)射功率為20dBm，而50mW的無(wú)線發(fā)射功率為17dBm，而200mW的發(fā)射功率為23dBm。0dbm=0.001w 左邊加10=右邊乘10 所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W 故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40

4、DBM=10W 還有左邊加3=右邊乘2，如40+3DBM=10*2W，即43DBM=20W例如 機(jī)器20W 在400MHZ頻率上 使用30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 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)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

5、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1mW，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；對(duì)于40W的功率,則10 lg(40W/1mW)=46dBm。dB(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，沒有單位。在工程應(yīng)用中經(jīng)?？吹矫菜撇煌亩x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

6、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）或者很小（前面有一長(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 = 105X(dB) = 10*lg(X) dB= 10*lg(105) dB= 50 dBX = 0.000000000000001 = 10-15X(dB) = 10*log(X) dB= 10*log(10-15) dB= -150 dB一般來(lái)講，在工程中，dB和dB之間只有加減，沒有乘除。而用得最多的是減法：dBm 減 dBm 實(shí)際上是兩個(gè)功率相除

7、，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(I)(dB)=20lg(Io/Ii)；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

8、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：10lgPo/Pi=10lg(Vo2/R)/(Vi2/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)，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100

9、×20=2000倍，總增益為20dB13dB=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0.1瓦增長(zhǎng)到1.1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10.4dB，3dB和0.4dB，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)，HiFi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，3dB和0dB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)

10、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0.707(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，沒有絕對(duì)的量值。可您在電平表或馬路上的噪聲計(jì)上也能看到多少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2×104b(

11、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600負(fù)載上產(chǎn)生1mW功率(或0.775V電壓)為0dB，常用于交流電平測(cè)量?jī)x表上；dBV以1伏為0dB；dBW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)×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

12、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HiFi，整個(gè)頻率范圍內(nèi)輸出電壓只有±2.3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 70dB，高保真音箱的信噪比應(yīng)達(dá)到110dB以上。dB和dBm的含義對(duì)于無(wú)線工程師來(lái)說(shuō)更常用分貝dBm

13、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=1mW，dBm=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)1w的功率，換算成dBm就是10×lg100030dBm。2w是33dBm，4W是36dBm大家發(fā)現(xiàn)了

14、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，則甲的功率比乙的功率小3 dB。2、dBi 和dBddBi和dBd是表示天線功率增益的量，兩者都是一個(gè)相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全方向性天線，

15、dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子，所以兩者略有不同。一般認(rèn)為，表示同一個(gè)增益，用dBi表示出來(lái)比用dBd表示出來(lái)要大2.15。例 對(duì)于一面增益為16dBd的天線，其增益折算成單位為dBi時(shí)，則為18.15dBi（一般忽略小數(shù)位，為18dBi）。例 0dBd=2.15dBi。3、dBcdBc也是一個(gè)表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。一般來(lái)說(shuō)，dBc 是相對(duì)于載波（Carrier）功率而言，在許多情況下，用來(lái)度量與載波功率的相對(duì)值，如用來(lái)度量干擾（同頻干擾、互調(diào)干擾、交調(diào)干擾、帶外干擾等）以及耦合、雜散等的相對(duì)量值。 在采用dBc的地方，原則上也可以使用dB替代。4、dBmdBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值（也可以認(rèn)為是以1mW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0dBm。例 對(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10log（40W/1mw）=10log（40000）=10log4+10log10000=46dBm。5、dBw與dBm一樣，dBw是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的單位（也可以認(rèn)為是以1W功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值），計(jì)算公式為：10log（功率值/1w）。dBw與d