您知道分贝(Decibel)术语吗：射频工程师的分贝(dB)指南

在射频设计和测试中了解分贝(Decibel，dB)及其各种说法。

像所有科学学科和子学科一样，RF（射频）工程涉及相当多的专业术语。 在RF（射频）领域工作时，您需要使用的最重要的单词之一是“ dB”（及其某些变体版本的其它说法）。 如果您在RF（射频）项目中有根深蒂固地参与，则可能会发现“ dB”一词与您自己的名字一样熟悉。

您可能知道，dB代表分贝。 它是一个对数单位，提供了一种方便的方式来引用比率，例如输入信号和输出信号的幅度之间的比率。

我们不会介绍分贝的一般细节， 相反，我们将专注于RF系统特定环境中的分贝(Decibel，dB)的实际应用方面的知识。

相对而非绝对

容易忘记dB是一个相对单位。 您不能说“输出功率是10 dB。”

电压是绝对的量度单位，因为我们总是说电位差，即两点之间的电位差; 通常，我们指的是一个节点相对于0 V接地节点的电位。 电流也是绝对测量单位，因为单位（安培，amperes）涉及特定时间量的特定电荷量。 相反，dB是一个涉及两个数字之比的对数的单位。 一个简单的例子就是放大器增益：如果输入信号的功率为1 W，输出信号的功率为5 W，则这个比率为5：

因此，该放大器提供了7 dB的功率增益-即，输出信号强度与输入信号强度之间的比率可以表示为7 dB。

为什么要用dB？

在不使用dB的情况下设计和测试RF系统当然是可能的，但实际工程应用中dB随处可见。一个优点是dB刻度允许我们不用很大的数字就能表达非常大的比率：例如1,000,000的功率增益仅为60 dB。同样，信号链的总增益或损耗很容易在dB域中计算，因为只需将各个dB数字相加即可（而如果使用普通的十进制比率数值，则需要相乘）。

另一个优势是我们从滤波器的经验中熟悉的东西。 RF（射频）系统包括围绕着频率以及由组件和寄生电路元件产生，控制或影响频率的各种方式。在这种情况下，dB标度很方便，因为当频率轴使用对数标度而幅度轴使用dB标度时，频率响应图清楚且直观。

波特图显示了不同带通滤波器的幅度响应。图片由AnalogDialogue提供

当dB为绝对值时

我们已经确定dB是一个比率，因此无法描述信号的绝对功率或幅度。但是，不断地在dB和非dB值之间来回切换是很尴尬的，也许这就是RF工程师经常也会采用dBm单位的原因。

我们可以通过简单地创建一个始终包含参考值的新单位来避免“只有比率”的应用问题。在dBm的情况下，这个参考值为1 mW。因此，如果我们有一个5 mW的信号，并且希望继续待在射频工程师熟悉的dB的领域内，则可以将该信号描述为具有7 dBm的功率：

您一定要熟悉dBm的概念，因为这是现实生活中的射频系统开发中使用的标准单位，例如，在计算链路预算时，它非常方便，因为以dB表示的增益和损耗可以简单地与以dBm表示的输出功率之间相加或相减来得到。

还有一个dBW单位。它使用1 W作为参考值，而不是1 mW。如今，大多数RF工程师正在设计和使用功率相对较低的射频系统，这也许可以解释为什么dBm更常见的原因。

更多dB的变体单位

另外两个基于dB的单位是dBc和dBi。

dBc使用载波信号的强度作为参考，而不是固定值（例如1 mW）为参考。例如，相位噪声以dBc / Hz为单位来报告：该单位的第一部分表示相对于载波功率正在测量特定频率下的相位噪声功率（在这种情况下，“载波”是指标称频率下的信号强度）。

理想的点源天线从发射机电路接收一定量的能量，并在所有方向上均等地辐射。这些“各向同性”天线被认为具有零增益和零损耗。

但是，可以将其他天线设计为能将辐射能量集中在某些特定的方向上，从这个意义上说，天线可以是具有“增益（gain）”的。该天线实际上并未向信号增加功率，但是它通过集中电磁辐射来等效地增加了发射功率。根据通信系统的方向（显然，当天线设计人员知道发射机和接收机之间的空间对应关系时，这更为实用）。

图片来自蒂莫西·卡特尔（Timothy Truckle）。在这里，您可以看到辐射能量的不均匀分布

dBi单元允许天线制造商指定使用广受欢迎的dB刻度的“增益”数字。与往常一样，在使用dB时，我们需要一个比率；在dBi的情况下，天线增益是根据各向同性天线的增益给出的。

某些天线（例如带有抛物线形天线的天线）具有显著的增益，因此它们可以对RF系统的覆盖范围或性能做出不小的贡献。

总结

1、dB标度是一种表示两个量之比的方法。它方便且广泛地用于RF设计和测试环境中。

2、尽管dB数值本质上是相对的，但绝对数量可以通过使用标有标准参考值的单位通过dB标度来表示。

3、最常见的绝对dB单位是dBm。它传达的相对信号的dB功率约为1 mW。

4、dBc单位表示相对于相关信号载波功率的功率。

5、dBi单位表示相对于理想点源全向天线响应的天线增益。

通信入门科普：dB的故事

本文来源：无线深海

dB是什么

在移动通信领域，目前最火的话题是5G。

关于5G的讨论一片热火，反映了大家对这个新时代的无限憧憬。

然而，对于一些通信最基本的，习以为常的概念，探究起来仍然饶有趣味。

这不，问题来了：

dB到底是啥意思？

关于dB，最直接的解释就是：两个功率的比值取对数之后再乘以10，下面公式中的Log就表示取对数的意思。然而这样解释既拗口又难以理解。

dB的计算公式

比如，想知道一个100比5大多少，直接说100是5的20倍就行了，为什么还要费这么大劲，非要取个对数呢？

另外，为什么这个值叫“dB”而不叫其他名字？

正所谓空穴来风，必有其因，我们先暂且绕远一点，先从对数的本质说起。

对数的本质

给我空间、时间及对数，我就可以创造一个宇宙。

——伽利略

话说在500年前，随着奥斯曼帝国的崛起和拜占庭的灭亡，大量人才带着古希腊罗马典籍来到西欧，文艺复兴时代揭开序幕。

除了文艺复兴，这还是一个科学大发现的时代。

哥白尼公布了“日心说”，证明了地球绕着太阳转的事实；伽利略创制了天文望远镜，发现了月球山岭、土星光环以及太阳黑子等现象，还推算出了太阳的自转周期。

天文学的蓬勃发展，对大规模数学计算的需求非常迫切。数学这样一个基础学科，也在需求的驱动之下迅速发展。

1544年，德国数学家斯蒂菲尔写了一本叫做《整数的算术》的书，在这本书中他应用“一一对应”的方法几乎造就了一座数学丰碑。

斯蒂菲尔（1487-1567）

斯蒂菲尔在书中写道：“关于整数的这些奇妙性质，可以写成整本整本的书！”下面就是他书中列出的两列数字：

两列数字（X列为“代表数”，Y列为“原数”）

可以看出：

Y列其实就是通项公式为2的n次方的等比数列（n为整数），他称其为“原数”；

X列则是一个由整数构成的等差数列，他称其为“代表数”。

他发现：

两个“原数”相乘等于“代表数”相加后得到的“代表数”所对应的“原数”；

两个“原数”相除等于“代表数”相减后得到的“代表数”所对应的“原数”。

也就是说，利用这两列数可以把较为复杂的乘除法变成较为简单的加减法，大大提高计算的效率。

其实，在我们看来，这个结论没有什么神奇之处，因为所谓的“代表数”其实就是“原数”以2为底的对数。但是在当时，这种计算方法思想是开创性的。

比如说，想要计算128和32768的乘积，我们可以查这个表：

1、128对应的“代表数”是7，32768对应的“代表数”是15。

2、计算加法：7+15=22。

3、再查表可得22对应的“原数”为4194304。大功告成！

只需查表之后做加法，然后再查表就搞定了。

这里最大的问题是：都知道查表快，这个表是从哪里来的？

时代的使命，召唤重量级人物的出场。

这位大师就是：英国人约翰·纳皮尔。

约翰·纳皮尔（1550-1617）

纳皮尔是一位数学家、物理学家兼天文学家。他在计算各种行星轨道数据时，也被浩瀚的计算量所折磨，因此非常痛恨这些乏味的重复性工作。

为了解决这一问题，他用了20年的时间，进行了数百万次的计算，发明了对数和对数表。从此之后，天文数字的乘除计算，只需要查表，做加减法，再查表就搞定了。

1614年，纳皮尔在英国爱丁堡出版了《奇妙的对数定律说明书》中首次提出了对数的概念:

看起来在数学实践中，最麻烦的莫过于大数字的乘法、除法、开平方和开立方，计算起来特别费事又伤脑筋，于是我开始构思有什么巧妙好用的方法可以解决这些问题。

这个不想做重复工作的人坚持不懈地做了20年重复性工作。他的努力为后人减少了大量的重复性工作，大大减少了数学家、天文学家的计算量。

这在天文学界算得上是一项伟大的发明，我们来看看名人们对其的评价就能知道对数发明的划时代意义。

对数的发现，因其节省劳力而延长了天文学家的寿命。

——拉普拉斯

对数的发明、解析几何的创始和微积分的建立是17世纪数学的三大成就。

——恩格斯

由此可见，对数最初的意义，就是用较小数值的加减法来代替天文数字的乘除法，达到简化计算的目的。

dB和它的朋友们

电话这个划时代的发明深刻地改变了我们的生活方式。贝尔，作为电话的发明者，也成为了是一位备受尊敬的百万富翁科学家和企业家。

贝尔（1847-1922）

上个世纪的通信工程师们通过实验发现，电话线越长信号衰减越厉害、信号越弱，这衰减量也是无比巨大的天文数字，那怎么来比较方便地表示衰减量呢？

这些聪明的工程师自然而然地想到了对数。

为了纪念贝尔，他们决定用贝尔的名字来命名信号的衰减或者增强的多少：

Bel=Log(输入信号的功率/输出信号的功率)

在使用中，他们发现这个单位太大，不是很实用，所以就把Bel这个单位缩小了1/10。

因为1/10的英文是deci，所以新引入了一个单位deciBel，我们一般把它简写为dB，这就是dB的由来。

dB的计算公式

另外，dB在中文中被翻译为分贝，但大多数人还是习惯读写都用dB。

dB的使用

一经创造，dB在射频和无线通信领域得到了及其广泛的使用。

在实际的使用中，其实直接使用dB即可，大家都已经非常习惯了，不必再进行转换。

但是，记住下面几个转换方式还是非常有用的：

+3dB是指增加为2倍大

+10dB是指增加为10倍大

-3dB是指减小到1/2

-10dB是指减小到1/10

另外，dB是基于对数的，因此只能加减，不能乘除。

下面我们做一道题，热个身：

如果一路信号经过了功率放大器，功率增强为原先的40000倍，那么增益是多少dB？

首先将40000分解为如下的最小因数：

40000=10x10x10x10x2x2

现在可以因数替换成简单的dB加法：

40000=10dB+10dB+10dB+10dB+3dB+3dB=46dB

可见，通过对数和dB，我们把40000这样的大数，转化成了46dB这样较小的数值，方便计算和描述。

理解了如何转换之后，下面要做的就是忘记它。因为在通信世界里通常只需要处理dB，只需要简单地加加减减就够了。

理解了dB表征的是一个值相对于另一个的大小这一含义之后，随着对比参照物的不同，dB的一大帮伙伴也诞生了。

看着一大家子好不热闹，除了dB外包含：dBm，dBi，dBd，dBc等等。

dBm

dBm的直接含义就是功率相对1毫瓦的大小。计算方式和dB是完全一样的：

dBm=10*Log(P功率值/1毫瓦)

0dBm=1毫瓦

10dBm=10毫瓦

30dBm=1000毫瓦=1瓦

40dBm=10000毫瓦=10瓦

下面我们再来做一道题，加深理解：

如果一路信号的发射功率是20瓦，功率衰减为原先的一亿分之一，那么最后的功率是多少dBm？

首先将20瓦转换成dBm。

因为10瓦是40dBm，20瓦是10瓦的2倍，根据+3dB是指增加为2倍大的算法：

20瓦=43dBm

然后再将一亿转换成dB。

10*Log(100000000)=10*8=80dB

因此，可以得出，20瓦，功率衰减为原先的一亿分之一之后：

43dBm-80dB=-37dBm

现在就可以直接说：发射功率为43dBm，衰减80dB之后，功率为-37dBm。

是不是比用一亿分之一这样的大数字计算要方便一些？这里的举例还用的都比较是简单的数字，

如果是衰减为81234609040分之一呢？

dBi和dBd

dBi和dBd均用于表达天线的增益，两者都是一个相对值，只是其参考的基准不一样。

dBi的参考基准为全方向性天线：

全方向性天线

dBd的参考基准为偶极子，因此两者的值略有不同，同一增益用dBi表示要比用dBd表示大2.15。

偶极子

dBc

一般来说，dBc是相对于载波功率而言的，是一个用来度量与载波功率比干扰大多少的相对值，如度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰和带外干扰）、耦合、杂散等相对量值，在采用dBc的地方，原则上都可以使用dB替代。

好了，关于dB的故事就到这里。

dB的介绍到此结束

—END—

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