dB (Decibel) è la scala più importante e spesso usata nel campo RF, ma è anche comprensibilmente difficile e confusa per qualcuno appena introdotto.

Sfortunatamente, se non riesci a comprendere a fondo questa importante scala, avrai enormi difficoltà a portare avanti la tua spedizione RF.

Affrontare numeri per guadagno, tensione e potenza che mescolano dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, watt, milliwatt, volt, millivolt, ecc., Spesso richiede la conversione avanti e indietro tra valori lineari e valori di decibel.

Ho visto molti giovani compagni di RF che hanno ignorato l'importanza della comprensione del dB, alla fine hanno capito che hanno bisogno di imparare bene questo semplice termine se vogliono andare oltre nel campo RF.

Questo breve tutorial ti aiuterà a chiarire la differenza tra lavorare con i decibel e lavorare con valori lineari.

Nozioni di base sul logaritmo
L'uso dei decibel implica lavorare con i logaritmi, e questa è la minima conoscenza matematica che dovresti avere.

Quindi dobbiamo discutere del logaritmo prima di parlare di dB.

Cominciamo con questa semplice matematica che hai imparato nella scuola media:

Le persone tendono a fare meno errori quando si aggiungono e sottraggono numeri, quindi il vantaggio dei logaritmi è evidente.

Ora esaminiamo questi, per una tabella di registro di base = 10:

Poiché 10 elevato alla potenza di 3 è uguale a 1,000, il logaritmo in base 10 di 1,000 è 3 (log10 (1,000) = 3).

Questa è la legge di base dei logaritmi:

Se a = 10, allora possiamo semplicemente scrivere log (c) = be log (100) = 2, log (1,000) = 3 e così via.

Ora andiamo oltre con un esempio:

Stai progettando un semplice ricevitore come segue:

Per una facile comparazione, lavoreremo prima con valori lineari e tutti i guadagni / perdite sono legati alla "tensione".

* Guadagno dell'antenna: 5.7
* Guadagno amplificatore a basso rumore (LNA): 7.5
* Guadagno del mixer: 4.6
* Guadagno / perdita filtro IF: 0.43
*Guadagno dell'amplificatore IF: 12.8
* Guadagno del demodulatore: 8.7
* Guadagno dell'amplificatore audio: 35.6

Il guadagno totale in valore lineare dall'antenna all'uscita dell'amplificatore audio dell'ultimo stadio è:

Sarebbe molto difficile ricordare questi numeri ma, sfortunatamente, è necessario gestire molti numeri nel campo RF. Quindi dobbiamo trovare un modo più semplice per affrontarli.

Ora facciamo un percorso più semplice usando lo stesso ricevitore. Invece di usare valori lineari, li trasferiamo nei logaritmi.

* Guadagno antenna: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Guadagno dell'amplificatore a basso rumore: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Guadagno del mixer: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* Guadagno / perdita filtro IF: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Guadagno amplificatore IF: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Guadagno demodulatore: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Guadagno amplificatore audio: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Guadagno totale: 335,229.03 (log 335,229.03 = 5.53)

Il guadagno totale, 335,229.03 in valore lineare, è pari a 5.53 se trasferito al logaritmo.

Invece di utilizzare le moltiplicazioni, è possibile sommare quei singoli guadagni per ottenere il guadagno totale, dopo essere stati trasferiti prima nei logaritmi, con un valore molto più piccolo e più breve. Non è molto più facile da calcolare e ricordare?

L'unico problema che potrebbe non piacerti è che devi acquisire familiarità con il calcolo del logaritmo ma, credimi, sarai presto abbastanza bravo con questa potente funzione e ti divertirai ad usarlo ogni giorno.

Non tentare mai di evitarlo se si è seriamente intenzionati a lavorare nel campo RF.

È un dato di fatto, non userete più valori lineari tanto una volta che lavorate nel campo RF per 1 o 2 anni.

L'unica cosa che userete è 'dB'.

Nozioni di base dB
Continuiamo a questo utile termine 'dB', qualcosa che userai ogni momento quando lavori su progetti RF.

Guadagno di tensione in dB:
Dobbiamo parlare separatamente del guadagno di tensione e del guadagno di potenza e metterli insieme per vedere se sono la stessa cosa.

Cominciamo prima con il guadagno di tensione:

Un decibel (dB) è definito come 20 volte il logaritmo in base 10 di un rapporto tra due livelli di tensione Vout / Vin (guadagno di tensione, in altre parole).

Tutti i guadagni maggiori di 1 sono quindi espressi come decibel positivi (> 0) e i guadagni inferiori a 1 sono espressi come decibel negativi (<0).

Troviamo il guadagno in dB per il precedente esempio di ricevitore.

*Guadagno antenna: 5.7 (20 log 5.7 = 15.1)
* Guadagno dell'amplificatore a basso rumore: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Guadagno del mixer: 4.6 (20 log 4.6 = 13.3)
* Guadagno / perdita filtro IF: 0.43 (20 log 0.43 = -7.3)
* Guadagno amplificatore IF: 12.8 (20 log 12.8 = 22.1)
*Guadagno demodulatore: 8.7 (20 log 8.7 = 18.8)
* Guadagno amplificatore audio: 35.6 (20 log 35.6 = 31.0)
* Guadagno totale: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Ancora una volta, è possibile sommare quei singoli guadagni per ottenere il guadagno totale in dB.

Guadagno di potenza in dB:

Prima di parlare del guadagno di potenza in dB dobbiamo conoscere la relazione tra tensione e potenza.

Sappiamo tutti, per un'onda sinusoidale V volt applicata a un carico resistivo R ohm,

La maggior parte dei circuiti RF utilizza 50 ohm come impedenza di carico e sorgente, quindi se la tensione attraverso il resistore è 7.07 V (rms), allora

Pertanto, il guadagno di potenza è proporzionale al quadrato del guadagno di tensione, ad esempio se il guadagno di tensione è 5, allora il guadagno di potenza sarebbe 25 e così via.

Di seguito possiamo definire il guadagno di potenza in dB:

Un decibel (dB) è definito come 10 volte il logaritmo in base 10 di un rapporto tra due livelli di potenza Pout / Pin (guadagno di potenza, in altre parole).

Confuso con i valori dB tra guadagno di tensione e guadagno di potenza? Le cose diventeranno chiare se continui a leggere.

Torniamo a vedere di nuovo l'esempio precedente:

* Guadagno dell'antenna: 5.7
* Guadagno amplificatore a basso rumore (LNA): 7.5
* Guadagno del mixer: 4.6
* Guadagno / perdita filtro IF: 0.43
*Guadagno dell'amplificatore IF: 12.8
* Guadagno del demodulatore: 8.7
* Guadagno dell'amplificatore audio: 35.6

Tutti gli utili / perdite sono correlati alla "tensione". Il valore lineare della tensione dell'antenna è di nuovo 5.7 (15.1 dB) e il guadagno di potenza sarebbe:

!! Il guadagno di tensione è esattamente uguale al guadagno di potenza in dB.

Quindi possiamo riscrivere di nuovo questo esempio con tutti gli utili / perdite lineari trasferiti alla "potenza":

* Guadagno antenna: 32.49 (15.1 dB)
* Guadagno dell'amplificatore a basso rumore: 56.25 (17.5 dB)
* Guadagno del mixer: 21.16 (13.3 dB)
* Guadagno / perdita filtro IF: 0.18 (-7.3 dB)
* Guadagno amplificatore IF: 163.84 (22.1 dB)
* Guadagno demodulatore: 75.69 (18.8 dB)
* Guadagno amplificatore audio: 1267.36 (31.0 dB)
* Guadagno totale: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

Tuttavia, l'unico motivo per cui è possibile utilizzare il guadagno di tensione è perché è possibile misurare facilmente la tensione utilizzando l'oscilloscopio, ma non è pratico misurare la tensione quando la frequenza radio è superiore a 500 MHz.

Perché potresti avere problemi di precisione usando l'oscilloscopio per misurare le frequenze radio.

Non sto dicendo che l'oscilloscopio non sia utile, ho appena detto che non misuro la tensione RF usando l'oscilloscopio se non c'è un motivo specifico per questa necessità.

Oltre il 90% delle volte, utilizzo l'analizzatore di spettro per misurare il segnale RF.

Questo è un argomento per un altro post.

Un valore di guadagno visualizzato nel foglio dati è sempre correlato al guadagno di potenza in dB, non a un guadagno di tensione o valore lineare.

Riassumeremo questo articolo con un semplice esempio:

Un amplificatore con un guadagno di 15 dB:

Da 15 dB = 10log (Pout / Pin)
Il guadagno di potenza in valore lineare è:

Pout / Pin = 10 (15/10) = 31.62
E da 15 dB = 20log (Vout / Vin)
Il guadagno di tensione in valore lineare è:

Vout / Vin = 10 (15/20) = 5.62
E, 5.622 = 31.62

Spero che tu abbia imparato qualcosa da questo articolo. Se già sapevi chiaramente tutto ciò che ho menzionato qui, allora, congratulazioni, sei sulla strada giusta per il campo RF.

Se sei ancora confuso dopo aver letto questo articolo per un paio di volte, non preoccuparti, non sei solo, fai un respiro profondo e leggilo di nuovo passo dopo passo, o torna indietro dopo aver letto più articoli da questo blog.

Prima o poi padroneggi 'dB' senza alcuna difficoltà.

Di seguito alcune immagini che ritengo possano essere utili: