發(fā)射功率與增益詳解

1、發(fā)射功率與增益詳解2011-09-28 15:31:48|分類：TEC-Hardware|舉報|字號訂閱本文轉(zhuǎn)載自jason發(fā)射功率與增益詳解無線電發(fā)射機輸出的射頻信號，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達接收地點后，由天線接收下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機。因此在無線網(wǎng)絡(luò)的工程中，計算發(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）的簡稱。無線電波的發(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量標準：功率（W） 相對1瓦（Watts）的線性水準。增益（dBm） 相對1毫瓦（Milliwatt）

2、的比例水準。兩種表達方式可以互相轉(zhuǎn)換：dBm = 10 x log 功率 mWmW = 10 增益 dBm / 10 dBm在無線系統(tǒng)中，天線被用來把電流波轉(zhuǎn)換成電磁波，在轉(zhuǎn)換過程中還可以對發(fā)射和接收的信號進行“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）天線增益（dBi） 20dBm 10dBi 30dBm或者： 1000mW

3、1W在“小功率”系統(tǒng)中每個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的無線發(fā)射功率為20dBm，而50mW的無線發(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 40DBM=10W還有左邊加3=右邊乘2，如40+3DBM=10*2W，即43DBM=20W例如 機

4、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=43DB30米50-7損耗 一米小于0.09 按照最大值0.09*30=2.7DB43DB-2.7DB=40.3DB天線增益16DBi+40.3DB=56.3DB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看發(fā)射狀態(tài)。當你的機器20W的時候增益43DB，40W的時候46DB 60W的時候49DB反過來說當功率損失一半的時候 也剛剛損失了3個DB，對信號傳播影響不是特別大。但是光看功率的話已經(jīng)少了一半會認為傳播能力也小了一半，所以在這里看功率是相當錯誤的。饋線損耗的3DB

5、到了天線部分又得到了提升，當你的天線是16DBi的時候，小功率電臺的傳播能力遠遠超出了使用大功率電臺小天線，這也是很多朋友使用手臺加饋線棒桿天線效果也不錯的現(xiàn)象。如果真的那么在意功率不如做個試驗，發(fā)射機輸出端不接同軸電纜，而是接380V動力用電纜，同樣的米數(shù)，動力電纜的損耗一定很小，因為功率=電流*電壓，動力電纜內(nèi)阻小 在電纜上分擔的電壓就小 功率損耗就小，但是高頻信號是肌膚效應(yīng)傳播，動力電纜根本無法傳到高頻信號 損失將是相當大的，可以說有點常識的朋友都知道動力電纜無法做饋線，從這一點也證明了單單看功率是完全錯誤的。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，有不對的地方還請大家指出日后修

6、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 看下面會越看越亂 我看了兩天可能是學識補足，實在頭痛，建議由偏頭痛的朋友也不用研究下面深奧的資料。DB與dBmdB，dBm 意義其實再簡單不過了，就是把一個很大（后面跟一長串0的）或者很?。ㄇ懊嬗幸婚L串0的）的數(shù)比較簡短地表示出來。它們都是功率增益的單位，不同之處如下：1. dBdB是一個表征相對值的值，純粹的比值，只表示兩個量的相對大小關(guān)系，沒有單位，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面的計算公式：10log（甲功率/乙功率），如果采用兩者的電壓比計算，要用20log（甲電壓/乙電壓）。例

7、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，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. dBmdBm是一個表示功率絕對值的值（也可以認為是以1mW功率為基準的一個比值），計算公式為：10log（功率值/1mw）。例 如果功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。例 對于40W的功率，按dBm單位進行折算后的值應(yīng)為：10log（40W/1mw)=10log（40000）=10log4+10log10000=46dBm。總之，dB是兩個量之間的比值，表示兩個量間的相對大小，而dBm則是表示功率絕對大

8、小的值。在dB，dBm計算中，要注意基本概念，用一個dBm減另外一個dBm時，得到的結(jié)果是dB，如：30dBm - 0dBm = 30dB。一般來講，在工程中，dBm和dBm之間只有加減，沒有乘除。而用得最多的是減法：dBm 減 dBm 實際上是兩個功率相除，信號功率和噪聲功率相除就是信噪比（SNR）。dBm 加 dBm 實際上是兩個功率相乘。dB與dBmdB是decibel的縮寫,意即十分之一貝爾(bel)分貝。分貝(dB)是國際上統(tǒng)一使用的電信傳輸單位,它是沒有量綱的對數(shù)計數(shù)單位。在電信技術(shù)領(lǐng)域,為了準確計量信號在電路中各點的功率、電壓和電流等的傳輸變化情況,一般不直接用瓦(W)、伏(V)

9、和安(A)作為測量單位,而采用“電平”這樣一個概念。一個信號的大小用相對于某一基準值的功率比值、電壓比值或電流比值的對數(shù)關(guān)系來表示,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=10lgP1/Po=20lgU1/U0=20lgl1/lo(dB)其中,下標“0”表示參考點的基準值,下標“1”表示被計量點的值。也可以說,D所表示的分貝值是被測量點相對于參考點的“相對電平”。如果在一個系統(tǒng)中取定某一量值作為基準,那么由此所確定的電平值稱為“絕對電平”。被取定的基準值的電平稱為“零電平”。由于在電信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柖际侨跣盘?一般功率很小,因而目前世界各國皆取1毫

10、瓦(1mW)為功率基準值,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,說明傳輸單位分貝的應(yīng)用。上面已經(jīng)提到,分貝是一個對數(shù)計數(shù)單位。那么,為什么要采用對數(shù)計數(shù)法呢?這是因為,人們感官所感覺到聲音響度、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數(shù)成正比的。也就是說,我們的聽覺器官(耳)和視覺器官(眼)對于聲音強度或光的強度的響應(yīng)是符合對數(shù)規(guī)律的。例如,當揚聲器的輸出功率從1瓦增大到2瓦時,我們并不感到響度也增加了1倍,而只增加了lg2(=0.3)倍。正是由于這個原因,我們采用像分貝這樣的計量單位,更能客觀地反映出人的感官的感覺特性。此外,采用分貝作為傳輸電平的計量單位,還

11、可以使工程中的乘除運算變成為簡單的加減運算。例如,在圖1-24所示多級放大器串接的情況下,要計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。其換算關(guān)系可通過查表(見I表)得出。在D=10lgP1/P2(dB)一式中,如果P2取基準值1毫瓦,那么計算所得功率電平便是絕對功率電平,其單位用dBm來表示。其中的“m”即代表毫瓦(mW)。DB 是一個純計數(shù)單位：dB = 10logX。dB的意義其實再簡單不過了，就是把一個很大（后面跟一長串0的）或者很?。ㄇ懊嬗幸婚L串0的）的數(shù)比較簡短地表示出來。如：X = 1000000000000000（多少個了？）= 10lgX

12、= 150 dBX = 0.000000000000001 = 10lgX = -150 dBdBm 定義的是 miliwatt。 0 dBm = 10lg1 mw；dBw 定義 watt。 0 dBw = 10lg1 W = 10lg1000 mw = 30 dBm。DB在缺省情況下總是定義功率單位，以 10log 為計。當然某些情況下可以用信號強度（Amplitude）來描述功和功率，這時候就用 20log 為計。不管是控制領(lǐng)域還是信號處理領(lǐng)域都是這樣。比如有時候大家可以看到 dBmV 的表達。在dB，dBm計算中，要注意基本概念。比如前面說的 0dBw = 10log1W = 10log

13、1000mw = 30dBm；又比如，用一個dBm 減另外一個dBm時，得到的結(jié)果是dB。如：30dBm - 0dBm = 30dB。一般來講，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 實際上是兩個功率相除，信號功率和噪聲功率相除就是信噪比（SNR）。dBm 加 dBm 實際上是兩個功率相乘，這個已經(jīng)不多見（我只知道在功率譜卷積計算中有這樣的應(yīng)用）。dBm 乘 dBm 是什么，1mW 的 1mW 次方？除了同學們老給我寫這樣幾乎可以和歌德巴赫猜想并駕齊驅(qū)的表達式外，我活了這么多年也沒見過哪個工程領(lǐng)域玩這個。dB是功率增益的單位，表示一個相對值。當計算A

14、的功率相比于B大或小多少個dB時，可按公式10 lg A/B計算。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，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，A比B大6dB；如果A天線為12dBd，B天線為14dBd，可以說A比B小2dB。dBm是一個表示功率絕對值的單位，計算公式為：10lg功率值/1mW。例如：如果發(fā)射功率為1mW，按dBm單位進行折算后的值應(yīng)為：10 lg 1mW/1mW = 0dBm；對于40W的功率,則10 lg(40W/1mW)=46dBm。dB(Decibel，分貝) 是一個純

15、計數(shù)單位，本意是表示兩個量的比值大小，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）。對于功率，dB = 10*lg(A/B)。對于電壓或電流，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的意義其實再簡單不過了，就是把一個很大（后面跟一長串0的）或者很?。ㄇ懊嬗幸婚L串0的）的數(shù)比較簡短地表示出來。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= 1

16、0*log(10-15) dB= -150 dB一般來講，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 實際上是兩個功率相除，信號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 實際上是兩個功率相乘，沒有實際的物理意義。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。當改用“分貝”做單位時，放大倍數(shù)就稱之為增益，這是一個概念的兩種稱呼。電學中分貝與放大倍數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：A(V)(

17、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：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、幾萬甚至幾十萬，一架收音機從天線收到的信號至送入喇叭放音輸出，一共要放大2萬倍左右。用分貝表示先取個對數(shù)，數(shù)值就小得多。（2）運算方便。放大器級

18、聯(lián)時，總的放大倍數(shù)是各級相乘。用分貝做單位時，總增益就是相加。若某功放前級是100倍(20dB)，后級是20倍(13dB)，那么總功率放大倍數(shù)是10020=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增長呈正相關(guān)的。例如，當電功率從0.1瓦增長到1.1瓦時，聽到的聲音就響了很多；而從1瓦增強到2瓦時，響度就差不太多；再從10瓦增強到11瓦時，沒有人能聽出響度的差別來。如果用功率的絕對值表示都是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。您若注意一下就會發(fā)現(xiàn)，HiFi功放上的音量

19、旋鈕刻度都是標的分貝，使您改變音量時直觀些。分貝數(shù)值中，3dB和0dB兩個點是必須了解的。3dB也叫半功率點或截止頻率點。這時功率是正常時的一半，電壓或電流是正常時的1/2。在電聲系統(tǒng)中，3dB的差別被認為不會影響總特性。所以各種設(shè)備指標，如頻率范圍，輸出電平等，不加說明的話都可能有3dB的出入。例如，前面提到的頻響10Hz40kHz，就是表示在這段頻率中，輸出幅度不會超過3dB，也就是說在10Hz和40kHz這二個端點頻率上，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比較信號一樣大。分貝是一個相對大小的量，沒有絕對的量值。可您在電平表或馬路上的噪聲計上也能

20、看到多少dB的測出值，這是因為人們給0dB先定了一個基準。例如聲級計的0dB是2104b(微巴)，這樣馬路上的噪聲是50dB、60dB就有了絕對的輕響概念。常用的0dB基準有下面幾種：dBFS以滿刻度的量值為0dB，常用于各種特性曲線上；dBm在600負載上產(chǎn)生1mW功率(或0.775V電壓)為0dB，常用于交流電平測量儀表上；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)場合才要折合。這時只需代入公式：10A/20(或A/10)D0計算即可。A為讀出的分貝數(shù)值，D0為0dB時的基準值，電壓、電流或聲壓用A/2

21、0，電功率、聲功率或聲強則用A/10。現(xiàn)在您就可以來回答本文開頭的問題了。第二只音箱在相同輸入時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的電壓與同時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。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，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)達到110dB以上

22、。dB和dBm的含義對于無線工程師來說更常用分貝dBm這個單位，dBm單位表示相對于1毫瓦的分貝數(shù)以1mW 為基準的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：1、對于無線信號的衰減來說，不是線性的，而是成對數(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)射機出來的功率幾十上百瓦，到了接收端已經(jīng)是以微微瓦來計算了。3、計算方便，衰減的計算公式用分貝來計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10lg100030dBm。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3dBm1、dBdB是一個表征相對值的值，純粹的比值，只表示兩個量的相對大小關(guān)系，沒有單位，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10log（甲功率/乙功率），如果采用兩者的電壓比計算，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，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