Скрізь згадується, але ніхто до ладу не знає, що це таке

Коротка інструкція

Децибел (dB) – логарифмічна одиниця вимірів, що виражає значення фізичної величини щодо заданого чи передбачуваного відлікового (контрольного) рівня. Оскільки ця одиниця відбиває співвідношення двох величин з однією й тією ж одиницею вимірів, це – безрозмірна одиниця.

Звернемо увагу на те, що для характеристик чогось зазвичай застосовують саме децибели, оскільки один децибел = 1/10 біл (В), що суттєво полегшує процедури вимірювань та аналізів.

В інженерії та наукових дослідженнях застосування одиниць вимірювань децибел дуже зручне, особливо в акустиці та електроніці. Такий підхід надає цілу низку переваг, наприклад, можливість оперувати дуже великими або маленькими величинами, а також проводити логарифмічне масштабування, яке відповідає людському сприйняттю, наприклад, звуку або світла, крім того, задіюється алгоритм множення коефіцієнтів через прості операції складання або віднімання. Децибел – інструмент, з якого ми можемо трансформувати «лінійний світ» в «логарифмічний світ». Таким чином, ми стаємо здатними сприймати великі та маленькі величини через їх перетворення на значення, з якими значно простіше працювати. Наприклад, замість 0,0007V ми можемо застосувати 56,9 dBuv. Проведемо різницю між терміном «децибел» і «відносний децибел», у своїй необхідно пам'ятати, що ці параметри відносні і різницю між ними ми побачимо нижче.

Параметр dB – що це таке?

Як було зазначено, dB – відносна характеристика між двома величинами, виражена логарифмічним методом представлення. Давайте розглянемо низку прикладів:

Рисунок 1 : лінійний світ, логарифмічний світ

На цьому прикладі ми можемо бачити підсилювач, який посилює сигнал у 80 разів. «Логарифмічною» мовою це звучить так: «підсилювач з коефіцієнтом посилення 38dB». Дуже важливо звернути увагу на те, що коли ми працюємо з напругою, виникає фактор (множник) 20, який буде іншим, при вимірюваннях потужності.

Рисунок 2 : лінійний світ, логарифмічний світ

У цьому прикладі ми розглядаємо вплив опору, а чи не посилення, яке послаблює наш сигнал на коефіцієнт 0.05. Якщо провести розрахунки, скільки сигнал був ослаблений із застосуванням параметра dB, можна констатувати, що рівень сигналу був знижений на 26dB. Зверніть увагу на мінусове значення. Іншими словами, щодо входу ми маємо сигнал із мінусовим значенням 26 dB (- 26dB).

На закінчення, можна зробити висновок, що dB є логарифмічним способом вираження посилення або згасання сигналу щодо точки вимірювання (“У мене сигнал вище на 30dB на виході підсилювача, ніж на його вході”) або позначення тимчасової варіації сигналу (“Присутні згасання в каналі, оскільки хвилину тому я мав сигнал менший на 1.8 dB»).

Параметр dBuV. Що це?

Настав час уявити дуже часто використовувану величину у світі антен, dBuV. Ця величина має відносний характері і порівнюється з 1uV (0,000001V). dBuV застосовується у тих випадках, коли потрібно виразити кількісний показник рівня сигналу в одній точці. Наприклад, "на виході антени у мене 40dBuV в каналі 48UHF". У цьому випадку ми не порівнюємо значення в різних точках, як це робили в попередніх випадках (підсилювач і опір). Тут ми вказуємо на єдину точку: на виході антени, на вході розподільного пристрою, на виході розгалужувача, на виході штепсельної розетки і т.д. З урахуванням того, що величини сигналу, які повинні вимірюватися в ході монтажних робіт низькі, 1/10, 1/100, 1/1000, 1/10000 від 1V, параметр dBuV найбільш підходящий при вимірюваннях в процесі такого роду робіт. Концептуальне значення таке: на скільки dB ми перебуваємо вище (або нижче) 1uV. Таким чином, якщо має місце 0dBuv, це означає, що ми знаходимося на тому ж рівні, що і 1uV. При позитивних значеннях dBuV це означає, що ми вище 1uV: 2, 4, 5, 20uV…. а якщо у нас негативні значення dBuV, це означає, що ми нижче 1uV: 0.5, 0.001, 0.00000678uV і т.д.

Таким чином, можна виявити взаємозв'язок між лінійним та логарифмічним світами:

[V│dBuV = 20 x log V│v ÷ 0, 000001] та [V│v = 0, 000001 x 10 (V│dBuV ÷ 20)]

Такі математичні обчислення немає необхідності проводити, оскільки вимірники напруженості поля серійного ряду MediaMAX (родини EVO і MINI) про компанії Fte Maximal видають результати вимірювань в dBuV, dBmV, dBm:

Рисунок 3 : Показ параметрів на екрані вимірювача напруженості поля

Але, в будь-якому випадку, завжди необхідно мати під рукою таблицю, що є взаємовідносинами «двох світів»:

Таблиця 1

Параметр dBmV. Що це?

dBmV також застосовується, але не часто. Тільки тоді, коли маємо справу з високими рівнями сигналів. Концептуальне значення таке: на скільки dB ми перебуваємо вище (або нижче) 1mV. Таким чином, якщо має місце 0dBmV, це означає, що ми знаходимося на тому ж рівні, що і 1mV. При позитивних значеннях dBmV, це означає, що ми вище 1mV: 2, 4, 5, 20mV, ..... а якщо у нас негативні значення dBmV, то це означає, що ми нижче 1mV: 0.5, 0.001, 0.00000678mV і т.д. буд.

Таким чином, можна виявити взаємозв'язок між лінійним та логарифмічним світами:

[V│dBmV = 20 x log V│v ÷ 0, 000001] та [V│v = 0, 000001 x 10 (V│dBmV ÷ 20)]

За аналогією з попереднім абзацом, такого роду математичні обчислення немає необхідності проводити, оскільки це також виконується вимірювачами напруженості поля від компанії Fte Maximal. Також наводимо відповідну таблицю взаємозв'язку лінійних та логарифмічних параметрів:

Таблиця 2

Порівнюючи між собою обидві наведені таблиці, можна зробити такі висновки:

X dBmV = x dBuV - 60dB

Приклад: 60 dBmV = 120 dBuV – 60 dB

Параметр dBm. Що це?

У ряді випадків можна виявити, що сигнал вимірюється в одиницях dBm. Цей параметр відноситься до потужності і є абревіатурою dBmW. В основному ця одиниця вимірів застосовується при тестуванні передавачів та базових станцій. І тут вже не проводяться порівняння рівнів потужності. Взаємозв'язок між «двома світами» може бути наступним чином:

[P│dBm = 10 x log P│W ÷ 0,001] та [P│W = 0,001 x 10 P│dBm ÷ 10]

Зверніть увагу на те, що тепер застосовується коефіцієнт 10 замість 20.

Взаємозв'язок між «двома світами» представлений у таблиці:

Таблиця 3

Параметр dBW. Що це?

В інших випадках, коли є необхідність представлення більш високих значень потужності, можна використовувати параметр dBW, наприклад, для опису потужності, що передається одним супутником.

Рис.1

Взаємозв'язок між двома величинами наводиться у наступних формулах та відповідній таблиці:

[P│dBW = 10 x log P│W] та [P│W = 10 P│dBW ÷ 10]

Таблиця 4

Порівнюючи між собою дві останні таблиці, можна дійти такого висновку:

x dBW = x dBm - 30dB, Приклад: 0 dBW = 30 dBm - 30 dB

Взаємозв'язок між напругою та потужністю

Розраховуючи на те, що ця стаття претендує на те, щоб стати щось на зразок довідника, було б цікавим показати взаємозв'язок між напругою та потужністю, оскільки у світі антен все обладнання має характеристики імпедансу в 75 Ώ. Це згідно із законом Ома. Це значення (75 Ώ) дозволить нам провести паралель між dBuV та dBm. Але здебільшого, на практиці, цього робити не потрібно. Дані розрахунки наводяться лише наочності.

Закон Ома: P = VI; P = V(2) ÷ R = V(2) ÷ 75

Це – лінійна формула. Це означає, що для того, щоб конвертувати від dBm до dBuV нам потрібно:

1. dBm → W 1. dBuV → V

2. W → V (Ohm's Law) 2. V → W (Ohm's Law)

3. V → dBuV 3. W → dBm

Ось ще два приклади (тільки при навантаженні 75 Ώ)

• 120 dBuV → 1 V → 0,013333 W → 11,24 dBm

• 30 dBm → 1 W → 8,66 V → 138,7 dBuV

Цікавий факт:

Трансформація між «двома світами» може викликати подив, що особливо помітно при розподілі напруги на два. У «лінійному світі» (там, де ми працюємо з V, W…), можна говорити: “Половина 1V є 0,5V” (тобто значення 1V, розділене навпіл). У «логарифмічному світі» (там, де ми працюємо з dB, dBuV, dBm….), ми можемо лише сформулювати: “Половина 120 dBuV є 60 dBuV”, але це лише для математичної версії. Якщо ж брати до уваги попередні приклади, коли ми ділили логарифмічні величини на дві рівні частини, то коректним було б сказати: «Половина 120 dBuV є 114 dBuV».

Таким чином:

• Отримати половину сигналу означає втратити 6dB, якщо ми говоримо про напругу;
• Отримати половину сигналу означає втратити 3dB, якщо ми говоримо про потужність;
• Якщо ми подвоюємо сигнал, то повинні додавати 6dB (при напрузі) і 3dB (при потужності);

Далі ми наводимо таблиці, що встановлюють взаємозв'язок між W та dBW:

Отже:

• Подвоїти потужність, отже, збільшити її на 3dB;
• Це подвоєння те саме, ніби ми застосовували одиниці вимірів Watts і мільйони Watts (при цьому 3dB залишається незмінною).

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy