dB (Decibel) é a escala máis importante e a miúdo empregada no campo de radiofrecuencia, pero tamén é comprensiblemente difícil e confuso para alguén que se lle introduce.

Por desgraza, se non podes comprender a fondo esta importante escala, terás unha enorme dificultade para seguir adiante a súa expedición de RF.

Tratar con números de ganancia, tensión e potencia que mesturen dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, vatios, milliwatts, voltios, millivolts, etc., a miúdo require converterse de ida e volta entre valores lineais e valores dos decibeis.

Vin a mozos compañeiros de RF que ignoraron a importancia de comprender a base de datos, finalmente déronse conta de que necesitan aprender ben este termo sinxelo se queren ir máis lonxe no campo de RF.

Este breve tutorial axudará a aclarar a diferenza entre traballar con decibelios e traballar con valores lineais.

Principios básicos do logaritmo
Usar decibelios implica traballar con logaritmos, e este é o coñecemento matemático mínimo que debes ter.

Entón, debemos falar do logaritmo antes de falar de dB.

Comecemos con esta sinxela matemática que aprendiches na escola media:

A xente adoita cometer menos erros ao sumar e restar números, polo que a vantaxe dos logaritmos é evidente.

Agora imos revisar estes, por unha base = 10 táboa de rexistro:

Dado que 10 elevado á potencia de 3 é igual a 1,000, o rexistro base-10 de 1,000 é 3 (log10 (1,000) = 3).

Esta é a lei básica dos logaritmos:

Se a = 10, entón podemos simplemente escribir log (c) = b, e log (100) = 2, log (1,000) = 3, etc.

Agora imos máis alá cun exemplo:

Está a deseñar un receptor sinxelo do seguinte xeito:

Por razón de fácil comparación, traballaremos con valores lineais en primeiro lugar e todas as ganancias / perdas están relacionadas coa "tensión".

* Ganancia de antena: 5.7
* Amplificador de baixo ruído (LNA) Ganancia: 7.5
* Ganancia do mesturador: 4.6
* Ganancia / perda de filtro IF: 0.43
*Ganancia do amplificador IF: 12.8
* Ganancia do demodulador: 8.7
* Ganancia do amplificador de audio: 35.6

A ganancia total no valor lineal desde a antena ata a saída do amplificador de audio da última etapa é:

Sería moi difícil recordar estes números, pero, por desgraza, é preciso xestionar moitos números no campo RF. Entón, precisamos atopar un xeito máis sinxelo de tratar con eles.

Agora imos facer un percorrido máis sinxelo usando o mesmo receptor. En lugar de usar valores lineais, transferímolos a logaritmos.

* Ganancia da antena: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Ganancia de amplificador de baixo ruído: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Ganancia do mesturador: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* IF Ganancia / Perda do filtro: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Ganancia do amplificador IF: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Demodulador: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Ganancia do amplificador de audio: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Ganancia total: 335,229.03 (rexistro 335,229.03 = 5.53)

A ganancia total, 335,229.03 en valor lineal, é igual a 5.53 se se transfire ao logaritmo.

En vez de usar multiplicacións, pode xuntar esas ganancias individuais para obter a ganancia total, despois de ser transferido a logaritmos primeiro, cun valor moito menor e máis curto. Non é moito máis doado de calcular e recordar?

O único problema que pode non gustar moito é que teñas que familiarizarse co cálculo do logaritmo, pero, creme, pronto estarás bastante ben con esta potente función e gostas de usala todos os días.

Nunca intente evitar usalo se estás seriamente traballando no campo de RF.

De feito, xa non estarás usando valores lineais unha vez que traballas no campo de RF durante 1 ou 2 anos.

O único que usarás é "dB".

Bases dB
Continuemos con este útil término 'dB', algo que empregarás cada momento cando traballes en proxectos de RF.

Ganancia de tensión en dB:
Hai que falar separadamente de ganancia de tensión e potencia e xuntalos para ver se son o mesmo.

Comezamos primeiro coa ganancia de tensión:

Un decibel (dB) defínese como 20 veces o logaritmo base-10 dunha relación entre dous niveis de tensión Vout / Vin (ganancia de tensión, noutras palabras).

Polo tanto, todas as ganancias maiores de 1 exprésanse como decibelios positivos (> 0) e as ganancias inferiores a 1 exprésanse como decibelios negativos (<0).

Imos atopar a ganancia en dB para o exemplo do receptor anterior.

*Ganancia da antena: 5.7 (20 log 5.7 = 15.1)
* Ganancia do amplificador de baixo ruído: 7.5 (20 log 7.5 = 17.5)
* Ganancia do mesturador: 4.6 (20 log 4.6 = 13.3)
* IF Ganancia / Perda do filtro: 0.43 (20 log 0.43 = -7.3)
* Ganancia do amplificador IF: 12.8 (20 log 12.8 = 22.1)
*Ganancia do demodulador: 8.7 (20 log 8.7 = 18.8)
* Ganancia do amplificador de audio: 35.6 (20 log 35.6 = 31.0)
* Ganancia total: 3.35229E + 05 (20 log (3.35229E + 05) = 110.5)

De novo, pode xuntar as ganancias individuais para obter a ganancia total en dB.

Ganancia de potencia en dB:

Antes de falar de ganancia de enerxía en dB, debemos coñecer a relación entre tensión e potencia.

Todos sabemos que, para unha onda senoidal V de voltas aplicada a unha resistencia R ohms,

A maioría dos circuítos RF usan 50 ohmios como impedancia de fonte e carga, polo que se a tensión a través da resistencia é de 7.07V (rms)

Polo tanto, a ganancia de potencia é proporcional ao cadrado de ganancia de tensión, por exemplo, se a ganancia de tensión é de 5, a ganancia de potencia sería de 25, etc.

Podemos definir a ganancia de potencia en dB a continuación:

O decibel (dB) defínese como 10 veces o logaritmo base-10 dunha relación entre dous niveis de potencia Pout / Pin (ganancia de enerxía, noutras palabras).

¿Estás confuso cos valores dB entre a ganancia de tensión e a potencia? As cousas quedarán claras se continúas.

Volvamos a ver o exemplo anterior de novo:

* Ganancia de antena: 5.7
* Amplificador de baixo ruído (LNA) Ganancia: 7.5
* Ganancia do mesturador: 4.6
* Ganancia / perda de filtro IF: 0.43
*Ganancia do amplificador IF: 12.8
* Ganancia do demodulador: 8.7
* Ganancia do amplificador de audio: 35.6

Todas as ganancias / perdas están relacionadas coa "tensión". O valor lineal da tensión da antena de novo é de 5.7 (15.1 dB) e a ganancia de potencia sería:

A ganancia de tensión é exactamente a mesma que a de potencia en dB.

Así, podemos reescribir este exemplo de novo con todas as ganancias / perdas lineais transferidas ao "poder":

* Ganancia da antena: 32.49 (15.1 dB)
* Ganancia do amplificador de baixo ruído: 56.25 (17.5 dB)
* Ganancia do mesturador: 21.16 (13.3 dB)
* IF ganancia / perda de filtro: 0.18 (-7.3 dB)
* Ganancia do amplificador IF: 163.84 (22.1 dB)
* Ganancia do demodulador: 75.69 (18.8 dB)
* Ganancia do amplificador de audio: 1267.36 (31.0 dB)
* Ganancia total: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

Non obstante, o único motivo polo que pode usar a ganancia de tensión é porque pode medir facilmente a tensión usando osciloscopio, pero non é práctico medir a tensión cando a frecuencia de radio sexa superior a 500 MHz.

Porque pode ter problemas de precisión empregando osciloscopio para medir as frecuencias de radio.

Non digo que o osciloscopio non sexa útil, simplemente dixen que non mido a tensión RF usando osciloscopio se non hai unha razón específica desta necesidade.

Máis do 90% do tempo, utilizo analizador de espectro para medir o sinal RF.

Este é un tema para outro post.

Un valor de ganancia que ve na folla de datos está sempre relacionado coa ganancia de potencia en dB, non cunha ganancia de tensión ou un valor lineal.

Resumiremos este artigo cun sinxelo exemplo:

Un amplificador cunha ganancia de 15 dB:

Desde 15 dB = 10log (Pout / Pin)
A ganancia de potencia no valor lineal é:

Pout / Pin = 10 (15/10) = 31.62
E desde 15 dB = 20log (Vout / Vin)
A ganancia de tensión no valor lineal é:

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

Espero que aprendades algo con este artigo. Se xa coñeces claramente todo o que menciono aquí, parabéns, estás no camiño correcto para o campo de RF.

Se segues confuso despois de ler este artigo por un par de veces, non te preocupes, non estás só, só respira profundo e leo paso a paso de novo ou volve despois de ler máis artigos de este blogue.

Tarde ou cedo dominarás o dB sen ningunha dificultade.

A continuación móstranse algunhas imaxes que creo que lles resultará útil: