La Guia de l'enginyer de RF de Decibel

Obteniu informació sobre el decibel i les seves variants en el context del disseny i proves de radiofreqüència.
L’enginyeria de RF, com totes les disciplines científiques i subdisciplinàries, inclou una terminologia especialitzada. Una de les paraules més importants que necessitareu per treballar en el món de la RF és “dB” (i algunes variants d’aquest). Si us endinsa en un projecte de RF, podreu trobar que la paraula "dB" us sigui tan familiar com el vostre propi nom.

Com probablement sabeu, dB significa decibel. És una unitat logarítmica que proporciona una forma convenient de referir-se a les proporcions, com la relació entre les amplituds d’un senyal d’entrada i un de sortida.

No cobrirem els detalls genèrics de decibels, ja que ja estan disponibles en aquesta pàgina del llibre de text d’AAC Electric Circuits. En canvi, ens centrarem en aspectes pràctics del decibel en el context específic dels sistemes de radiofreqüència.


Relatiu, no absolut
És fàcil oblidar que dB és una unitat relativa. No es pot dir, "La potència de sortida és 10 dB."

El voltatge és una mesura absoluta perquè sempre parlem d’una diferència de potencial, és a dir, de la diferència de potencial entre dos punts; normalment ens referim al potencial d’un node respecte d’un node de terra 0 V. El corrent també és una mesura absoluta perquè la unitat (amperes) implica una quantitat de càrrega específica respecte a una determinada quantitat de temps. En canvi, dB és una unitat que implica el logaritme d’una relació entre dos nombres. Un exemple senzill és el guany d'amplificador: si la potència del senyal d'entrada és 1 W i la potència del senyal de sortida és 5 W, tenim una proporció de 5:

Així, aquest amplificador proporciona 7 dB de guany d'energia, és a dir, la relació entre la intensitat del senyal de sortida i la intensitat del senyal d'entrada es pot expressar com a 7 dB.


Per què dB?
Sens dubte, seria possible dissenyar i provar sistemes de RF sense l'ús de dB, però a la pràctica els dB estan a tot arreu. Un avantatge és que l’escala dB ens permet expressar relacions molt grans sense fer servir nombres molt grans: un guany d’energia de 1,000,000 només és 60 dB. A més, el guany o pèrdua total d’una cadena de senyal es calcula fàcilment en el domini dB, ja que s’hi afegeix simplement les xifres de dB individuals (mentre que es treballaria amb relacions ordinàries).

Un altre avantatge és el que coneixem per la nostra experiència amb filtres. Els sistemes de radiofreqüència giren al voltant de les freqüències i les diverses formes en què es generen, controlen o afecten les freqüències per components i elements de circuit paràsit. L’escala dB és convenient en un context com aquest perquè les trames de resposta de freqüència són intuitives i visualment informatives quan l’eix de freqüència utilitza una escala logarítmica i l’eix d’amplitud utilitza una escala dB.

Una trama Bode que mostra la resposta de magnitud de diferents filtres de banda passant. Imatge cortesia de AnalogDialogue.

 

Quan dB és absolut
Hem establert que dB és una relació i, per tant, no es pot descriure la potència absoluta o l'amplitud d'un senyal. Tanmateix, seria incòmode canviar constantment una i altra vegada entre valors de dB i no dB, i potser per això els enginyers de RF van desenvolupar la unitat dBm.

Podem evitar el problema "només de ràtios" simplement creant una nova unitat que inclogui sempre un valor de referència. En el cas de dBm, el valor de referència és 1 mW. Així, si tenim un senyal 5 mW i volem mantenir-nos dins de l’àmbit de dB, podem descriure aquest senyal com una potència de 7 dBm:

Sens dubte, voleu familiaritzar-vos amb el concepte de dBm. Aquesta és una unitat estàndard usada en el desenvolupament de sistemes de RF de la vida real i és molt convenient quan, per exemple, calculeu un pressupost d'enllaç, perquè els guanys i les pèrdues expressades en dB es poden simplement afegir o restar a la potència de sortida expressada a dBm.

També hi ha una unitat dBW; aquest utilitza 1 W per al valor de referència en lloc de 1 mW. Actualment, la majoria d’enginyers de RF treballen amb sistemes de potència relativament baixa, i això explica probablement per què el dBm és més habitual.


Més variants dB
Altres dues unitats basades en dB són dBc i dBi.

En lloc d’un valor fix com 1 mW, dBc utilitza com a referència la força del senyal portador. Per exemple, el soroll de fase (comentat a la pàgina 2 d’aquest capítol) es reporta en unitats de dBc / Hz; la primera part d'aquesta unitat indica que la potència del soroll de fase a una freqüència específica s'està mesurant respecte a la potència del portador (en aquest cas "transportista" es refereix a la intensitat del senyal a la freqüència nominal).

Una antena de font de punts idealitzada rep una certa quantitat d'energia del circuit transmissor i la radia per igual en totes les direccions. Es considera que aquestes antenes “isotrópicas” tenen un guany zero i una pèrdua zero.

Tanmateix, altres antenes poden dissenyar-se per concentrar l’energia radiada en determinades direccions i, en aquest sentit, una antena pot tenir “guany”. L’antena no és realment afegir energia al senyal, sinó que augmenta efectivament la potència transmesa concentrant la radiació electromagnètica. segons l’orientació del sistema de comunicació (òbviament això és més pràctic quan el dissenyador d’antenes coneix la relació espacial entre l’emissor i el receptor).

La unitat dBi permet als fabricants d’antenes especificar una xifra de “guany” que utilitza l’escala de dB sempre popular. Com sempre, necessitem una relació quan treballem amb dB, i en el cas de dBi, el guany d’antena es dóna en referència al guany d’una antena isotròpica.

Algunes antenes (com les que s’acompanyen d’un plat parabòlic) tenen guanys importants i, per tant, poden aportar una contribució no privada a l’abast o al rendiment d’un sistema de radiofreqüència.


resum
L’escala dB és un mètode per expressar relacions entre dues quantitats. És convenient i àmpliament utilitzat en el context de disseny i proves de radiofreqüència.
Tot i que les xifres de dB són inherentment relatives, es poden expressar quantitats absolutes a través de l'escala dB mitjançant unitats que incorporen un valor de referència normalitzat.
La unitat dB absoluta més comuna és dBm; transmet la potència dB d'un senyal respecte a 1 mW.
La unitat dBc expressa potència respecte a la potència d’un senyal relacionat.
La unitat dBi expressa el guany d'una antena en relació amb la resposta d'una antena de punt de referència idealitzada.

Si voleu crear una emissora de ràdio, potencieu el transmissor de ràdio FM o necessiteu qualsevol altre Equip FM, Si us plau, no dubti en contactar amb nosaltres: [protegit per correu electrònic].

Deixa un missatge 

Llista de missatges