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技術(shù)應(yīng)用

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技術(shù)應(yīng)用
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分貝、信噪比、駐波比等幾個(gè)指標(biāo)的定義及意義(上)

發(fā)布時(shí)間:2023-06-13作者來源:金航標(biāo)瀏覽:3287

     張武軍先生是信息技術(shù)領(lǐng)域有著豐富經(jīng)驗(yàn)和卓越成就的專家。張武軍的職業(yè)生涯涵蓋了從[敏感詞]領(lǐng)域到民用領(lǐng)域,參與或主導(dǎo)了多個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和研發(fā),近年來最主要的業(yè)績是參加了深圳市地鐵通信工程主方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)。作為深圳市金航標(biāo)電子有限公司技術(shù)顧問,張武軍先生在通信電子領(lǐng)域擁有廣泛的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。他參與了深圳地鐵一期工程的無線系統(tǒng)設(shè)計(jì),并擔(dān)任了技術(shù)代表,為CDMA技術(shù)的選型做出了貢獻(xiàn)。他還曾經(jīng)設(shè)計(jì)過一艘水面艦艇的內(nèi)部監(jiān)控和電視子系統(tǒng),得到了中央媒體的報(bào)道,對(duì)我國[敏感詞]事業(yè)做出貢獻(xiàn)。張武軍先生還在《國際智能建筑》雜志擔(dān)任了多年的首席技術(shù)顧問,多次獲得深圳市電子學(xué)會(huì)的優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。他的貢獻(xiàn)和成就在通信電子和信息技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛認(rèn)可和贊譽(yù)。[敏感詞]來看看張武軍先生淺析下幾個(gè)指標(biāo)定義及意義。

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張武軍先生(右上第一)

一、分貝 dB

dB是英文“decibel”的簡寫是十分之一貝爾“貝爾”是以杰出科學(xué)家Alexander Graham Bell的名字來命名的單位。貝爾在1876年獲得了電話發(fā)明的專利,并在電話的應(yīng)用和發(fā)展上做出了巨大的突破(全球知名的貝爾實(shí)驗(yàn)室也淵源于此)因此,使用dB符號(hào)時(shí),B應(yīng)大寫B是人名)。

【同樣:牛頓、高斯、法拉第、亨利、歐姆、伏特、安培、瓦特這些力和電的單位都是人名

由于“Bel”這個(gè)單位比較大,使用不方便,更常用的是十分之一貝爾,即分貝。我們電學(xué)中的分貝來源于聲學(xué)。

1、關(guān)于分貝

聲學(xué)中分貝(對(duì)數(shù)關(guān)系):

聲源

SPL(dB)

聲壓(Pa)

何為對(duì)數(shù)

先看Xy=Z   ---這里 X為底數(shù),Y為指數(shù),Z是冪(求冪)

8的3次方等于512,寫作:83=512

反過來,我們說:以8為底,求512的對(duì)數(shù),結(jié)果為3

  Log8(512)=3-----這個(gè)就是對(duì)數(shù)的表達(dá)式(求指數(shù))

 

底數(shù)為10時(shí),log10 (100)=2  寫作lg 100=2 (10省掉),稱為常用對(duì)數(shù);底數(shù)為e時(shí),log e 7.3890=2,寫作ln7.3890=2 (e省掉),稱為自然對(duì)數(shù)。

e=2.71828是自然數(shù),和 π 一樣是無理數(shù),存在于自然界。

 

對(duì)數(shù)會(huì)將乘除關(guān)系 變?yōu)?/span>加減關(guān)系

6(2+3)=(62)×(63)=36×216=777665=7776

指數(shù)1  + 指數(shù)2  >>> 1 × 冪2

對(duì)數(shù)表達(dá):log6 7776=log6(36×216)=log636+log6216=2+3

噴氣式飛機(jī)起飛,50m

140

200

 

130

63.2

不舒服的閾值

120

20

電鋸1m

110

6.3

Disco舞廳揚(yáng)聲器,1m

100

2

柴油機(jī)卡車,10m

90

0.63

繁忙道路人行路,5m

80

0.2

吸塵器,1m

70

0.063

對(duì)話,1m

60

0.02

普通家庭

50

0.0063

安靜的圖書館

40

0.002

晚上安靜的臥室

30

0.00063

電視演播室背景噪聲

20

0.0002

遠(yuǎn)處沙沙聲

10

0.000063

0

0.00002

2、分貝dB的定義

dB是表示兩個(gè)具有相同單位的同一種物理量的比較關(guān)系。即兩種電或聲功率之比或兩種電壓/電流值之比,兩種聲壓之比。分貝本衡量聲音相對(duì)響度的最初的電話工程領(lǐng)域,dB用來衡量兩個(gè)電信號(hào)的功率。

具體定義(對(duì)數(shù)表達(dá))

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而用電流/電壓為物理量時(shí):

image.png
分貝比值的對(duì)數(shù)表達(dá),它沒有物理單位,1dB類似于“個(gè)十百千萬”,是一個(gè)“倍數(shù)”單位。
上述兩個(gè)定義式看上去不一致。其實(shí)正因?yàn)橐恢?,才?huì)有兩個(gè)定義式,因?yàn)镻=U2/R 或 P=I2R


問題:1、假設(shè)P1P010倍,換算為分貝是多少?(+10dB)

2、假設(shè)P1P0100倍,換算為分貝是多少?(+20dB)

3、假設(shè)P1P0  1倍,換算為分貝是多少? (+3dB)  

4、假設(shè)P1P0  1倍,換算為分貝是多少? (-3dB)

 

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聲音的分貝值具體的,類似電學(xué)的dBm,定義為噪聲源功率基準(zhǔn)聲功率之比(對(duì)數(shù)表達(dá))。

3、用dB加減表達(dá)信號(hào)放大或衰減

我們?cè)谟?jì)算信號(hào)鏈路中增益或者損耗時(shí),原本的乘除關(guān)系就變成了加減關(guān)系(簡化設(shè)計(jì)運(yùn)算)

模擬電路中,工程師都是用各部件的分貝累計(jì)加減 來替代 各器件放大或損耗/衰減值的累計(jì)乘除。

電子系統(tǒng)的總放大倍數(shù)常常是幾千、幾萬甚至幾十萬,一部收音機(jī)從天線收到的信號(hào)至射頻放大解調(diào)放大送喇叭,一共要放大2萬倍左右。用分貝表示,數(shù)值就小得多。

4、dB的應(yīng)用

A. 描述信號(hào)具體值。我們用1mW作為參考固定值替換上述公式中的P0,那么我們就可以用dBm (這里的m就是相對(duì)于1mW的意思)來描述P1具體功率大小。而0dBm的信號(hào)就是1mW。

B. 增益。如上所述,dB是表示兩個(gè)具有相同單位的同一種物理量的比較關(guān)系。經(jīng)過放大器或衰減器或經(jīng)過一段傳輸線,信號(hào)會(huì)被放大或者衰減~變強(qiáng)或者變?nèi)?,前后值比較 得到的分貝數(shù)就是增益(放大時(shí)增益為正,衰減時(shí)增益為負(fù))【注意:談到增益時(shí),是dB,而不是dBm】

C. 如下圖,F點(diǎn)的功率是E點(diǎn)功率的400倍,我們說這個(gè)放大器的增益是26dB,再經(jīng)過電阻R衰減了一半(增益為-3dB),那么G點(diǎn)相對(duì)E點(diǎn)的增益為23dB。

------乘以400再除以2,寫成分貝計(jì)算式,則是(+26dB-3dB=23dB)

image.png 

再舉例:如30dBm+20dB=50dBm, 即:50dBm-20dB=30dBm,50dBm-30dBm=20dB

            意思是:1瓦×100倍為100瓦;100瓦÷100倍是1瓦;100瓦÷1瓦是100

二、信噪比

信噪比(Signal-to-Noise Ratio)是信號(hào)和噪聲各自有效功率之比(一般用對(duì)數(shù)表示),單位是dB。

SNR=10 lg(PS/PN)  其中PSPN分別代表信號(hào)和噪聲的有效功率。

換算成電壓幅值的比較關(guān)系,則SNR=20Lg(VS/VN),VSVN分別代表信號(hào)和噪聲電壓的“有效值”。

無論是輸入還是輸出端,信噪比越高越好!

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