发射功率与增益详解

发射功率与增益详解2011-09-2815:31:48|分类：TEC-Hardware|举报|字号订阅本文转载自jason《发射功率与增益详解》无线电发射机输出的射频信号，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接收下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。因此在无线网络的工程中，计算发射装置的发射功率与天线的辐射能力非常重要。Tx是发射（Transmits）的简称。无线电波的发射功率是指在给定频段范围内的能量，通常有两种衡量或测量标准：功率（W）－相对1瓦（Watts）的线性水准。增益（dBm）－相对1毫瓦（Milliwatt）的比例水准。两种表达方式可以互相转换：dBm=10xlog[功率mW]mW=10[增益dBm/10dBm]在无线系统中，天线被用来把电流波转换成电磁波，在转换过程中还可以对发射和接收的信号进行“放大”，这种能量放大的度量成为“增益（Gain）”。天线增益的度量单位为“dBi”。由于无线系统中的电磁波能量是由发射设备的发射能量和天线的放大叠加作用产生，因此度量发射能量最好同一度量－增益（dB），例如，发射设备的功率为100mW，或20dBm；天线的增益为10dBi，则：发射总能量＝发射功率（dBm）＋天线增益（dBi）＝20dBm＋10dBi＝30dBm或者：＝1000mW＝1W在“小功率”系统中每个dB都非常重要，特别要记住“3dB法则”。每增加或降低3dB，意味着增加一倍或降低一半的功率：-3dB=1/2功率-6dB=1/4功率+3dB=2x功率+6dB=4x功率例如，100mW的无线发射功率为20dBm，而50mW的无线发射功率为17dBm，而200mW的发射功率为23dBm。0dbm=0.001w左边加10=右边乘10所以0+10DBM=0.001*10W即10DBM=0.01W故得20DBM=0.1W30DBM=1W40DBM=10W还有左边加3=右边乘2，如40+3DBM=10*2W，即43DBM=20W例如机器20W在400MHZ频率上使用30米50-7（物理发泡低损耗电缆）到天线上还剩下多少增益20W=43DB30米50-7损耗一米小于0.09按照最大值0.09*30=2.7DB43DB-2.7DB=40.3DB天线增益16DBi+40.3DB=56.3DB就上面的例子我们可以看出增益和功率并非线性变化，所以不能光从功率上来看发射状态。当你的机器20W的时候增益43DB，40W的时候46DB60W的时候49DB反过来说当功率损失一半的时候也刚刚损失了3个DB，对信号传播影响不是特别大。但是光看功率的话已经少了一半会认为传播能力也小了一半，所以在这里看功率是相当错误的。馈线损耗的3DB到了天线部分又得到了提升，当你的天线是16DBi的时候，小功率电台的传播能力远远超出了使用大功率电台小天线，这也是很多朋友使用手台加馈线棒杆天线效果也不错的现象。如果真的那么在意功率不如做个试验，发射机输出端不接同轴电缆，而是接380V动力用电缆，同样的米数，动力电缆的损耗一定很小，因为功率=电流*电压，动力电缆内阻小在电缆上分担的电压就小功率损耗就小，但是高频信号是肌肤效应传播，动力电缆根本无法传到高频信号损失将是相当大的，可以说有点常识的朋友都知道动力电缆无法做馈线，从这一点也证明了单单看功率是完全错误的。在此八哥只是与大家探讨一下相关数据和分析的方向，有不对的地方还请大家指出日后修改。================================================================================================下面是一些网络搜索的资料关于DBDBmDBi一般的朋友看到这里就可以了看下面会越看越乱我看了两天可能是学识补足，实在头痛，建议由偏头痛的朋友也不用研究下面深奥的资料。DB与dBmdB，dBm意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。它们都是功率增益的单位，不同之处如下：1.dBdB是一个表征相对值的值，纯粹的比值，只表示两个量的相对大小关系，没有单位，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面的计算公式：10log（甲功率/乙功率），如果采用两者的电压比计算，要用20log（甲电压/乙电压）。[例]甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3dB。反之，如果甲的功率是乙的功率的一半，则甲的功率比乙的功率小3dB。2.dBmdBm是一个表示功率绝对值的值（也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值），计算公式为：10log（功率值/1mw）。[例]如果功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。[例]对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10log（40W/1mw)=10log（40000）=10log4+10log10000=46dBm。总之，dB是两个量之间的比值，表示两个量间的相对大小，而dBm则是表示功率绝对大小的值。在dB，dBm计算中，要注意基本概念，用一个dBm减另外一个dBm时，得到的结果是dB，如：30dBm-0dBm=30dB。一般来讲，在工程中，dBm和dBm之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm加dBm实际上是两个功率相乘。dB与dBmdB是decibel的缩写,意即十分之一贝尔(bel)—分贝。分贝(dB)是国际上统一使用的电信传输单位,它是没有量纲的对数计数单位。在电信技术领域,为了准确计量信号在电路中各点的功率、电压和电流等的传输变化情况,一般不直接用瓦(W)、伏(V)和安(A)作为测量单位,而采用“电平”这样一个概念。一个信号的大小用相对于某一基准值的功率比值、电压比值或电流比值的对数关系来表示,便称之为“传输电平”。分贝就是传输电平的单位,称为“传输单位”。用公式可表示为:D=10lgP1/Po=20lgU1/U0=20lgl1/lo(dB)其中,下标“0”表示参考点的基准值,下标“1”表示被计量点的值。也可以说,D所表示的分贝值是被测量点相对于参考点的“相对电平”。如果在一个系统中取定某一量值作为基准,那么由此所确定的电平值称为“绝对电平”。被取定的基准值的电平称为“零电平”。由于在电信系统中传输的信号都是弱信号,一般功率很小,因而目前世界各国皆取1毫瓦(1mW)为功率基准值,1毫瓦便称为“零电平功率”图1-23分别以电缆和放大器为例,说明传输单位分贝的应用。上面已经提到,分贝是一个对数计数单位。那么,为什么要采用对数计数法呢?这是因为,人们感官所感觉到声音响度、光的亮度等的变化,是与有关量值在变化前后的比值的对数成正比的。也就是说,我们的听觉器官(耳)和视觉器官(眼)对于声音强度或光的强度的响应是符合对数规律的。例如,当扬声器的输出功率从1瓦增大到2瓦时,我们并不感到响度也增加了1倍,而只增加了lg2(=0.3)倍。正是由于这个原因,我们采用像分贝这样的计量单位,更能客观地反映出人的感官的感觉特性。此外,采用分贝作为传输电平的计量单位,还可以使工程中的乘除运算变成为简单的加减运算。例如,在图1-24所示多级放大器串接的情况下,要计算总增益就只需要将各部分增益求代数和即可。传输单位采用分贝,还便于书写和记忆。其换算关系可通过查表(见I表)得出。在D=10lgP1/P2(dB)一式中,如果P2取基准值1毫瓦,那么计算所得功率电平便是绝对功率电平,其单位用dBm来表示。其中的“m”即代表毫瓦(mW)。DB是一个纯计数单位：dB=10logX。dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。如：X=1000000000000000（多少个了？）=10lgX=150dBX=0.000000000000001=10lgX=-150dBdBm定义的是miliwatt。0dBm=10lg1mw；dBw定义watt。0dBw=10lg1W=10lg1000mw=30dBm。DB在缺省情况下总是定义功率单位，以10log为计。当然某些情况下可以用信号强度（Amplitude）来描述功和功率，这时候就用20log为计。不管是控制领域还是信号处理领域都是这样。比如有时候大家可以看到dBmV的表达。在dB，dBm计算中，要注意基本概念。比如前面说的0dBw=10log1W=10log1000mw=30dBm；又比如，用一个dBm减另外一个dBm时，得到的结果是dB。如：30dBm-0dBm=30dB。一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。dBm加dBm实际上是两个功率相乘，这个已经不多见（我只知道在功率谱卷积计算中有这样的应用）。dBm乘dBm是什么，1mW的1mW次方？除了同学们老给我写这样几乎可以和歌德巴赫猜想并驾齐驱的表达式外，我活了这么多年也没见过哪个工程领域玩这个。dB是功率增益的单位，表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时，可按公式10lgA/B计算。例如：A功率比B功率大一倍，那么10lgA/B=10lg2=3dB。也就是说，A的功率比B的功率大3dB；如果A的功率为46dBm，B的功率为40dBm，则可以说，A比B大6dB；如果A天线为12dBd，B天线为14dBd，可以说A比B小2dB。dBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10lg功率值/1mW。例如：如果发射功率为1mW，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg1mW/1mW=0dBm；对于40W的功率,则10lg(40W/1mW)=46dBm。dB(Decibel，分贝)是一个纯计数单位，本意是表示两个量的比值大小，没有单位。在工程应用中经常看到貌似不同的定义方式（仅仅是看上去不同）。对于功率，dB=10*lg(A/B)。对于电压或电流，dB=20*lg(A/B)。此处A，B代表参与比较的功率值或者电流、电压值。dB的意义其实再简单不过了，就是把一个很大（后面跟一长串0的）或者很小（前面有一长串0的）的数比较简短地表示出来。如（此处以功率为例）：X=100000=10^5X(dB)=10*lg(X)dB=10*lg(10^5)dB=50dBX=0.000000000000001=10^-15X(dB)=10*log(X)dB=10*log(10^-15)dB=-150dB一般来讲，在工程中，dB和dB之间只有加减，没有乘除。而用得最多的是减法：dBm减dBm实际上是两个功率相除，信号功率和噪声功率相除就是信噪比（SNR）。比如：30dBm-0dBm=1000mW/1mW=1000=30dB。dBm加dBm实际上是两个功率相乘，没有实际的物理意义。在电子工程领域，放大器增益使用的就是dB（分贝）。放大器输出与输入的比值为放大倍数，单位是“倍”，如10倍放大器，100倍放大器。当改用“分贝”做单位时，放大倍数就称之为增益，这是一个概念的两种称呼。电学中分贝与放大倍数的转换关系为：A(V)(dB)=20lg(Vo/Vi)；电压增益A(I)(dB)=20lg(Io/Ii)；电流增益Ap(dB)=10lg(Po/Pi)；功率增益分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同，但我们都知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2*R。采用这套公式后，两者的增益数值就一样了：10lg[Po/Pi]=10lg[(Vo^2/R)/(Vi^2/R)]=20lg(Vo/Vi)。使用分贝做单位主要有三大好处。（1）数值变小，读写方便。电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大2万倍左右。用