Потери и усиление в СВЧ трактах, расчеты в дБ,
При работе с сигналами имеющими сильную взаимосвязь со средой распространения и как следствием с потерями удобно пользоваться децибелами.
Децибелы позволяют перевести основные параметры в «формат» логарифма, за счет чего операции умножения и деления превращаются в сложение и вычитание, что несравненно удобнее. По сути мы избавляемся от понятия «разы» и переходим к понятию децибел.
Существует 4 основных «типа» децибел:
- По звуковому давлению
- По напряжению/току
- По мощности
- По мощности относительно милливатта (dBm)
- Мощность антенны относительно изотропного излучателя (dBi).
Децибелы по звуковому давлению:
дБ=20*lg(U1/U0);
обратная задача — найти в разах:
разы=10дБ/20
Децибелы по напряжению/току:
дБ=20*lg(U1/U0); дБ=20*lg(I1/I0);
обратная задача — найти в разах U1/U0 или I1/I0:
разы=10дБ/20
Децибелы по мощности:
дБ=10*lg(P1/P0);
разы=10дБ/20
обратная задача — найти в разах P1/P0:
разы=10дБ/10
Децибелы по мощности относительно милливатта:
dBm=10*lg(P1/1); //P1 подставляется в МИЛЛИВАТТАХ
обратная задача — найти в милливаттах P1:
разы=10dBm/10
Децибелы по мощности антенны относительно изотропного излучателя (dBi):
В технических характеристиках антенны обычно обозначается как коэффициент усиления антенны.
Является мерой направленных свойств антенны.
Показывает во сколько мощность сигнала в заданной точке, создаваемая направленной антенной больше мощности сигнала в этой же точке, создаваемой изотропным излучателем (при равной подаваемой мощности на входе антенны).
Практика:
Часто сигналы рассматривают по уровню 0,707 от максимума (по напряжению) или уровню половинной мощности (они равны)
дБ=20*lg(0,707)=20*(-0,15056…)=-3 (дБ)
дБ=10*lg(0,5)=10*(-0,3010…)=-3 (дБ)
Значит, если построить амплитудный спектр видеоимпульса в дБ и взять значение «максимум -3дБ»,обозначив частоты пересечений, то мы получим эффективную полосу пропускания сигнала (в ней содержится основная энергия). Также по уровню -3дБ определяется полоса частот, в пределах которой неравномерность частотной характеристики не превышает заданной.
Основные моменты при работе с приемо-передающим трактом
При расчете приемного/передающего тракта следует также оперировать понятиями:
- Входная мощность | Pвх (дБм)
- Коэффициент усиления |Kус (дБ)
- Мощности насыщения передатчика и линейный участок усиления (определяется по графикам из Datasheet)
- IP1, IP3
- Потери (дБ)
- Уровень шумов
Если говорить упрощенно — то
Выходная мощность = Pвх+Kус,
При условии, что мощность насыщения передатчика выше требуемой и выбран линейный режим работы, то искажения сигнала минимальны.
Для приемника КРАЙНЕ важным параметром является уровень шумов. Если выбрать такой усилитель, в котором уровень шумов выше уровня сигнала, то мы не сможем выявить полезный сигнал в смеси сигнал+шум.
Коэффициент шума приемника зависит от усиления
Т.е. при каскадном соединении коэффициент шума ослабляется, и становится разумным поставить предусилитель с низким Кш
Также во всех расчетах требуется учитывать потери!!!
В разъемах, коаксиальной линии, микрополосковых линиях, на несогласованности нагрузки и тд.
Подробный расчет приемника и передатчика (с учетом нелинейности) и мощности достаточно сложен и не входит в рамки данной статьи.