Основы радиолокации

Система измерений в децибелах

Поскольку на практике не часто требуется выполнять пересчет результатов измерений в децибелы, то объяснение этой единицы измерения несколько упрощается. Наиболее современное контрольно-измерительное оборудование обеспечивает отображение результатов измерений сразу в децибелах. Благодаря этому отпадает необходимость выполнения сложных математических вычислений. Тем не менее, базовое пояснение системы измерений в децибелах необходимо для понимания значений в децибелах, таких как, например, значение коэффициента усиления некоторого оборудования, выраженное в децибелах.

Децибел – это дольная часть единицы измерения, которая называется бел. Децибел равен одной десятой части бела. Бел – единица измерения, которая выражается в виде логарифмического отношения двух величин, например, значений измеряемого параметра на входе и выходе некоторого устройства. Такими параметрами могут быть мощность, напряжение или ток. Чаще всего децибел используют при описании отношений входной и выходной мощности. Соответствующее выражение имеет вид:

Когда говорят об уровне сигнала в децибелах, на самом деле подразумевают сравнение в логарифмическом масштабе уровня измеряемого сигнала и некоторого опорного уровня. Для определенности опорный уровень стандартизируется. Наиболее широко используемый опорный уровень – сигнал мощностью 1 милливатт. В данном случае сокращение дБ заменяется на дБм, чтобы было понятно, что мощность измеряемого сигнала соотносится с опорным уровнем мощности 1 мВт. Таким образом, когда говорят, что уровень сигнала равен +3 дБм, то это означает, что этот уровень на 3 дБ выше уровня сигнала мощностью 1 мВт. Аналогично, уровень сигнала -3 дБм означает, что этот уровень на 3 дБ ниже уровня 1 мВт. Независимо от того, какая используется единица измерения, дБм или дБ, знак «+» (или отсутствие знака вообще) означает, что уровень выходного (измеряемого) сигнала выше опорного уровня, знак «-» означает, что уровень выходного (измеряемого) сигнала ниже опорного уровня.

В целесообразности использования децибелов при выражении мощности сигнала можно убедиться, посмотрев на нижеследующую таблицу. Например, фраза «сигнал увеличился на 50 дБ» более проста и понятна, чем громоздкая фраза «сигнал увеличился в 100 000 раз». Основой системы единиц децибел является величина увеличения или уменьшения определяемого уровня относительно опорного уровня, но не сам этот опорный уровень. Так, независимо от того, увеличилась ли входная мощность с 1 Вт до 100 Вт или с 1000 Вт до 100 000 Вт, увеличение составляет 20 дБ.

Примеры выражения отношений в децибелах и использования децибелов в расчетах

30 дБ = 1 000 раз,
3 дБ = 2 раза ,
-3 дБ = 0,5 раза

36 дБ можно рассчитать так: (30+3+3) дБ = 1 000 · 2 · 2 = 4 000 (раз),
27 дБ = (30 – 3) дБ = 1 000 / 2 = 500 (раз).

Порядок расчета с использованием опорного уровня такой же:

30 дБм = 1 000 · 1 мВт = 1 Вт
60 дБм = 1 000 Вт
99 дБм = 8 000 000 Вт,

В таблице приведены некоторые полезные соотношения: