RF 설계 및 테스트 맥락에서 데시벨과 그 변형에 대해 알아보세요.
모든 과학 분야 및 하위 분야와 마찬가지로 RF 엔지니어링에는 상당히 많은 전문 용어가 포함됩니다. RF 세계에서 일할 때 필요한 가장 중요한 단어 중 하나는 "dB"(및 그 일부 변형)입니다. RF 프로젝트에 깊이 빠져들면 "dB"라는 단어가 자신의 이름만큼 친숙해질 수 있습니다.
아마 아시겠지만, dB는 데시벨을 의미합니다. 입력 신호와 출력 신호의 진폭 비율과 같은 비율을 나타내는 편리한 방법을 제공하는 대수 단위입니다.
데시벨의 일반적인 세부 사항은 AAC 전기 회로 교과서 의 이 페이지 에서 이미 제공되므로 다루지 않겠습니다 . 대신 RF 시스템의 특정 맥락에서 데시벨의 실용적인 측면에 초점을 맞출 것입니다.
상대적, 절대적이지 않음
dB가 상대적인 단위 라는 사실을 잊기 쉽습니다 . "출력 전력은 10dB입니다."라고 말할 수 없습니다.
전압은 항상 전위차, 즉 두 지점 사이의 전위차에 대해 말하기 때문에 절대 측정입니다. 일반적으로 0V 접지 노드에 대한 한 노드의 전위를 말합니다. 전류도 절대 측정입니다. 단위(암페어)가 특정 시간에 대한 특정 양의 전하를 포함하기 때문입니다. 반면 dB는 두 숫자 사이의 비율의 로그를 포함하는 단위입니다. 간단한 예로 증폭기 이득이 있습니다. 입력 신호의 전력이 1W이고 출력 신호의 전력이 5W인 경우 비율은 5입니다.
10log10\왼쪽(\분율POUTPIN\오른쪽)=10log10\왼쪽(5\오른쪽)\약7\dB
따라서 이 증폭기는 7dB의 전력 이득을 제공합니다. 즉, 출력 신호 강도와 입력 신호 강도 간의 비율을 7dB로 표현할 수 있습니다.
왜 dB인가?
dB를 사용하지 않고도 RF 시스템을 설계하고 테스트하는 것은 확실히 가능하지만, 실제로 dB는 어디에나 있습니다. 한 가지 장점은 dB 스케일을 사용하면 매우 큰 숫자를 사용하지 않고도 매우 큰 비율을 표현할 수 있다는 것입니다. 1,000,000의 전력 이득은 60dB에 불과합니다. 또한 신호 체인의 총 이득 또는 손실은 dB 도메인에서 쉽게 계산할 수 있는데, 개별 dB 수치를 간단히 더하기 때문입니다(반면 일반적인 비율로 작업하는 경우 곱셈이 필요합니다).
또 다른 장점은 필터에 대한 경험에서 익숙한 것입니다. RF 시스템은 주파수와 주파수가 구성 요소 및 기생 회로 요소에 의해 생성, 제어 또는 영향을 받는 다양한 방식을 중심으로 돌아갑니다. dB 스케일은 주파수 축이 로그 스케일을 사용하고 진폭 축이 dB 스케일을 사용할 때 주파수 응답 플롯이 직관적이고 시각적으로 유익하기 때문에 이와 같은 맥락에서 편리합니다.
dB가 절대적인 경우
우리는 dB가 비율이므로 신호의 절대 전력이나 진폭을 설명할 수 없다는 것을 확립했습니다. 그러나 dB와 비dB 값 사이를 끊임없이 전환하는 것은 어색할 것이고, 아마도 이것이 RF 엔지니어가 dBm 단위를 개발한 이유일 것입니다.
우리는 항상 참조 값을 포함하는 새로운 단위를 생성함으로써 "비율만" 문제를 피할 수 있습니다. dBm의 경우 참조 값은 1mW입니다. 따라서 5mW 신호가 있고 dB 범위 내에 머물고 싶다면 이 신호의 전력을 7dBm으로 설명할 수 있습니다.
10log10(5 mW1 mW)=10log10(5)≈7 dBm
당신은 분명히 dBm의 개념에 익숙해지고 싶을 것입니다. 이것은 실제 RF 시스템 개발에 사용되는 표준 단위이며, 예를 들어 링크 예산을 계산할 때 매우 편리합니다 . 왜냐하면 dB로 표현된 이득과 손실은 dBm으로 표현된 출력 전력에 간단히 더하거나 뺄 수 있기 때문입니다.
dBW 단위도 있는데, 이것은 1mW 대신 1W를 기준 값으로 사용합니다. 오늘날 대부분의 RF 엔지니어는 비교적 저전력 시스템으로 작업하고 있으며, 이것이 dBm이 더 흔한 이유를 설명할 수 있습니다.
더 많은 dB 변형
dB 기반 단위 중 또 다른 두 가지는 dBc와 dBi입니다.
1mW와 같은 고정된 값 대신 dBc는 캐리어 신호의 강도를 기준으로 사용합니다. 예를 들어, 위상 잡음(이 장의 2페이지에서 논의)은 dBc/Hz 단위로 보고됩니다. 이 단위의 첫 번째 부분은 특정 주파수에서의 위상 잡음 전력이 캐리어의 전력과 관련하여 측정된다는 것을 나타냅니다(이 경우 "캐리어"는 공칭 주파수에서의 신호 강도를 나타냄).
이상화된 포인트 소스 안테나는 송신기 회로에서 일정량의 에너지를 수신하여 모든 방향으로 동일하게 방사합니다. 이러한 "등방성" 안테나는 이득과 손실이 0인 것으로 간주됩니다.
그러나 다른 안테나는 특정 방향으로 방사 에너지를 집중하도록 설계될 수 있으며, 이런 의미에서 안테나는 "이득"을 가질 수 있습니다. 안테나는 실제로 신호에 전력을 추가하는 것이 아니라 통신 시스템의 방향에 따라 전자기파를 집중시켜 전송 전력을 효과적으로 증가시킵니다(분명히 안테나 설계자가 송신기와 수신기 간의 공간적 관계를 알고 있을 때 이는 더 실용적입니다).
dBi 단위는 안테나 제조업체가 항상 인기 있는 dB 스케일을 사용하는 "이득" 수치를 지정할 수 있도록 합니다. 항상 그렇듯이 dB로 작업할 때는 비율이 필요하며, dBi의 경우 안테나 이득은 등방성 안테나의 이득을 참조하여 제공됩니다.
일부 안테나(예: 포물선 접시가 달린 안테나)는 상당한 이득을 가지므로 RF 시스템의 범위나 성능에 상당 부분 기여할 수 있습니다.
요약
- dB 스케일은 두 양 사이의 비율을 표현하는 방법입니다. RF 설계 및 테스트 맥락에서 편리하고 널리 사용됩니다.
- dB 수치는 본질적으로 상대적이지만, 표준화된 기준 값을 통합한 단위를 사용하여 dB 스케일을 통해 절대적인 양을 표현할 수 있습니다.
- 가장 흔한 절대 dB 단위는 dBm입니다. 이는 신호의 dB 전력을 1mW에 대한 값으로 나타냅니다.
- dBc 단위는 관련 신호의 전력을 기준으로 전력을 표현합니다.
- dBi 단위는 이상화된 점형 소스 안테나의 응답에 대한 안테나의 이득을 표현합니다.