分貝(dB)的由來/概念/優(yōu)點/應用

分貝(dB)是一個對數(shù)單位，它表示一個物理量(如電壓、功率或天線增益)與一個同類型的特定參考量的比。

分貝的由來

要想知道分貝(dB)的由來就必須先認識單位貝爾(Bell)，Alexander Graham Bell 提出使用貝爾(Bell)作為電話線中功率衰減的測量。

根據(jù) Bell 的定義，一個單位的貝爾增益為

式中， 是一根標準電話線(幾乎1英里長)的輸出功率， 是電話線的輸入功率。 如果用電壓(或電流)比替代功率比，那么一個單位的貝爾增益則定義為

而 1 分貝(dB，decibel)為 貝爾(前綴“deci”表示 )。因此 1 dB 定義為

故也可以說單位 dB(分貝)是以 Alexander Graham Bell 的名字命名。

分貝的概念

由上可知，分貝是一個對數(shù)單位。則分貝數(shù)

式中， 為功率等輸出量， 則是基準輸入功率等。 是以分貝為單位的數(shù)。

上式表示兩個功率量比值的分貝數(shù)，稱為相對功率級(電平)。相對級(電平)只能說明兩個功率的相對關系，卻無法知道其絕對值。正分貝表示功率比大于 1，負分貝表示功率比小于 1，零分貝表示功率比等于 1(即功率相等)。

分貝(dB)是國際上統(tǒng)一使用的電信傳輸單位，在電信技術領域，為了準確計量信號在電路中各點的功率、電壓和電流等的傳輸變化情況，一般不直接用瓦(W)、伏(V)和安(A)作為測量單位，而采用“電平”這樣一個概念。

一個信號的大小用相對于某一基準值的功率比值、電壓比值或電流比值的對數(shù)關系來表示，便稱之為“傳輸電平”。此時，分貝就是傳輸電平的單位，稱為“傳輸單位”。

絕對電平：如果在一個標準中取定某一量值作為基準，那么由此所確定的電平值稱為“絕對電平”(即電信號在某點的功率與基準功率的比值取對數(shù)乘 10)。

被取定的基準值的電平稱為“零電平”。由于在電信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柖际侨跣盘枺话愎β屎苄?，因而目前世界各國皆?毫瓦(1mW)為功率基準值，1 毫瓦便稱為“零電平功率”。

相對電平：在電路中任取一點(一般為電路始端)作為基本點，則用該點功率為基準功率計算的電平稱為“相對電平”(兩點間的絕對電平差)。

分貝的優(yōu)點

上面已經提到，分貝是一個對數(shù)計數(shù)單位。那么，為什么要采用對數(shù)計數(shù)法呢?

首先，我們的聽(視)覺器官對于聲音(光)強度的敏感度符合對數(shù)規(guī)律。

例如，當揚聲器的輸出功率由 1 瓦增大到 2 瓦，我們并不會感到響度也增加了 1 倍，因為此時 lg2(=0.3)。正因為如此，我們采用分貝作為計量單位，更能客觀地反映出人的感官的感覺特性。

此外，采用分貝作為傳輸電平的計量單位，使用對數(shù)運算性質，可以使工程中的乘除運算變成為簡單的加減運算，極大的降低了計算量。且傳輸單位采用分貝，還便于書寫和記憶。

最后，用 dB 表示雷達相關物理量能極大降低使用者必須使用的動態(tài)范圍。

例如，雷達發(fā)射機的發(fā)射功率可以達到數(shù)千千瓦，而接收機的接收功率卻只有毫瓦級別，其間的差距非常大。如果使用分貝(dB)表示雷達的發(fā)射、接收功率，則 1000 kW 可以表示為 10lg(1000*1000)=60 dB，1 mW 可以表示為 10lg(0.001)=-30 dB，極大的降低了其動態(tài)范圍。

分貝在雷達中的應用

表示功率增益

增益 = 輸出功率 / 輸入功率

表示功率損耗

損耗 = 輸入功率 / 輸出功率

表示功率絕對值

功率 1 W 對應的分貝單位 dBW，即

功率 1 mW 對應的分貝單位 dBm，即

從 dBW 得到 dBm，要增加 30 dB;而從 dBm 得到 dBW ，則要減去 30 dB

表示散射面積(RCS)

RCS 為 對應的分貝為 dBsm，分貝數(shù)就表示 RCS。更精確地說，一個 RCS 為( )的目標可以表示為 dBsm

表示天線增益

單位 dBi 代表天線前向增益與向所有方向等輻射時天線功率之比，分貝就表示天線增益

分貝數(shù)與一般數(shù)值的轉換

常見分貝數(shù)對應的數(shù)值如下表所示。

數(shù)值轉為分貝數(shù)

將數(shù)值用科學計數(shù)法表示，使數(shù)值分為小數(shù)部分和 10 的冪次部分。例如： 。

小數(shù)部分對應的分貝數(shù)值由上表所示，例如：2.5 對應 4 dB。

10 的冪次部分的分貝數(shù)為冪次數(shù)值乘以 10。例如：3 為 10 的冪次，則 10 的冪次部分分貝數(shù)為 30 dB。

上述兩個分貝數(shù)之和即為數(shù)值分貝數(shù)，例如：2500 = 4 dB+30 dB = 34 dB。

對于小數(shù)部分，3 dB 基本上精確對應比值 2。由于將分貝數(shù)相加具有將其所代表的比例相乘的同等效果，可以從 3 dB 所代表的比值中直接得出 6 dB 和 9 dB 所代表的比值。

其次，1 dB 約對應于 1.25(5/4)，因此加上一個負號可以顛倒比值，即 -1 dB 代表 0.8。根據(jù) 1.25 和 0.8 這兩個比值，就可以確定其余所有的數(shù)值。如下圖所示。

分貝數(shù)轉為數(shù)值

將分貝數(shù)分為個位數(shù)值和其他位數(shù)值兩部分相加，例如：36 dB = 30 dB + 6 dB。

從上表中找到與個位分貝數(shù)對應的數(shù)值，例如：6 dB = 4。

分貝數(shù)值除個位部分外的數(shù)值除以 10 即為科學計數(shù)法表示的數(shù)值的 10 的冪次，例如：30 dB/10 = 3，3即為數(shù)值的科學計數(shù)法的冪次。

上述兩部分相乘得到用科學計數(shù)法表示的數(shù)值，例如： 。

對于小數(shù)分貝數(shù)，則采用“四分之 dB 法則”：數(shù)值=1+(dB 的分數(shù))/4。如下圖所示。

原文標題：雷達中無處不在的分貝(dB)

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審核編輯：湯梓紅