分貝(dB)是一個(gè)對(duì)數(shù)單位，它表示一個(gè)物理量(如電壓、功率或天線增益)與一個(gè)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(rèn)識(shí)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(cè)量。

根據(jù) Bell 的定義，一個(gè)單位的貝爾增益為

式中， 是一根標(biāo)準(zhǔn)電話線(幾乎1英里長(zhǎng))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(gè)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(gè)對(duì)數(shù)單位。則分貝數(shù)

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

上式表示兩個(gè)功率量比值的分貝數(shù)，稱為相對(duì)功率級(jí)(電平)。相對(duì)級(jí)(電平)只能說明兩個(gè)功率的相對(duì)關(guān)系，卻無法知道其絕對(duì)值。正分貝表示功率比大于 1，負(fù)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(guó)際上統(tǒng)一使用的電信傳輸單位，在電信技術(shù)領(lǐng)域，為了準(zhǔn)確計(jì)量信號(hào)在電路中各點(diǎn)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(cè)量單位，而采用“電平”這樣一個(gè)概念。

一個(gè)信號(hào)的大小用相對(duì)于某一基準(zhǔn)值的功率比值、電壓比值或電流比值的對(duì)數(shù)關(guān)系來表示，便稱之為“傳輸電平”。此時(shí)，分貝就是傳輸電平的單位，稱為“傳輸單位”。

絕對(duì)電平：如果在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中取定某一量值作為基準(zhǔn)，那么由此所確定的電平值稱為“絕對(duì)電平”(即電信號(hào)在某點(diǎn)的功率與基準(zhǔn)功率的比值取對(duì)數(shù)乘 10)。

被取定的基準(zhǔn)值的電平稱為“零電平”。由于在電信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)都是弱信號(hào)，一般功率很小，因而目前世界各國(guó)皆取1毫瓦(1mW)為功率基準(zhǔn)值，1 毫瓦便稱為“零電平功率”。

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

分貝的優(yōu)點(diǎn)

上面已經(jīng)提到，分貝是一個(gè)對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)單位。那么，為什么要采用對(duì)數(shù)計(jì)數(shù)法呢?

首先，我們的聽(視)覺器官對(duì)于聲音(光)強(qiáng)度的敏感度符合對(duì)數(shù)規(guī)律。

例如，當(dāng)揚(yáng)聲器的輸出功率由 1 瓦增大到 2 瓦，我們并不會(huì)感到響度也增加了 1 倍，因?yàn)榇藭r(shí) lg2(=0.3)。正因?yàn)槿绱耍覀儾捎梅重愖鳛橛?jì)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(jì)量單位，使用對(duì)數(shù)運(yùn)算性質(zhì)，可以使工程中的乘除運(yùn)算變成為簡(jiǎn)單的加減運(yùn)算，極大的降低了計(jì)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(dá)相關(guān)物理量能極大降低使用者必須使用的動(dòng)態(tài)范圍。

例如，雷達(dá)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率可以達(dá)到數(shù)千千瓦，而接收機(jī)的接收功率卻只有毫瓦級(jí)別，其間的差距非常大。如果使用分貝(dB)表示雷達(dá)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(dòng)態(tài)范圍。

分貝在雷達(dá)中的應(yīng)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(duì)值

功率 1 W 對(duì)應(yīng)的分貝單位 dBW，即

功率 1 mW 對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的分貝為 dBsm，分貝數(shù)就表示 RCS。更精確地說，一個(gè) RCS 為( )的目標(biāo)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(shí)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(zhuǎn)換

常見分貝數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值如下表所示。

數(shù)值轉(zhuǎn)為分貝數(shù)

將數(shù)值用科學(xué)計(jì)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(duì)應(yīng)的分貝數(shù)值由上表所示，例如：2.5 對(duì)應(yīng) 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(gè)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(duì)于小數(shù)部分，3 dB 基本上精確對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)于 1.25(5/4)，因此加上一個(gè)負(fù)號(hào)可以顛倒比值，即 -1 dB 代表 0.8。根據(jù) 1.25 和 0.8 這兩個(gè)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(zhuǎn)為數(shù)值

將分貝數(shù)分為個(gè)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(gè)位分貝數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，例如：6 dB = 4。

分貝數(shù)值除個(gè)位部分外的數(shù)值除以 10 即為科學(xué)計(jì)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(xué)計(jì)數(shù)法的冪次。

上述兩部分相乘得到用科學(xué)計(jì)數(shù)法表示的數(shù)值，例如： 。

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

原文標(biāo)題：雷達(dá)中無處不在的分貝(dB)

文章出處：【微信公眾號(hào)：云腦智庫(kù)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

審核編輯：湯梓紅