القوة والسعة: واط ، فولت وديسيبل المشار إليه

المُقدّمة
في تطبيقات التردد اللاسلكي (ولكن أيضًا في الكثير من التطبيقات الأخرى) يعد أمرًا شائعًا للغاية للتعامل مع الإشارات الكبيرة والصغيرة جدًا. على سبيل المثال ، قد يرسل جهاز الإرسال والاستقبال طاقة 100 W ويستقبل 10 fW فقط (أو 0.000'000'000'000'01 W). قد تشترك مستويات الطاقة المختلفة للغاية في نفس الدوائر. بالطبع ، يمكن التعبير عن هذه الأشكال في واتس باستخدام الترميز الهندسي (كما هو مذكور أعلاه) أو مع الترميز العلمي ، مثل 1 · 102 W و 1 · 10-14 W ، لكن يصعب نطقها وإذا تم إملاء الأس ، الخطأ الناتج سيكون كبيرا.

هناك طريقة أخرى هي اتخاذ اللوغاريتم وتحويل جميع القوى في ديسيبل. أصبح 100 W + 50 dBm و 10 مهاجمًا - 110 dBm: هذه الأشكال أسهل بكثير في التعامل معها عن ظهر قلب والكتابة. ثم ، إذا تم التعبير عن التوهين واكتساب كتل دوائر مختلفة بالوحدة dB ، للعثور على القدرة النهائية ، يمكن للمرء ببساطة إضافة كل شيء معًا بدلاً من الضرب ، مما يؤدي إلى تبسيط العمليات الحسابية.

ليس الجميع مرتاحًا للوحدات dB و dBm والوحدات المماثلة (الزائفة): ليست هناك حاجة صارمة لاستخدامها ، لكنها تستخدم على نطاق واسع في الهندسة بحيث يصعب تجنبها.

بعض النظرية
يتم استخدام ديسيبل (ديسيبل) للتعبير عن نسب الطاقة بطريقة لوغاريتمية ، بحيث يمكن مقارنة القوى الكبيرة والصغيرة جداً باستخدام أرقام مريحة. وحدة الديسيبل عبارة عن وحدة شبه زائفة بدون أبعاد نظرًا لتعريفها بنسبة اثنين من القوى. ولكن نظرًا لأن الديسيبل سهلة الاستخدام ، للتعبير عن القوة الحقيقية بدلاً من مجرد نسبة بدون أبعاد ، يتم استخدام الديسيبلات المشار إليها غالبًا.

إذا تحدثنا عن الطاقة ، فإن المعادلة التالية تحدد مستوى القدرة P بوحدة dB للقدرة p في W المشار إليها بوحدة الطاقة p0:

عامل 10 هو أن ديسيبل هي "العاشرة من أجراس". لكنني لم أسمع قط عن أي قياس يتم في Bells ، يتم استخدام الديسيبل فقط.

الوحدة الأكثر شيوعًا هي dBm (نطق "dBm") المعروف أيضًا باسم dBmW أو ديسيبل-مللي واط: إنه فقط مستوى القدرة في ديسيبل مقارنةً بالقدرة المرجعية لـ p0 = 1 mW. أحيانًا يتم استخدام dBW أيضًا ويعبرون عن نسبة القدرة بالنسبة إلى p0 = 1 W ، ولكنها ليست شائعة جدًا.

كما هو موضح في المخطط أعلاه ، فإن التأثير اللوغاريتمي لتحويل الديسيبل واضح تمامًا. كما يمكن للمرء أن يرى على قطعة الأرض هذه ، dBm و dBW ليسا سوى خطين مستقيمين مفصولين عن 30 dB: لتحويل dBm إلى dBW ببساطة قم بطرح 30.

في بعض المجالات ، مثل استقبال التلفزيون التمثيلي ، من الشائع قياس الجهد بدلاً من الطاقة. هذه ليست مشكلة طالما كانت المعاوقة معروفة وثابتة (عادة ما تستخدم أجهزة الاستقبال التلفزيونية 75 Ω).

يمكن أن تستفيد الفولتية المطلقة أيضًا من مقياس لوغاريتمي ديسيبل باستخدام ديسيبل ميكروفولت (ديسيبل) وديسيبل فولت (ديسيبل). الأكثر شيوعًا هو dBμV الذي يعبر عن نسبة الجهد نسبة إلى u0 = 1 μV. أحيانًا يتم استخدام dBV أيضًا ويعبرون عن نسبة الجهد نسبة إلى u0 = 1 V.

احذر أن تستخدم الفولتية "20" بدلاً من "10" في صيغة dB الخاصة بهم. وذلك لأن الديسيبل تُعرَّف دائمًا بأنها حصص القدرة ؛ إذا كان لدينا فقط الفولتية ، فعلينا تربيعها أولاً للعثور على القوة. قوة هذه الثانية ، عند إخراجها من اللوغاريتم ستضاعف عامل 10 الحالي بواسطة 2.

كما هو موضح في المخطط أعلاه وعلى نحو مماثل كما كان من قبل ، فإن التأثير اللوغاريتمي لتحويل الديسيبل واضح تمامًا أيضًا بالنسبة للجهد الكهربي. كما يمكن للمرء أن يرى على هذا المخطط ، فإن dBμV و dBV هما فقط خطان مستقيمان يفصل بينهما 120 dB: لتحويل dBμV إلى dBV ببساطة قم بطرح 120.

الآن ، إذا كنا نريد التحويل من الطاقة إلى الجهد والعكس ، نحتاج إلى معرفة المعاوقة. نحن فقط نستخدم المعادلة التالية:

يكون هذا التحويل صالحًا فقط عندما تكون المعاوقة Zc حقيقية ويتوافق الحمل مع خط النقل.

إذا رسمنا مستوى القدرة بالوحدة dBm ومستوى السعة بالوحدة dBμV كدالة للقدرة في W لمقاومة معينة (هنا Zc = 50 Ω) نحصل على ما يلي:

كما كان من قبل ، لدينا خطان متوازان 107 ديسيبل على حدة. لذلك ، للتحويل من dBm إلى dBμV ، ببساطة أضف 107 dB لـ Zc = 50 Ω ، أضف 109 dB لـ Zc = 75 Ω ، أضف 115 dB لـ Zc = 300 Ω أو أضف 118 dB لـ Zc = 600 Ω.

اعتبارات عملية
للوهلة الأولى ، قد يعتقد المرء أنه بسبب اللوغاريتم ، فإن حاسبة الجيب ضرورية للغاية للتعامل مع dBm. في الواقع ، يمكن بسهولة إجراء حساب تقريبي في رأسك. عليك أن تتذكر ثلاث حقائق فقط:
 قوة 1 mW هي 0 dBm.
 في كل مرة تتضاعف فيها الطاقة ، أضف 3 dB.
 في كل مرة تزداد فيها الطاقة بعامل 10 ، أضف 10 dB.

الآن ، دعونا ننظر في بعض الأمثلة: لنفترض أن لدينا مستوى طاقة 26 ديسيبل. يمكننا كتابة 26 dBm = 0 dBm + 10 dB + 10 dB + 3 dB + 3 dB ، ومع وجود قواعد البساط الثلاثة السابقة ، يمكننا بسهولة العثور على القوة عن طريق إجراء 1 mW · 10 · 10 · 2 · 2 .

مثال آخر: افترض أن لدينا –33dBm: يمكننا الكتابة كـ –33 dBm = 0 dBm - 10 dB - 10 dB - 10dB - 3 dB ، ونجد 1 mW / 10 / 10 / 10 = 2 / 0.5 =

يعمل هذا أيضًا بالطريقة الأخرى ، على سبيل المثال 50 mW ليست سوى 1 mW · 10 · 10 / 2. في dBm ، لدينا 0 dBm + 10 dB + 10 dB –3 dB = 17 dBm.

هذا يتطلب بعض الممارسة ولكن من السهل جدا القيام به. ليست دقيقة مثل آلة حاسبة الجيب لأنك لا يمكن أن تكون دقيقًا إلا في N 2 dB لكن ، على هذا المجهود ، يعطي فكرة جيدة عن قوة الإشارة.

تعمل طريقة مماثلة أيضًا مع dBμV ، لكن القواعد مختلفة:
 سعة 1 μV هي 0 dBμV.
 في كل مرة تتضاعف السعة ، أضف 6 ديسيبل.
 في كل مرة تزداد فيها السعة بعامل 10 ، أضف 20 dB.

قد تتفاجأ من العمليات الحسابية بالديسيبل الموضحة من قبل ، حيث تتم إضافة dB إلى dBm ، وهو أمر غريب جدًا. وذلك لأن الديسيبل وحدات زائفة ولا تتصرف كالمعتاد. يتم التعبير عن نسبة القوتين في ديسيبل ولكن بدون أبعاد: على سبيل المثال 3 ديسيبل يعني فقط "ضعف ما". القدرة المعبر عنها بوحدة dBm هي حقًا قوة: على سبيل المثال ، 10 dBm تعني "10 أضعاف قوة 1 mW" ، وهي 10 mW.

الآن ، عند إضافة ديسيبل (ديسيبل ، ديسيبل ، ...) ، بسبب طبيعتها اللوغاريتمية ، فأنت في الواقع تضرب الأرقام الأصلية معًا. لذلك ، إذا أضفت ربحًا من 3 dB إلى قوة قدرها 10 dBm ، فستحصل على 13 dBm. ولكن ما قمت به حقًا ، هو ضرب عامل 2 بقوة 10 mW التي تحصل على 20 mW ، وهي 13 dBm!

حتى الآن جيد جدًا ، الإضافة في رأسك أسهل بكثير من الضرب ، وهذا يجعل الديسيبل سهل الاستخدام. ولكن هناك مشكلة: بما أن إضافة الديسيبل معًا تتوافق مع ضرب العوامل الأصلية ، فكيف يمكن للمرء أن يضيف (يجمع) قوة الإشارة. حسنا ، أنت لا تستطيع ذلك. لا يمكنك إضافة dBm إلى dBm. على سبيل المثال ، إذا كان لديك دائرة أو جهاز يجمع بين قوة إشارة واحدة من 10 dBm (10 mW) مع قوة إشارة أخرى من 13 dBm (20 mW) ، تكون النتيجة 10 mW + 20 mW = 30 ميغاواط وهو 14.8 ديسيبل. لا توجد طريقة للقيام بذلك مباشرة في ديسيبل ، يجب عليك تحويل كل القوى في واتس ، وإضافتها معا وتحويلها في ديسيبل. هذا هو الحد الكبير من ديسيبل ومأزق مشترك. لحسن الحظ هذه العملية ليست شائعة جدا.

إذا كنت ترغب في بناء محطة راديو ، فقم بتعزيز جهاز إرسال راديو FM أو تحتاج إلى أي محطة أخرى معدات FM ، لا تتردد في الاتصال بنا: [البريد الإلكتروني محمي].

اترك رسالة 

قائمة الرسالة