dB (Decibel) es la escala más importante y de uso frecuente en el campo de RF, pero también es comprensiblemente difícil y confuso para alguien que acaba de ser presentado.

Desafortunadamente, si no puede comprender a fondo esta escala importante, entonces tendrá enormes dificultades para que su expedición de RF continúe.

El manejo de números de ganancia, voltaje y potencia que mezclan dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, vatios, milivatios, voltios, milivoltios, etc., a menudo requiere la conversión de valores lineales a decibelios.

Vi a muchos jóvenes de RF que ignoraron la importancia de comprender dB, y finalmente se dieron cuenta de que tenían que aprender bien este simple término si querían ir más allá en el campo de RF.

Este breve tutorial lo ayudará a aclarar la diferencia entre trabajar con decibelios y trabajar con valores lineales.

Conceptos básicos de logaritmo
Usar decibelios implica trabajar con logaritmos, y este es el mínimo conocimiento matemático que debes tener.

Por lo tanto, debemos analizar el logaritmo antes de hablar sobre dB.

Comencemos con esta simple matemática que aprendió en la escuela secundaria:

Las personas tienden a cometer menos errores al sumar y restar números, por lo que la ventaja de los logaritmos es evidente.

Ahora revisemos estos, según una tabla de registro base = 10:

Dado que 10 elevado a la potencia de 3 es igual a 1,000, el logaritmo de 10 en base 1,000 es 3 (log10 (1,000) = 3).

Esta es la ley básica de los logaritmos:

Si a = 10, entonces simplemente podemos escribir log (c) = by log (100) = 2, log (1,000) = 3, y así sucesivamente.

Ahora vamos más allá con un ejemplo:

Está diseñando un receptor simple de la siguiente manera:

Por razones de fácil comparación, trabajaremos primero con valores lineales, y todas las ganancias / pérdidas están relacionadas con el 'voltaje'.

* Ganancia de antena: 5.7
* Ganancia de amplificador de bajo ruido (LNA): 7.5
* Ganancia del mezclador: 4.6
* SI Ganancia / Pérdida de filtro: 0.43
*SI amplificador de ganancia: 12.8
* Ganancia de demodulador: 8.7
* Ganancia del amplificador de audio: 35.6

La ganancia total en valor lineal desde la antena hasta la salida del amplificador de audio de la última etapa es:

Sería muy difícil recordar estos números pero, desafortunadamente, necesita manejar muchos números en el campo de RF. Por lo tanto, debemos encontrar una manera más fácil de lidiar con ellos.

Ahora tomemos una ruta más fácil usando el mismo receptor. En lugar de usar valores lineales, los transferimos a logaritmos.

* Ganancia de la antena: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Ganancia del amplificador de bajo ruido: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Ganancia del mezclador: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* IF ganancia / pérdida del filtro: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Ganancia del amplificador IF: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Ganancia del demodulador: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Ganancia del amplificador de audio: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Ganancia total: 335,229.03 (log 335,229.03 = 5.53)

La ganancia total, 335,229.03 en valor lineal, es igual a 5.53 si se transfiere al logaritmo.

En lugar de usar multiplicaciones, puede sumar esas ganancias individuales para obtener la ganancia total, después de ser transferido primero a los logaritmos, con un valor mucho más pequeño y más corto. ¿No es mucho más fácil de calcular y recordar?

El único problema que puede que no le guste mucho es que necesita familiarizarse con el cálculo del logaritmo pero, créame, pronto será bastante bueno con esta poderosa función y disfrutará de usarla todos los días.

Nunca intente evitar usarlo si realmente quiere trabajar en el campo de RF.

De hecho, ya no usará valores lineales una vez que trabaje en el campo de RF durante 1 o 2 años.

Lo único que usará es 'dB'.

Conceptos básicos de dB
Continuemos con este útil término 'dB', algo que usará en cada momento cuando trabaje en proyectos de RF.

Ganancia de voltaje en dB:
Necesitamos hablar sobre la ganancia de voltaje y la ganancia de potencia por separado y unirlas para ver si son lo mismo.

Comencemos con la ganancia de voltaje primero:

Un decibel (dB) se define como 20 veces el logaritmo de base 10 de una relación entre dos niveles de voltaje Vout / Vin (ganancia de voltaje, en otras palabras).

Por tanto, todas las ganancias superiores a 1 se expresan como decibeles positivos (> 0) y las ganancias inferiores a 1 se expresan como decibeles negativos (<0).

Busquemos la ganancia en dB para el ejemplo del receptor anterior.

*Ganancia de la antena: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* Ganancia del amplificador de bajo ruido: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Ganancia del mezclador: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* IF ganancia / pérdida del filtro: 0.43 (20log 0.43 = -7.3)
* IF ganancia del amplificador: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Ganancia del demodulador: 8.7 (20log 8.7 = 18.8)
* Ganancia del amplificador de audio: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* Ganancia total: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Nuevamente, puede sumar esas ganancias individuales para obtener la ganancia total en dB.

Ganancia de potencia en dB:

Antes de hablar sobre la ganancia de potencia en dB, necesitamos conocer la relación entre voltaje y potencia.

Todos lo sabemos, para una onda sinusoidal V voltios aplicada a una carga de resistencia R ohmios,

La mayoría de los circuitos de RF usan 50 ohmios como fuente y la impedancia de carga, por lo que si el voltaje a través de la resistencia es 7.07V (rms), entonces

Por lo tanto, la ganancia de potencia es proporcional al cuadrado de ganancia de voltaje, por ejemplo, si la ganancia de voltaje es 5, entonces la ganancia de potencia sería 25, y así sucesivamente.

Podemos definir la ganancia de potencia en dB a continuación:

Un decibelio (dB) se define como 10 veces el logaritmo de base 10 de una relación entre dos niveles de potencia Pout / Pin (ganancia de potencia, en otras palabras).

¿Confundido con los valores de dB entre ganancia de voltaje y ganancia de potencia? Las cosas se aclararán si sigue leyendo.

Volvamos a ver el ejemplo anterior nuevamente:

* Ganancia de antena: 5.7
* Ganancia de amplificador de bajo ruido (LNA): 7.5
* Ganancia del mezclador: 4.6
* SI Ganancia / Pérdida de filtro: 0.43
*SI amplificador de ganancia: 12.8
* Ganancia de demodulador: 8.7
* Ganancia del amplificador de audio: 35.6

Todas las ganancias / pérdidas están relacionadas con el 'voltaje'. El valor lineal del voltaje de la antena nuevamente es 5.7 (15.1 dB) y la ganancia de potencia sería:

La ganancia de voltaje es exactamente la misma que la ganancia de potencia en dB.

Entonces podemos reescribir este ejemplo nuevamente con todas las ganancias / pérdidas lineales siendo transferidas a 'poder':

* Ganancia de la antena: 32.49 (15.1 dB)
* Ganancia del amplificador de bajo ruido: 56.25 (17.5 dB)
* Ganancia del mezclador: 21.16 (13.3 dB)
* Ganancia / pérdida del filtro de FI: 0.18 (-7.3 dB)
* Ganancia del amplificador de FI: 163.84 (22.1 dB)
* Ganancia del demodulador: 75.69 (18.8 dB)
* Ganancia del amplificador de audio: 1267.36 (31.0 dB)
* Ganancia total: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

Sin embargo, la única razón por la que podría usar la ganancia de voltaje es porque puede medir fácilmente el voltaje usando un osciloscopio, pero no es práctico medir el voltaje cuando la frecuencia de radio es superior a 500 MHz.

Porque puede tener problemas de precisión al usar el osciloscopio para medir frecuencias de radio.

No digo que el osciloscopio no sea útil, solo dije que no mido el voltaje de RF usando el osciloscopio si no hay una razón específica para esta necesidad.

Más del 90% del tiempo, uso el analizador de espectro para medir la señal de RF.

Este es un tema para otra publicación.

Un valor de ganancia que ve en la hoja de datos siempre está relacionado con la ganancia de potencia en dB, no con una ganancia de voltaje o valor lineal.

Resumiremos este artículo con un ejemplo simple:

Un amplificador con una ganancia de 15 dB:

Desde 15 dB = 10log (Pout / Pin)
La ganancia de potencia en valor lineal es:

Puchero / Pin = 10 (15/10) = 31.62
Y desde 15 dB = 20log (Vout / Vin)
La ganancia de voltaje en valor lineal es:

Vout / Vin = 10 (15/20) = 5.62
Y, 5.622 = 31.62

Espero que hayas aprendido algo de este artículo. Si ya sabía claramente todo lo que he mencionado aquí, entonces, felicidades, está en el camino correcto hacia el campo de RF.

Si todavía está confundido después de leer este artículo por un par de veces, entonces no se preocupe, no está solo, simplemente respire hondo y léalo paso a paso nuevamente, o regrese después de leer más artículos de este blog

Tarde o temprano dominarás 'dB' sin ninguna dificultad.

A continuación hay algunas imágenes que creo que les resultarán útiles: