功率与dBm的计算公式

本文详细解释了功率单位与dBm之间的转换公式,并通过实例展示了如何计算dBm值及功率增益。主要内容包括dB的基本概念、dBm的定义与计算、功率增益单位dBi和dBd的区别、相对功率大小的比较以及dBc的应用。文中还提供了经验公式简化计算过程。

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dbm的计算公式,希望对新手能够有点认识

dBm

功率单位 与P(瓦特)换算公式:

dBm=30+10lgP

(P:瓦 )

首先, DB 是一个纯计数单位:dB = 10logX。dB的意义其实再简单不过了,就是把一个很大(后面跟一长串0的)或者很小(前面有一长串0的)的数比较简短地表示出来。如:

X = 1000000000000000(多少个了?)= 10logX = 150 dB

X = 0.000000000000001 = 10logX = -150 dB

dBm 定义的是 miliwatt。 0 dBm = 10log1 mw;

dBw 定义 watt。 0 dBw = 10log1 W = 10log1000 mw = 30 dBm。

DB在缺省情况下总是定义功率单位,以 10log 为计。当然某些情况下可以用信号强度(Amplitude)来描述功和功率,这时候就用 20log 为计。不管是控制领域还是信号处理领域都是这样。比如有时候大家可以看到 dBmV 的表达。

在dB,dBm计算中,要注意基本概念。比如前面说的 0dBw = 10log1W = 10log1000mw = 30dBm;又比如,用一个dBm 减另外一个dBm时,得到的结果是dB。如:30dBm - 0dBm = 30dB。

一般来讲,在工程中,dB和dB之间只有加减,没有乘除。而用得最多的是减法:dBm 减 dBm 实际上是两个功率相除,信号功率和噪声功率相除就是信噪比(SNR)。dBm 加 dBm 实际上是两个功率相乘,这个已经不多见(我只知道在功率谱卷积计算中有这样的应用)。dBm 乘 dBm 是什么,1mW 的 1mW 次方?除了同学们老给我写这样几乎可以和歌德巴赫猜想并驾齐驱的表达式外,我活了这么多年也没见过哪个工程领域玩这个。

dB是功率增益的单位,表示一个相对值。当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时,可按公式10 lg A/B计算。例如:A功率比B功率大一倍,那么10 lg A/B = 10 lg 2 = 3dB。也就是说,A的功率比B的功率大3dB;如果A的功率为46dBm,B的功率为40dBm,则可以说,A比B大6dB;如果A天线为12dBd,B天线为14dBd,可以说A比B小2dB。

dBm是一个表示功率绝对值的单位,计算公式为:10lg功率值/1mW。例如:如果发射功率为1mW,按dBm单位进行折算后的值应为:10 lg 1mW/1mW = 0dBm;对于40W的功率,则10 lg(40W/1mW)=46dBm。

1、dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。

[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。

[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:

10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi 和dBd

dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值,

但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子, 所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出 来要大2. 15。

[例3] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi (一般忽略小数位,为18dBi)。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为 15dBd(17dBi)。

3、dB

dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时, 按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)

[例6] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。

也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。

[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。

[例8] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。

[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。

4、dBc

有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。 一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与

载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等) 以及耦合、杂散等的相对量值。

在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。

搞无线和通信经常要碰到的dBm, dBi, dBd, dB, dBc

1、dBm

dBm是一个考征功率绝对值的值,计算公式为:10lgP(功率值/1mw)。

[例1] 如果发射功率P为1mw,折算为dBm后为0dBm。

[例2] 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:

10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

2、dBi 和dBd

dBi和dBd是考征增益的值(功率增益),两者都是一个相对值, 但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,所以两者略有不同。一般认为,表示同一个增益,用dBi表示出来比用dBd表示出来要大2. 15。

[例3] 对于一面增益为16dBd的天线,其增益折算成单位为dBi时,则为18.15dBi(一般忽略小数位,为18dBi)。

[例4] 0dBd=2.15dBi。

[例5] GSM900天线增益可以为13dBd(15dBi),GSM1800天线增益可以为15dBd(17dBi)。

3、dB

dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率)

[例6] 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是说,甲的功率比乙的功率大3 dB。

[例7] 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。

[例8] 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。

[例9] 如果甲天线为12dBd,乙天线为14dBd,可以说甲比乙小2 dB。

4、dBc

有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。 在采用dBc的地方,原则上也可以使用dB替代。

经验算法:

有个简便公式:0dbm=0.001w 左边加10=右边乘10

所以0+10DBM=0.001*10W 即10DBM=0.01W

故得20DBM=0.1W 30DBM=1W 40DBM=10W

还有左边加3=右边乘2,如40+3DBM=10*2W,即43DBM=20W,这些是经验公式,蛮好用的。

所以-50DBM=0DBM-10-10-10-10-10=1mw/10/10/10/10/10=0.00001mw。


### 关于示波器 FFT 频谱幅值计算公式及其 dBm 转换 在示波器中进行 FFT 计算时,频谱的幅值可以通过线性幅度(Linear Magnitude, Volts)或其他形式表示。为了将这些结果转换为功率单位(如 dBm),需要遵循特定的数学关系。 #### 线性幅度到 dBm 的转换过程 线性幅度 \( V \) 可以通过以下公式转换为功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)并进一步转化为 dBm 单位: \[ P_{dBm} = 10 \cdot \log_{10}\left( \frac{V^2}{R_0} \right) + P_{ref} \] 其中: - \( V \): 是信号的 RMS 值 (Volts),通常由 FFT 结果中的实部虚部分量计算得出。 - \( R_0 \): 是负载阻抗,一般取标准值 \( 50 \Omega \)[^1]。 - \( P_{ref} \): 是参考功率对应的分贝偏移值,在 dBm 中默认为 \( 10 \cdot \log_{10}(1 \text{ mW}) = 0 \). 对于基于 FFT 输出的线性幅度 \( A \) (即峰值电压而非 RMS 值),可以先将其转为 RMS 幅度再代入上述公式: \[ V_{rms} = \frac{A}{\sqrt{2}} \] 因此完整的转换公式变为: \[ P_{dBm} = 10 \cdot \log_{10}\left(\frac{\left(A / \sqrt{2}\right)^2}{R_0}\right)+30 \] 这里加上的常数项 \(+30\) 来自于定义 \(1 \text{ W} = 1000 \text{ mW}\) 对应的对数值[^2]. 以下是 Python 实现该转换的一个简单例子: ```python import math def linear_to_dbm(amplitude_volts, resistance=50): """ Convert a given amplitude from volts to dBm. Parameters: amplitude_volts : float The peak voltage magnitude obtained via FFT result. resistance : int or float Resistance value used for power calculation; default is 50 Ohms. Returns: dbm_value : float Calculated power level in dBm unit. """ vrms = amplitude_volts / math.sqrt(2) wattage = vrms ** 2 / resistance dbm_value = 10 * math.log10(wattage * 1e3) return round(dbm_value, 4) # Example usage amplitude_peak_volt = 1.414 # Peak Voltage Value e.g., sqrt(2)V approximates ~1Volt RMS resistance_load = 50 # Standard Load Impedance of Oscilloscope Probes etc. result_in_dbm = linear_to_dbm(amplitude_peak_volt, resistance=resistance_load) print(f"The calculated power spectrum density in dBm is {result_in_dbm}") ``` 此脚本会输出给定峰值得对应 dBm 数值作为结果。 #### 不同品牌间差异的影响分析 值得注意的是不同品牌的仪器可能会采用不一样的算法或者设定来处理数据展示问题。比如力科(LeCroy)倾向于利用绝对功率基准\(1 \mathrm{~mW}\)(毫瓦特)来进行标准化显示;而泰克tronix(Tek)则更偏好相对电平基准\(1 \mathrm{VRMS}\). 这种区别最终体现在用户界面所呈现出来的图形曲线形态有所变化上[^2].
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