O dB (Decibel) é a escala mais importante e frequentemente usada no campo da RF, mas também é compreensivelmente difícil e confusa para alguém que acabou de ser apresentado a ela.

Infelizmente, se você não conseguir entender completamente essa escala importante, terá uma tremenda dificuldade para prosseguir com sua expedição de RF.

Lidar com números de ganho, tensão e potência que misturam dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, watts, miliwatts, volts, milivolts, etc., geralmente requer a conversão entre valores lineares e decibéis.

Eu vi muitos jovens bolsistas de RF que ignoraram a importância de entender o dB e acabaram percebendo que precisam aprender bem esse termo simples se quiserem ir mais longe no campo da RF.

Este breve tutorial o ajudará a esclarecer a diferença entre trabalhar com decibéis e trabalhar com valores lineares.

Noções básicas de logaritmo
O uso de decibéis envolve o trabalho com logaritmos, e este é o conhecimento mínimo de matemática que você deve ter.

Portanto, precisamos discutir o logaritmo antes de falar sobre dB.

Vamos começar com esta matemática simples que você aprendeu no ensino médio:

As pessoas tendem a cometer menos erros ao adicionar e subtrair números, portanto a vantagem dos logaritmos é aparente.

Agora vamos revisá-los, de acordo com uma tabela de log base = 10:

Como 10 elevado à potência de 3 é igual a 1,000, o log de base 10 de 1,000 é 3 (log10 (1,000) = 3).

Esta é a lei básica dos logaritmos:

Se a = 10, podemos simplesmente escrever log (c) = b e log (100) = 2, log (1,000) = 3 e assim por diante.

Agora vamos além com um exemplo:

Você está projetando um receptor simples da seguinte maneira:

Por uma comparação fácil, trabalharemos primeiro com valores lineares, e todos os ganhos / perdas estão relacionados à 'tensão'.

* Ganho da antena: 5.7
* Ganho de amplificador de baixo ruído (LNA): 7.5
* Ganho do misturador: 4.6
* SE Ganho / Perda de Filtro: 0.43
*IF Ganho do amplificador: 12.8
* Ganho do Demodulador: 8.7
* Ganho do amplificador de áudio: 35.6

O ganho total no valor linear da antena até a última saída do amplificador de áudio do estágio é:

Seria muito difícil lembrar esses números, mas, infelizmente, você precisa lidar com muitos números no campo de RF. Portanto, precisamos encontrar uma maneira mais fácil de lidar com eles.

Agora vamos seguir um caminho mais fácil usando o mesmo receptor. Em vez de usar valores lineares, os transferimos para logaritmos.

* Ganho da antena: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Ganho do amplificador de baixo ruído: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Ganho do misturador: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* Ganho / perda do filtro IF: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Ganho do amplificador IF: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Ganho do Demodulador: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Ganho do amplificador de áudio: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Ganho Total: 335,229.03 (log 335,229.03 = 5.53)

O ganho total, 335,229.03 em valor linear, é igual a 5.53 se transferido para o logaritmo.

Em vez de usar multiplicações, você pode adicionar esses ganhos individuais para obter o ganho total, depois de serem transferidos para os logaritmos primeiro, com um valor muito menor e mais curto. Não é muito mais fácil calcular e lembrar?

O único problema que você pode não gostar muito é que você precisa se familiarizar com o cálculo do logaritmo, mas, acredite, em breve você será muito bom com essa função poderosa e gostará de usá-la todos os dias.

Nunca tente evitar usá-lo se você realmente estiver interessado em trabalhar no campo de RF.

Por uma questão de fato, você não usará mais os valores lineares assim que trabalhar no campo de RF por 1 ou 2 anos.

A única coisa que você usará é 'dB'.

dB Básico
Vamos continuar com esse termo útil 'dB', algo que você usará a todo momento quando trabalhar em projetos de RF.

Ganho de tensão em dB:
Precisamos falar sobre ganho de tensão e ganho de potência separadamente e reuni-los para ver se são a mesma coisa.

Vamos começar primeiro com o ganho de tensão:

Um decibel (dB) é definido como 20 vezes o logaritmo da base 10 de uma relação entre dois níveis de tensão Vout / Vin (ganho de tensão, em outras palavras).

Todos os ganhos maiores que 1 são, portanto, expressos como decibéis positivos (> 0) e ganhos menores que 1 são expressos como decibéis negativos (<0).

Vamos encontrar o ganho em dB para o exemplo do receptor anterior.

*Ganho da antena: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* Ganho do amplificador de baixo ruído: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Ganho do misturador: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* Ganho / perda do filtro IF: 0.43 (20log 0.43 = -7.3)
* Ganho do amplificador IF: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Ganho do Demodulador: 8.7 (20log 8.7 = 18.8)
* Ganho do amplificador de áudio: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* Ganho Total: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Novamente, você pode somar esses ganhos individuais para obter o ganho total em dB.

Ganho de potência em dB:

Antes de falar sobre ganho de potência em dB, precisamos conhecer a relação entre tensão e potência.

Todos sabemos, para uma onda senoidal V volts aplicada a uma carga de resistor R ohms,

A maioria dos circuitos de RF usa 50 ohms como impedância de fonte e carga; portanto, se a tensão no resistor for de 7.07V (rms), então

Portanto, o ganho de potência é proporcional ao quadrado do ganho de tensão, por exemplo, se o ganho de tensão for 5, o ganho de potência será 25 e assim por diante.

Podemos definir o ganho de potência em dB abaixo:

Um decibel (dB) é definido como 10 vezes o logaritmo da base 10 de uma razão entre dois níveis de potência Pout / Pin (ganho de potência, em outras palavras).

Confuso com os valores de dB entre ganho de tensão e ganho de potência? As coisas ficarão claras se você continuar lendo.

Vamos voltar para ver o exemplo anterior novamente:

* Ganho da antena: 5.7
* Ganho de amplificador de baixo ruído (LNA): 7.5
* Ganho do misturador: 4.6
* SE Ganho / Perda de Filtro: 0.43
*IF Ganho do amplificador: 12.8
* Ganho do Demodulador: 8.7
* Ganho do amplificador de áudio: 35.6

Todos os ganhos / perdas estão relacionados à 'tensão'. O valor linear da tensão da antena novamente é 5.7 (15.1 dB) e o ganho de potência seria:

!! O ganho de tensão é exatamente o mesmo que o ganho de potência em dB.

Portanto, podemos reescrever este exemplo novamente com todos os ganhos / perdas lineares sendo transferidos para 'poder':

* Ganho de antena: 32.49 (15.1 dB)
* Ganho do amplificador de baixo ruído: 56.25 (17.5 dB)
* Ganho do misturador: 21.16 (13.3 dB)
* Ganho / perda do filtro IF: 0.18 (-7.3 dB)
* Ganho do amplificador de IF: 163.84 (22.1 dB)
* Ganho do Demodulador: 75.69 (18.8 dB)
* Ganho do amplificador de áudio: 1267.36 (31.0 dB)
* Ganho total: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

No entanto, o único motivo pelo qual você pode usar o ganho de tensão é porque você pode medir facilmente a tensão usando o osciloscópio, mas é impraticável medir a tensão quando a frequência de rádio é superior a 500 MHz.

Porque você pode ter problemas de precisão usando o osciloscópio para medir frequências de rádio.

Não estou dizendo que o osciloscópio não é útil, apenas disse que não medo a tensão de RF usando o osciloscópio se não houver uma razão específica para essa necessidade.

Mais de 90% do tempo, uso o analisador de espectro para medir o sinal de RF.

Este é um assunto para outro post.

Um valor de ganho que você vê na folha de dados está sempre relacionado ao ganho de potência em dB, não a um ganho de tensão ou valor linear.

Vamos resumir este artigo com um exemplo simples:

Um amplificador com um ganho de 15 dB:

Desde 15 dB = 10log (faneca / pino)
O ganho de potência em valor linear é:

Pout / Pin = 10 (15/10) = 31.62
E desde 15 dB = 20log (Vout / Vin)
O ganho de tensão no valor linear é:

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

Espero que você tenha aprendido algo com este artigo. Se você já sabia claramente tudo o que mencionei aqui, parabéns, está no caminho certo para o campo de RF.

Se você ainda estiver confuso depois de ler este artigo algumas vezes, não se preocupe, não está sozinho, respire fundo e leia-o passo a passo novamente ou volte depois de ler mais artigos de este blog.

Mais cedo ou mais tarde você dominará 'dB' sem nenhuma dificuldade.

Abaixo estão algumas imagens que acho que serão úteis: