Le dB (décibel) est l'échelle la plus importante et la plus utilisée dans le domaine RF, mais elle est aussi naturellement difficile et déroutante pour quelqu'un qui vient de l'initier.

Malheureusement, si vous ne pouvez pas bien comprendre cette échelle importante, vous aurez énormément de difficulté à faire avancer votre expédition RF.

La gestion des nombres de gain, de tension et de puissance qui mélangent dB, dBm, dBc, dBW, dBmW, watts, milliwatts, volts, millivolts, etc., nécessite souvent une conversion dans les deux sens entre les valeurs linéaires et les valeurs en décibels.

J'ai vu beaucoup de jeunes boursiers RF qui ont ignoré l'importance de comprendre le dB, ont finalement réalisé qu'ils doivent bien apprendre ce terme simple s'ils veulent aller plus loin dans le domaine RF.

Ce bref didacticiel vous aidera à clarifier la différence entre travailler avec des décibels et travailler avec des valeurs linéaires.

Bases du logarithme
L'utilisation de décibels implique de travailler avec des logarithmes, et c'est le minimum de connaissances en mathématiques que vous devriez avoir.

Nous devons donc discuter du logarithme avant de parler de dB.

Commençons par ce calcul simple que vous avez appris au collège:

Les gens ont tendance à faire moins d'erreurs lors de l'addition et de la soustraction de nombres, de sorte que l'avantage des logarithmes est apparent.

Passons maintenant en revue ceux-ci, par table de base = 10 journaux:

Puisque 10 élevé à la puissance 3 est égal à 1,000, le log en base 10 de 1,000 est 3 (log10 (1,000) = 3).

C'est la loi de base des logarithmes:

Si a = 10, alors nous pouvons simplement écrire log (c) = b, et log (100) = 2, log (1,000) = 3, et ainsi de suite.

Allons maintenant plus loin avec un exemple:

Vous concevez un récepteur simple comme suit:

Pour des raisons de comparaison facile, nous allons d'abord travailler avec des valeurs linéaires, et tous les gains / pertes sont liés à la «tension».

* Gain d'antenne: 5.7
* Gain d'amplificateur à faible bruit (LNA): 7.5
* Gain du mélangeur: 4.6
* Gain / perte du filtre IF: 0.43
*Gain de l'amplificateur IF: 12.8
* Gain du démodulateur: 8.7
* Gain de l'amplificateur audio: 35.6

Le gain total en valeur linéaire de l'antenne à la sortie de l'amplificateur audio du dernier étage est:

Il serait très difficile de se souvenir de ces nombres mais, malheureusement, vous devez gérer beaucoup de nombres dans le domaine RF. Nous devons donc trouver un moyen plus simple de les gérer.

Prenons maintenant un itinéraire plus facile en utilisant le même récepteur. Au lieu d'utiliser des valeurs linéaires, nous les transférons en logarithmes.

* Gain d'antenne: 5.7 (log 5.7 = 0.76)
* Gain d'amplificateur à faible bruit: 7.5 (log 7.5 = 0.88)
* Gain du mélangeur: 4.6 (log 4.6 = 0.66)
* Gain / perte du filtre IF: 0.43 (log 0.43 = -0.37)
*Gain d'amplificateur IF: 12.8 (log 12.8 = 1.11)
* Gain du démodulateur: 8.7 (log 8.7 = 0.94)
* Gain de l'amplificateur audio: 35.6 (log 35.6 = 1.55)
* Gain total: 335,229.03 (log 335,229.03 = 5.53)

Le gain total, 335,229.03 5.53 en valeur linéaire, est égal à XNUMX s'il est transféré au logarithme.

Au lieu d'utiliser des multiplications, vous pouvez additionner ces gains individuels pour obtenir le gain total, après avoir été transféré en logarithmes en premier, avec une valeur beaucoup plus petite et plus courte. N'est-ce pas beaucoup plus facile à calculer et à mémoriser?

Le seul problème que vous n'aimez peut-être pas beaucoup, c'est que vous devez vous familiariser avec le calcul du logarithme mais, croyez-moi, vous serez bientôt assez bon avec cette fonction puissante et apprécierez de l'utiliser tous les jours.

N'essayez jamais d'éviter de l'utiliser si vous êtes vraiment sérieux au sujet de travailler dans le domaine RF.

En fait, vous n'utiliserez plus autant de valeurs linéaires une fois que vous travaillerez dans le domaine RF pendant 1 ou 2 ans.

La seule chose que vous utiliserez est «dB».

Principes de base du dB
Continuons avec ce terme utile «dB», quelque chose que vous utiliserez à chaque instant lorsque vous travaillerez sur des projets RF.

Gain de tension en dB:
Nous devons parler séparément du gain de tension et du gain de puissance et les assembler pour voir s'ils sont la même chose.

Commençons par le gain de tension d'abord:

Un décibel (dB) est défini comme 20 fois le logarithme en base 10 d'un rapport entre deux niveaux de tension Vout / Vin (gain de tension, en d'autres termes).

Tous les gains supérieurs à 1 sont donc exprimés en décibels positifs (> 0), et les gains inférieurs à 1 sont exprimés en décibels négatifs (<0).

Trouvons le gain en dB pour l'exemple de récepteur précédent.

*Gain d'antenne: 5.7 (20log 5.7 = 15.1)
* Gain d'amplificateur à faible bruit: 7.5 (20log 7.5 = 17.5)
* Gain du mélangeur: 4.6 (20log 4.6 = 13.3)
* Gain / perte du filtre IF: 0.43 (20 log 0.43 = -7.3)
* Gain d'amplificateur IF: 12.8 (20log 12.8 = 22.1)
*Gain du démodulateur: 8.7 (20 log 8.7 = 18.8)
* Gain de l'amplificateur audio: 35.6 (20log 35.6 = 31.0)
* Gain total: 3.35229E + 05 (20log (3.35229E + 05) = 110.5)

Encore une fois, vous pouvez additionner ces gains individuels pour obtenir le gain total en dB.

Gain de puissance en dB:

Avant de parler de gain de puissance en dB, nous devons connaître la relation entre la tension et la puissance.

On le sait tous, pour une onde sinusoïdale V volts appliquée à une résistance de charge R ohms,

La plupart des circuits RF utilisent 50 ohms comme source et impédance de charge, donc si la tension aux bornes de la résistance est de 7.07 V (rms), alors

Par conséquent, le gain de puissance est proportionnel au carré du gain de tension, par exemple si le gain de tension est de 5, alors le gain de puissance serait de 25, et ainsi de suite.

On peut définir le gain de puissance en dB ci-dessous:

Un décibel (dB) est défini comme 10 fois le logarithme en base 10 d'un rapport entre deux niveaux de puissance Pout / Pin (gain de puissance, en d'autres termes).

Confondu avec les valeurs dB entre le gain de tension et le gain de puissance? Les choses deviendront claires si vous continuez à lire.

Revenons en arrière pour revoir l'exemple précédent:

* Gain d'antenne: 5.7
* Gain d'amplificateur à faible bruit (LNA): 7.5
* Gain du mélangeur: 4.6
* Gain / perte du filtre IF: 0.43
*Gain de l'amplificateur IF: 12.8
* Gain du démodulateur: 8.7
* Gain de l'amplificateur audio: 35.6

Tous les gains / pertes sont liés à la «tension». La valeur linéaire de la tension d'antenne est à nouveau de 5.7 (15.1 dB) et le gain de puissance serait:

!! Le gain de tension est exactement le même que le gain de puissance en dB.

Nous pouvons donc réécrire cet exemple à nouveau avec tous les gains / pertes linéaires transférés en «puissance»:

* Gain d'antenne: 32.49 (15.1 dB)
* Gain d'amplificateur à faible bruit: 56.25 (17.5 dB)
* Gain du mixeur: 21.16 (13.3 dB)
* Gain / perte du filtre IF: 0.18 (-7.3 dB)
* Gain d'amplificateur IF: 163.84 (22.1 dB)
* Gain du démodulateur: 75.69 (18.8 dB)
* Gain de l'amplificateur audio: 1267.36 (31.0 dB)
* Gain total: 1.12379E + 11 (110.5 dB)

Cependant, la seule raison pour laquelle vous pouvez utiliser le gain de tension est parce que vous pouvez facilement mesurer la tension à l'aide d'un oscilloscope, mais il n'est pas pratique de mesurer la tension lorsque la fréquence radio est supérieure à 500 MHz.

Parce que vous pouvez avoir un problème de précision en utilisant l'oscilloscope pour mesurer les fréquences radio.

Je ne dis pas que l'oscilloscope n'est pas utile, je viens de dire que je ne mesure pas la tension RF à l'aide d'un oscilloscope s'il n'y a pas de raison spécifique à ce besoin.

Plus de 90% du temps, j'utilise un analyseur de spectre pour mesurer le signal RF.

C'est un sujet pour un autre article.

Une valeur de gain que vous voyez dans la fiche technique est toujours liée au gain de puissance en dB, pas à un gain de tension ou à une valeur linéaire.

Nous résumerons cet article avec un exemple simple:

Un amplificateur avec un gain de 15 dB:

Depuis 15 dB = 10log (Pout / Pin)
Le gain de puissance en valeur linéaire est:

Pout / Pin = 10 (15/10) = 31.62
Et puisque 15 dB = 20log (Vout / Vin)
Le gain de tension en valeur linéaire est:

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

J'espère que vous avez appris quelque chose de cet article. Si vous saviez déjà clairement tout ce que j'ai mentionné ici, alors, félicitations, vous êtes sur la bonne voie pour le champ RF.

Si vous êtes toujours confus après avoir lu cet article plusieurs fois, alors ne vous inquiétez pas, vous n'êtes pas seul, respirez profondément et relisez-le pas à pas, ou revenez après avoir lu plus d'articles de ce blog.

Tôt ou tard, vous maîtriserez le «dB» sans aucune difficulté.

Voici quelques images que je pense que vous les trouverez utiles: