Сколько сигнала дошло до выхода
Если на входе участка было 100 мВт, а на выходе осталось 10 мВт, сигнал ослаб на 10 дБ. Для заданного ослабления в согласованном тракте можно отдельно подобрать резисторы П- или Т-аттенюатора. Калькулятор сравнивает два измеренных уровня мощности или напряжения и показывает потерю в децибелах. Если выход оказался выше входа, результат назовётся усилением. Так можно проверить кабель, фильтр или другой участок тракта, не пытаясь угадать его потери по длине и виду.
Децибел выражает отношение, а не запас сигнала в отдельной точке. Для этих 100 и 10 мВт он означает, что выходная мощность составляет десятую часть входной. Нельзя по одному числу «10 дБ» узнать, было ли на входе 100 мВт, 1 Вт или иное значение. Зато одинаковые потери удобно сравнивать между участками с разными исходными уровнями.
Почему для мощности стоит 10, а для напряжения 20
Мощность сравнивают по десятичному логарифму отношения входного и выходного значений. Положительный результат означает потерю:
Обе мощности должны быть в одной единице. Форма принимает милливатты, поэтому 0,1 Вт на входе вводится как 100 мВт. Если записать в первое поле ватты, а во второе милливатты без перевода, калькулятор честно поделит числа, но ответ не будет описывать вашу цепь.
Для отношения напряжений логарифм умножается на 20:
Причина двойного множителя: при одинаковом сопротивлении мощность пропорциональна квадрату напряжения. Если напряжение уменьшилось вдвое, мощность на таком же сопротивлении уменьшилась вчетверо. Рекомендация ITU-T G.100.1 отдельно оговаривает роль импеданса: при разных сопротивлениях из одного отношения напряжений нельзя делать вывод о потере мощности по этой короткой формуле.
Вольты в паре тоже нужно измерять одинаково: два действующих значения или две амплитуды сигнала. Для синусоиды действующее напряжение отличается от амплитудного, но при сравнении одинаковых типов общий коэффициент сокращается. Смешение типов оставит в отношении чужой множитель и испортит децибелы. Правило для отношений мощностей и амплитуд также приведено в руководстве NIST по единицам СИ.
Как читать результат
При выходе меньше входа карточка показывает положительное ослабление. При выходе больше входа та же формула даёт отрицательное значение потерь, поэтому карточка меняет название на усиление и показывает его величину без минуса. Равные уровни дают 0 дБ. В дополнительных строках остаются доля выхода в процентах и кратность изменения.
Проценты и децибелы не идут одинаковым шагом. При падении мощности со 100 до 50 мВт теряется половина, а ответ составляет примерно 3,0103 дБ. Ещё одно такое же деление пополам даст уже 25 мВт и суммарно около 6,0206 дБ. Две равные потери складываются в децибелах, хотя оставшаяся доля мощности каждый раз умножается на 0,5.
Нулевой выход в форму не принимается. Логарифм отношения к нулю не даёт конечного числа децибел. Если прибор показывает 0 из-за собственного порога чувствительности, это не доказывает физическое отсутствие сигнала: известно лишь, что он ниже измеримого для данного прибора уровня. Для расчёта нужна ненулевая оценка или верхняя граница выходного значения.
Где пригодится сравнение входа и выхода
Потери в кабеле. Измеритель показывает 100 мВт перед кабелем и 10 мВт после него. Отношение 10:1 даёт 10 дБ ослабления, на выходе остаётся 10% мощности. Это позволяет сравнить реальные участки при одной частоте и одинаковом способе подключения. Сам калькулятор не предсказывает потери другого кабеля такой же длины.
Фильтр пропустил половину мощности. До фильтра было 100 мВт, после 50 мВт. Потеря равна 10 × log₁₀(2), или 3,0103 дБ. При подборе нескольких фильтров эту величину можно складывать с другими потерями, если они описывают один сопоставимый тракт. Надпись «3 дБ» часто служит удобным приближением, но точная половина даёт чуть больше трёх.
Уровень напряжения упал вдвое. При одинаковых импедансах измерили 1 В на входе и 0,5 В на выходе. Получится 20 × log₁₀(2) = 6,0206 дБ. Выходное напряжение составляет 50% входного, а соответствующая мощность на том же сопротивлении составила бы 25%. Поэтому «вдвое меньше напряжение» не означает потерю 3 дБ.
Усилитель поднял мощность. На входе 20 мВт, на выходе 100 мВт. Выход в пять раз больше, усиление составляет 10 × log₁₀(5) ≈ 6,9897 дБ. Карточка не называет это отрицательным ослаблением: так проще сразу увидеть, что прибор усилил, а не погасил сигнал. Для баланса длинного тракта такое усиление компенсирует часть потерь соседних участков.
Два участка подряд. В первый участок вошло 100 мВт, вышло 10 мВт. После второго осталось 1 мВт. Каждый участок дал по 10 дБ ослабления, вместе получилось 20 дБ и 1% исходной мощности. Можно проверить итог отдельным вводом 100 и 1. Если между участками стоит усилитель, его усиление нужно вычесть из суммы потерь.
Уровни почти совпали. Если измерены 100 мВт до разъёма и 99 мВт после, ослабление составляет около 0,0436 дБ, а на выходе остаётся 99%. Малое число в децибелах не означает нулевую разницу. Прежде чем судить о качестве разъёма по сотым долям дБ, сравните их с точностью прибора и повторяемостью подключения.
Что расчёт не знает о реальном тракте
Частота, длина линии, состояние контактов и согласование влияют на реальные потери. Эта форма не получает их из воздуха: она переводит уже известные входной и выходной уровни в общую логарифмическую шкалу. Если нужна оценка кабеля до измерения, понадобятся его паспортные потери на нужной частоте, длина, разъёмы и схема соединения. Один процент из результата не заменяет эту информацию. Если требуется объединить независимые звуковые вклады в одной точке, используйте сложение уровней шума.
При несогласованных импедансах часть энергии может отражаться. Её долю по известному показателю согласования найдёт калькулятор КСВ и возвратных потерь. Тогда напряжение в точке измерения и полезная переданная мощность связаны сложнее, чем в модели одинаковых сопротивлений. По одному отношению напряжений нельзя заявлять, сколько именно мощности потерялось в нагрузке. Сначала определите, что измерялось и на каких сопротивлениях, либо используйте непосредственные измерения мощности.
Здесь показаны относительные дБ, не дБм. Для абсолютной мощности используйте конвертер dBm и ватт. Значение в дБм относится к опорной мощности 1 мВт, поэтому два показания в дБм можно сравнить вычитанием, но вписывать числа вроде −30 и −40 дБм в поля положительной линейной мощности нельзя. При работе с напряжением отдельно полезно рассчитать выход ненагруженного делителя, а для изменения интенсивности из-за расстояния до источника есть калькулятор закона обратных квадратов. Это разные причины изменения уровня.
Вопросы о децибелах и измерениях
Для сравнения сначала приведите пару к одной единице и убедитесь, что приборы измерили одну и ту же физическую величину. Тогда кратность, проценты и децибелы будут описывать один участок.
Почему потеря половины мощности не равна ровно 3 дБ?
Точное значение равно 10 × log₁₀(2) ≈ 3,0103 дБ. Три децибела служат удобным округлением: при потере ровно 3 дБ на выходе остаётся примерно 50,119% мощности.
Что означает 0 дБ в этом калькуляторе?
Входной и выходной уровни равны. Это не отсутствие сигнала: 100 и 100 мВт тоже дают 0 дБ разницы.
Можно ли ввести отрицательные дБм вместо милливатт?
Нет. Поля мощности принимают положительные линейные значения в мВт. Показания в дБм уже записаны по логарифмической шкале: их разность даёт изменение уровня, а прямое деление таких чисел не имеет нужного смысла.
Почему в режиме напряжения нужно одинаковое сопротивление?
При разных импедансах отношение мощностей не равно квадрату отношения напряжений. Формула 20 log показывает отношение напряжений, но без импедансов нельзя назвать его той же потерей переданной мощности.
Подойдут ли амплитуда и действующее напряжение в одной паре?
Нет. Сравнивайте два действующих значения или две амплитуды, измеренные одинаковым способом. Иначе разница методов попадёт в отношение вместе с реальным изменением сигнала.
Можно ли сложить потери двух кабелей в децибелах?
Да, если участки идут последовательно и уровни измерены в сопоставимых условиях. Децибелы потерь складываются, а отношения линейных мощностей перемножаются. Усиление между кабелями уменьшает итоговую потерю.
Почему ноль на выходе вызывает ошибку?
Логарифм отношения входа к нулю не даёт конечного ответа. Если измеритель показывает ноль из-за порога чувствительности, используйте его измеримый предел как границу, а не считайте сигнал физически исчезнувшим.
Похожие калькуляторы
Возможно вам пригодятся ещё несколько калькуляторов по данной теме:
- Калькулятор закона обратных квадратов. Узнайте, как изменится интенсивность при изменении расстояния.
- Калькулятор делителя напряжения. Введите напряжение и сопротивления R1 и R2 для расчёта ненагруженного делителя.
- Калькулятор закона Ома. Рассчитайте сопротивление, силу тока и напряжение в зависимости от известных параметров.
- Калькулятор сложения уровней шума. Сложите два уровня шума или найдите вклад одинаковых источников.
- Конвертер dBm и ватт. Выберите единицы и введите мощность с любой стороны.
- Калькулятор КСВ и возвратных потерь. Укажите известную величину для пересчёта отражения.
- Калькулятор П- и Т-аттенюатора. Выберите схему, ослабление и сопротивление тракта.
- Калькулятор шума каскада. Укажите усиление и коэффициент шума каждого звена.
- Калькулятор чувствительности приёмника. Укажите шумовую полосу, коэффициент шума и требуемое SNR.
- Калькулятор перевода в тонны. Иногда может потребовать перевести одну единицу веса в другую, например, в тонны. И для этой цели очень пригодится специальный калькулятор.
Есть что добавить?
Напишите своё мнение, комментарий или предложение.