1. 手作業で教える: dB、dBm、dBw の計算方法...
dB は、無線通信における最も基本的で一般的な概念です。よく「伝搬損失はxx dB」「送信電力はxx dBm」「アンテナゲインはxx dBi」と言います...
場合によっては、これらの類似した dBx が混同され、計算ミスを引き起こす可能性もあります。それらの違いは何ですか?
この問題はdBから始めなければなりません。
dB に関して言えば、最も一般的なのは 3 dB です。
3 dB はパワー グラフやビット誤り率グラフによく現れます。実際、不思議なことは何もありません。3 dB の低下は電力が半分に減少することを意味し、3 dB ポイントは電力の半分のポイントを指します。
+3 dB は増加が 2 倍になることを意味し、-3 dB は減少が 1/2 になることを意味します。これはどのようにして起こったのでしょうか?
実際、それは非常に簡単です。dB の計算式を見てみましょう。
dB はパワー P1 と基準パワー P0 の関係を表します。P1 が P0 の 2 倍の場合、次のようになります。
P1 が P0 の半分の場合、次のようになります。
対数の基本的な概念や操作性については、高校1年生の数学の復習ができます。。。
それでは、デビュー問題で理解度をテストしてみましょう:
[Q] 威力が 10 倍になっていますが、何に使いますか? dB の意味
ここで、公式を思い出してください。この公式を覚えておいてください、基本的に横に歩くことができます。
+3 dB はパワーが 2 倍になることを意味し、+10 dB はパワーが 10 倍になることを意味します。
-3 dB はパワーが 1/2 に減少することを意味し、-10 dB はパワーが 1/10 に減少することを意味します。
dB は相対値であり、その使命は短い形式で大きいまたは小さい数値を表現することであることがわかります。
これにより、計算と説明が大幅に容易になります。特に表を描くときは自分で決めて、dBに換算する前に0が多すぎて座標軸を宇宙空間に引き込まないといけません。。。
1.1.DBファミリー
dBを理解していれば横に歩くことしかできませんが、他のdBファミリーのメンバーを理解していれば横になって勝つことができます。
最も一般的に使用される dBm と dBw から始めましょう。
dBm と dBw は、dB 式の基準電力 P0 をそれぞれ 1 mW と 1 W に置き換えます。
1 mW と 1 W は明確な値であるため、dBm と dBw は両方とも電力の絶対値を表すことができます。
参考までに電力換算表に直接記載します。
ここで、次のことを覚えておく必要があります。
1W = 30dBm。
簡略化した式は、「30 がベンチマークであり、全体の 1 W に等しい」です。
これを先ほどの「3を足して2、足して10を10、3を引いて2を割る、10を引いて10を割る」と合わせて覚えておくと、たくさんの暗算ができるようになります。
急いで質問を確認してください。
【Q】44dBm＝？W
そうですか？
ここで、方程式の右側の 30 dBm を除いて、残りの分割項目は dB で表す必要があることに注意する必要があります。つまり、ある dBx を別の dBx から減算すると、得られる結果は dB で表されます。
[例] A のパワーが 46 dBm、B のパワーが 40 dBm の場合、A は B より 6 dB 大きいと言えます。
【例】アンテナAが12dBd、アンテナBが14dBdの場合、AはBより2dB小さいと言えます。
たとえば、46 dB は P1 が P0 の 40,000 倍であることを意味し、46 dBm は P1 の値が 40 W であることを意味します。シンボルには m が 1 つだけ欠けており、それが表す意味はまったく異なる可能性があります。
dB ファミリで一般的なのは、dBi、dBd、および dBc です。計算方法は dB と全く同じであり、パワーの相対値を表します。
違いは、基準となる基準が異なること、つまり、分母の基準パワーＰ０が表す意味が異なることである。
一般に、同じゲインの場合、dBi で表される方が dBd で表されるよりも 2.15 大きいと考えられています。この違いは 2 つのアンテナの指向性の違いによって引き起こされるため、ここでは詳しく説明しません。
さらに、dB ファミリは電力の利得と損失だけでなく、電圧、電流、オーディオなども表すことができます。これを特定のシナリオに適用する必要があります。
電力ゲインには 10lg (Po/Pi)、電圧および電流ゲインには 20lg (Vo/Vi) と 20lg (Io/Ii) を使用することに注意してください。
この2倍はどうやって出てきたのでしょうか？
この2は電力換算式の2乗から来ています。対数のn乗は計算するとn倍に相当します。
電力、電圧、電流の変換関係については、中学物理を自分で復習することができます。。。
最後に、編集者は参考のためにいくつかの主要な dB ファミリ メンバーをまとめました。
相対値:
最後に、全員の結果をテストするために、さらに 2 つの質問を考え出します。
30 dBm のパワーは ( )
A.1W
B.10W
C.1mW
D.10mW
答え: A
セルの合計出力電力が 46 dBm であると仮定すると、アンテナが 2 本ある場合、単一のアンテナ電力は ( ) となります。
A. 46dBm
B. 43dBm
C.23dBm
D.40dBm
答え：B
2. 高周波通信の基礎知識をわかりやすく！
2.1 電磁波
電磁波はエネルギーの一種であり、絶対零度より上のすべての物体は電磁波を放出します。電気と磁気は表裏の関係にあり、電流が磁界を発生させ、磁界が変化すると電流が発生します。変化する電場と変化する磁場は、分離できない統一された場を形成します。
低周波電気振動では、磁気電気の相互変化が比較的遅く、そのエネルギーのほとんどが放射されることなく元の回路に戻りますが、高周波電気振動では、磁気電気の変化が非常に速く、すべてのエネルギーを変換することは不可能です。元の発振回路に戻るため、電気エネルギーと磁気エネルギーは、電場と磁場の周期的変化に伴って電磁波の形で空間に伝播し、媒体を介さずにエネルギーを外部に伝達することができます。放射線の一種。
2.2 直射波
類推: ビリヤード ゲームでは、多くの法則が電磁波の法則と非常によく似ています。ボールの中心を直接打った場合、障害物がなければ、ボールは直接波のように真っすぐに進みます。
送信アンテナから直線に沿って受信点に到達する電波を直接波といいます。自由空間電波伝播は、理想的な伝播条件である真空中での電波の伝播です。電波が自由空間を伝播する場合、電波は直接波の伝播と考えることができ、そのエネルギーは障害物によって吸収されず、反射または散乱もされません。
2.3 反射波
例え: ビリヤードを例に挙げると、ボールがテーブルの端に当たると、ボールは反射波のように反射角などの入射角の法則に従って走ります。
用途: 高速鉄道の無線カバレッジ用の駅を選択するときは、電波の入射角に注意を払う必要があります。候補地は遠すぎると入射角が大きくなり車両進入時の屈折能力が低下しますので、一般的には線路から100メートル程度離れた場所が選定されます。
無線信号が地面や障害物に反射して受信点に到達することを反射波といいます。反射は地面、建物、壁の表面で発生します。反射波は密度の異なる 2 つの伝播媒体の界面でのみ発生し、界面媒体の密度の差が大きいほど波の反射量は大きくなり、屈折量は小さくなります。波の入射角が小さいほど、反射量は小さくなり、屈折量は大きくなります。
2.4 回折波
類推: 再びビリヤードを例に挙げると、ボールを打った後、手球が別のボールに接している場合、強さと方向に応じて、回折と同じように、視線内でボールを迂回することができます。
受信機と送信機の間の無線経路が鋭いエッジによって遮断された場合、電波が障害物の周囲を伝播する現象を回折といいます。回折すると、波の経路が変更または曲がります。遮蔽面で発生した二次波は空間に広がり、遮蔽体の背面にも広がります。回折損失は、電波の伝送に対するさまざまな障害によって生じる損失です。
2.5 散乱波
類推: ビリヤードを例に挙げます (∇*)。範囲内にある多くのボール間の距離がボール 1 つ分しかないと仮定すると、手球がこれらのボールの中央に当たると、多くのボールが動き始めます。散乱と同じように、さまざまな方向に。
散乱は、電波が伝わる媒質中に波長より小さい物体が存在し、単位体積当たりの遮蔽物の数が非常に多い場合に発生し、表面が粗い物体や小さな物体、その他の不規則な物体では散乱波が発生します。実際の通信システムでは、葉、道路標識、街灯などによって散乱が発生します。
2.6 表皮効果
たとえ: 大雨の後、未舗装の道路の真ん中が水でいっぱいになり、全員が道路の脇に並んで通過しなければなりません。水の蓄積により道路の有効通過面積が減少し、人々の移動効率に影響を与えます。
導体の表面よりも内部の誘導性リアクタンスが交流電流を妨げるため、導体に交流電流が流れると各部分の電流密度が不均一になり、導体表面の電流密度が大きくなります（クロスの低減） (断面積が大きくなり損失が増加する)、この現象は表皮効果と呼ばれます。交流の周波数が高くなるほど表皮効果が顕著になり、ある程度周波数が高くなると電流は完全に導体の表面から流れると考えられます 実用化：単線から中空線への置き換え、材料の節約、高周波回路には多心相互絶縁が使用されています 細い線を束ねて編組し、表皮効果を低減します。
2.7 マルチパス効果
たとえ: 幼い頃、泥遊びをして小さな盛り土の頂上に水を注ぎました。水は四方八方から流れてきました。大量の水が土に浸透したり、別の方向に流れて失われたりしました。低い場所。」
電波のマルチパス効果とは、信号が送信端から受信端まで、直接、反射、回折する可能性のある、さまざまな遅延と損失を伴う多くの伝送経路を持つことを意味します。 。
2.8 影効果
たとえ: 暖かい太陽が地上に降り注ぐと、木や家には影ができますが、その影は完全な暗闇ではなく、強度がかなり弱まった一種の光です。
伝搬路上で、凹凸のある地形や高さの異なる建物、高い木などの障害物によって電波が遮られると、その障害物の背後に電波電界強度の弱い影の領域が形成されます。この現象を「障害物」といいます。影の効果。
2.9 フレネルゾーン
類推: 人間の目の最も有効な視覚範囲が楕円体である場合もあります。楕円体の外側のものも見えますが、特に鮮明ではありません。よく訓練された射手の場合、有効視野は、射手と標的の間の半径が非常に小さい楕円体内に集中している必要があります。
フレネル ゾーンは楕円体であり、送信アンテナと受信アンテナは楕円体の 2 つの焦点に配置されます。この楕円体の半径が最初のフレネル半径です。自由空間では、送信点から受信点に放射される電磁エネルギーは主に第 1 フレネルゾーンを伝播し、第 1 フレネルゾーンが遮られない限り、自由空間と同様の伝播条件が得られます。
システムの正常な通信を確保するには、トランシーバー アンテナ間の障害物がフレネル ゾーンの 20% をできるだけ超えないよう、トランシーバー アンテナの高さを高くする必要があります。
2.10 遅いフェージングと速いフェージング
類推: 株式市場の下落時には、タイムシェアリング曲線は激しく変動しますが、5 週線の変化は比較的緩やかですが、別のケースでは、株価のタイムシェアリング瞬間値が急激に変化します。急速な衰退。
電波の伝播中に、信号強度曲線の中央値がゆっくりと変化することをスローフェージングと呼びます。スローフェージングは瞬時値の加重平均後の中央値を反映し、中域の数百波長の受信レベルの平均値変化を反映し、一般に対数正規分布に従います。
色褪せが遅い理由:
1) パス損失。
2) 影などによる信号のフェージング
高速フェージングとは、受信信号の電界強度値が瞬間的に急激に変動し、急激に変化する現象です。高速フェージングは、受信点でのさまざまな地形、地上物体、移動物体によって引き起こされるマルチパス伝播信号の重畳によって発生します。受信したマルチパス信号の位相、周波数、振幅の変化により、重畳された信号の振幅が変化します。激しく変動します。移動局が高速で動作している場合、受信する無線信号の搬送波周波数範囲が時間とともに変化し、重畳信号の振幅も大幅に変化する可能性があります。
一般に、高速フェージングは次のように細分化できます。
1) マルチパス効果は空間選択性フェージングを引き起こします。つまり、場所や伝送パスが異なれば、フェージング特性も異なります。
2) キャリア周波数の変化により、キャリア幅の範囲がコヒーレント帯域幅の範囲を超え、発生する信号歪みは周波数選択性フェージングと呼ばれます。
3) ドップラー効果またはマルチパス効果により、受信点に到着するさまざまな信号の時間差が異なる場合があり、コヒーレンス時間を超えることによって引き起こされる信号の歪みは時間選択性フェージングと呼ばれます。