ELE-6100 Suurtaajuustekniikan perusmittaukset

Desibelireeniä

Yleistä

Näitä kannattaa käydä harjoittelemassa pariinkin kertaan. Laske päässä, älä laskimella. Tarkoitus on, että opit peukalosääntöjä.

Monissa tehtävissä kysytään vastausta sekä milliwatteina että dBm:inä. Mieti, kummassa yksikössä saat vastauksen helpommin, laske sillä ja muunna vasta lopuksi toiseen yksikköön.

Kunkin tehtävän oikea vastaus on heti kysymyksen perässä valkoisella tekstillä valkoisella pohjalla (pahoittelen, että tämä ei toimi lynx-käyttäjillä). Maalaa hiirellä näkyväksi. Huomasitkos, tässäkin on salateksti?

Jos löydät virheitä, kerro niistä heti.

Also available in English.

Desibeliyksiköt

Mikä on vertailukohtana dBW-yksikössä? 1 W
Mikä on vertailukohtana dBc-yksikössä? Kantoaallon teho
Mikä on vertailukohtana dBm-yksikössä? 1 mW
Minkä yksikkö on dBm? Tehon
Minkä yksikkö on dB? Tehosuhteen (vahvistuksen, vaimennuksen)
Mikä on vertailukohtana dBV-yksikössä? 1 V
Mitä eroa on dBi:llä ja dBd:llä? dBi:ssä verrataan isotrooppisen säteilijän vahvistukseen, dBd:ssä puoliaaltodipoliin, 0 dBd = 2 dBi (oikeasti 2,15 dBi...)
Jos lasketaan yhteen 3 dBm ja 19 dB, missä yksikössä vastaus tulee? dBm (tai muu tehon yksikkö)
Missä dB-yksikössä S-parametrit voidaan lausua? dB
Missä yksikössä antennin vahvistus voidaan ilmaista? dBi tai dBd
Mitä yksikköä spektrianalysaattori näyttää? dBm yleensä
Mitä yksikköä on suuntakytkimen suuntaavuus? dB

Muunnoksia yksiköstä toiseen

Paljonko on 5 W dBm:inä? 37 dBm: 10 W / 2 eli 40 dBm - 3 dB
Kantoaaltoteho on 0,02 W ja sivukaista -40 dBc. Mikä on sivukaistan teho (dBm ja mW)? -27 dBm ja 0,002 mW
Paljonko on 13 dBW watteina? 20 W
Paljonko on -10 dBm milliwatteina? 0,1 mW
Antennin vahvistus on +4 dBd. Paljonko se on dBi? 6 dBi
Moninkokertaistumista vastaa 19 dB:n lisäys? 80-kertaistumista
Paljonko on 1 dBi dBd:nä? -1 dBd
Paljonko on 0,02 mW dBW:na? -47 dBW

Laskusääntöjä

Paljonko on 10 % dB:inä? -10 dB
Paljonko on -7 dB prosentteina? 20 % (-10+3)
Paljonko on -22 dB prosentteina? 0,625 % (-10-4*3 eli 0,1*0,5^4) (ok, tämä oli jo vähän hankala päässä)
Paljonko on 40 % dB:inä? -4 dB
Montako prosenttia on 1 dB:n lisäys? 26 %
Montako prosenttia on 1 dB:n vähennys? 21 %
Montako desibeliä teho on pienentynyt jos siitä on jäljellä 1 %? 20 dB
Vaimennin vaimentaa 30 dB. Kuinka suuren osan se syö tehosta (%)? 99,9 %
Moninkokertaiseksi teho kasvaa jos se kasvaa 27 dB? 500-kertaiseksi
-28 dBm voidaan muuttaa mikrowateiksi kahdella tavalla: -10-6*3 tai -40+4*3. Tulokset: 1,6000 uW ja 1,5625 uW. Mistä ero johtuu? Sääntö "3 dB on 2x" ei ole aivan tarkka, mutta yleensä virheellä ei ole mitään merkitystä. oikea arvo on muuten 1,5849 uW
Teho oli 1 W, laski sitten 20 % ja nousi taas 20 %. Mikä oli lopullinen teho? 0,96 W
Teho oli 1 W, laski sitten 2 dB ja nousi taas 2 dB. Mikä oli lopullinen teho? sama 1 W
Vertaa kahta edellistä tehtävää ja mieti. +1 dB ja -1 dB eivät ole sama määrä prosentteja

Laskutehtäviä

Paljonko on 0 dBm + 0 dBm? 3 dBm (1 mW + 1 mW)
Generaattori antaa +10 dBm tehoa. Teho jaetaan resistiivisellä tehonjakajalla, jossa puolet kuluu lämmöksi ja loput jaetaan puoliksi kahteen porttiin. Tehonjakajan perässä on kaksi antennia, joiden molempien säteilyhyötysuhde on 80 %. Paljonko tehoa menee sisään yhteen antenniin (mW ja dBm)? Kuinka paljon tehoa järjestelmä säteilee (mW ja dBm)? Antenniin 2,5 mW eli 4 dBm, järjestelmä säteilee 4 mW eli 6 dBm (80 % vastaa -1 dB)
Rajapinnassa on paluuvaimennus 10 dB. Kuinka suuri osa tehosta pääsee läpi (% ja dB)? 90 %, -0,5 dB
Vahvistinta ajetaan epälineaarisella alueella eli 1 dB:n kompressiopisteen tuntumassa. Sisäänmenoteho on +9 dBm ja lineaarisen alueen vahvistukseksi luvataan 36 dB. Ulostulotehoa mitataan spektrianalysaattorilla, joka kestää +30 dBm:n sisäänmenotehon. Mikä on vahvistimen ulostuloteho? Millainen vaimennin vähintään tarvitaan? Mitoita vaimennus ja tehonkesto. Vaimentimia valmistetaan yleensä arvoilla 6, 10, 20, ... dB ja tehonkestot ovat tasawatteja tai tasakymmeniä. Ulostuloteho +44 dBm eli 25 W, tarvitaan vähintään 20 dB vaimennin (sen jälkeen +24 dBm = 250 mW spektrille), tehokesto 30 W (vähintään 25 W - 0,25 W). HUOM! Yleensä kannattaa jättää paljon turvamarginaalia, esim. 40 W tehonkesto. HUOM!! Spektriin ei toki kannata ajaa ihan maksimitehoa, koska silloin mittalaitekin on kompressiossa. --Minä ainakin käytin paperia laskuissa
Tehomittari näyttää tasan 0 dBm, mutta näyttämässä voi olla plusmiinus 20 % virhe. Millä alueella teho on (mW ja dBm)? 0,8...1,2 mW, -1...+0,8 dBm (vastaus -1...+1 dBm käy ihan hyvin päässälaskun tulokseksi)
Kuinka suuren jännitteen saa aikaan 0 dBm teho 50 ohmin kuormaan (mV ja dBV)? Entä 13 dB suurempi teho? 220 mV eli -13 dBV (muista: 20*log10(U / 1 V), 13 dB suurempi teho saa tietysti aikaan 13 dB suuremman jännitteen: 0 dBV eli 1 V
Radio 957:n teho on -6 dBk. Paljonko se on watteina? Kuinka paljon vähemmän tehoa on 1 watin matkapuhelimessa (dB)? 250 W, -24 dB
Antennin vahvistus on +5 dBd. Siihen syötetään generaattorista 1 watin teho. Syöttöjohto vaimentaa 2 dB. Mikä on antennin vahvistus? 5 dBd tietysti
Laske edellisen tehtävän antennin säteilyteho. +28 dBm eli noin 0,6 W
Antennin paluuvaimennus on 10 dB. Generaattori syöttää 1 watin tehon ja syöttöjohdon vaimennus on 2 dB. Kuinka paljon tehoa tulee takaisin generaattorille (mW ja dBm)? 40 mW eli -14 dBW eli +16 dBm
Generaattori syöttää vahvistimelle -16 dBm. Vahvistimen vahvistus on 19 dB. Kaukana kantoaallosta näkyvän kohinan tehotaso on tällä resoluutiokaistalle -58 dBc. Millä kohtaa kohina näkyy dBm-asteikolla? -55 dBm
Edellisessä tehtävässä resoluutiokaistanleveys pienennetään 1 MHz:stä 10 kHz:iin. Mikä on nyt kohinan tehotaso uudella resoluutiokaistalla? -75 dBm, koska sen teho on kTB ja kaistanleveys pieneni sadasosaan
Vahvistimen lineaarisen alueen vahvistus on 35 dB. Yhden dB:n kompressio saavutetaan -4 dBm:n sisäänmenoteholla. Mikä on tällöin ulostuloteho (mW ja dBm)? 1000 mW eli 1 W eli 30 dBm
Lähettimen teho on 500 W. Lähetteestä otetaan näyte 20 dB:n suuntakytkimellä. Mittalaite kestää +30 dBm. Mitoita tarvittavan vaimentimen vaimennus ja tehonkesto. Vaimentimia valmistetaan yleensä arvoilla 3, 6, 10, 20, ... dB ja tehonkestot ovat tasawatteja tai tasakymmeniä (tai 25 W).Lähetysteho on 57 dBm, suuntakytkimen jälkeen 37 dBm, tarvitaan siis 10 dB vaimennin, jonka tehonkesto on 5 W (5 W - 0,5 W). HUOM! Taas kannattaisi käyttää isompaa vaimenninta ja mahdollisesti isompaa tehonkestoa.

Päivitetty 19.08.2010 Kellomäki Tiiti