分贝(dB)的由来/概念/优点/应用

分贝(dB)是一个对数单位，它表示一个物理量(如电压、功率或天线增益)与一个同类型的特定参考量的比。

分贝的由来

要想知道分贝(dB)的由来就必须先认识单位贝尔(Bell)，Alexander Graham Bell 提出使用贝尔(Bell)作为电话线中功率衰减的测量。

根据 Bell 的定义，一个单位的贝尔增益为

式中， 是一根标准电话线(几乎1英里长)的输出功率， 是电话线的输入功率。 如果用电压(或电流)比替代功率比，那么一个单位的贝尔增益则定义为

而 1 分贝(dB，decibel)为 贝尔(前缀“deci”表示 )。因此 1 dB 定义为

故也可以说单位 dB(分贝)是以 Alexander Graham Bell 的名字命名。

分贝的概念

由上可知，分贝是一个对数单位。则分贝数

式中， 为功率等输出量， 则是基准输入功率等。 是以分贝为单位的数。

上式表示两个功率量比值的分贝数，称为相对功率级(电平)。相对级(电平)只能说明两个功率的相对关系，却无法知道其绝对值。正分贝表示功率比大于 1，负分贝表示功率比小于 1，零分贝表示功率比等于 1(即功率相等)。

分贝(dB)是国际上统一使用的电信传输单位，在电信技术领域，为了准确计量信号在电路中各点的功率、电压和电流等的传输变化情况，一般不直接用瓦(W)、伏(V)和安(A)作为测量单位，而采用“电平”这样一个概念。

一个信号的大小用相对于某一基准值的功率比值、电压比值或电流比值的对数关系来表示，便称之为“传输电平”。此时，分贝就是传输电平的单位，称为“传输单位”。

绝对电平：如果在一个标准中取定某一量值作为基准，那么由此所确定的电平值称为“绝对电平”(即电信号在某点的功率与基准功率的比值取对数乘 10)。

被取定的基准值的电平称为“零电平”。由于在电信系统中传输的信号都是弱信号，一般功率很小，因而目前世界各国皆取1毫瓦(1mW)为功率基准值，1 毫瓦便称为“零电平功率”。

相对电平：在电路中任取一点(一般为电路始端)作为基本点，则用该点功率为基准功率计算的电平称为“相对电平”(两点间的绝对电平差)。

分贝的优点

上面已经提到，分贝是一个对数计数单位。那么，为什么要采用对数计数法呢?

首先，我们的听(视)觉器官对于声音(光)强度的敏感度符合对数规律。

例如，当扬声器的输出功率由 1 瓦增大到 2 瓦，我们并不会感到响度也增加了 1 倍，因为此时 lg2(=0.3)。正因为如此，我们采用分贝作为计量单位，更能客观地反映出人的感官的感觉特性。

此外，采用分贝作为传输电平的计量单位，使用对数运算性质，可以使工程中的乘除运算变成为简单的加减运算，极大的降低了计算量。且传输单位采用分贝，还便于书写和记忆。

最后，用 dB 表示雷达相关物理量能极大降低使用者必须使用的动态范围。

例如，雷达发射机的发射功率可以达到数千千瓦，而接收机的接收功率却只有毫瓦级别，其间的差距非常大。如果使用分贝(dB)表示雷达的发射、接收功率，则 1000 kW 可以表示为 10lg(1000*1000)=60 dB，1 mW 可以表示为 10lg(0.001)=-30 dB，极大的降低了其动态范围。

分贝在雷达中的应用

表示功率增益

增益 = 输出功率 / 输入功率

表示功率损耗

损耗 = 输入功率 / 输出功率

表示功率绝对值

功率 1 W 对应的分贝单位 dBW，即

功率 1 mW 对应的分贝单位 dBm，即

从 dBW 得到 dBm，要增加 30 dB;而从 dBm 得到 dBW ，则要减去 30 dB

表示散射面积(RCS)

RCS 为 对应的分贝为 dBsm，分贝数就表示 RCS。更精确地说，一个 RCS 为( )的目标可以表示为 dBsm

表示天线增益

单位 dBi 代表天线前向增益与向所有方向等辐射时天线功率之比，分贝就表示天线增益

分贝数与一般数值的转换

常见分贝数对应的数值如下表所示。

数值转为分贝数

将数值用科学计数法表示，使数值分为小数部分和 10 的幂次部分。例如： 。

小数部分对应的分贝数值由上表所示，例如：2.5 对应 4 dB。

10 的幂次部分的分贝数为幂次数值乘以 10。例如：3 为 10 的幂次，则 10 的幂次部分分贝数为 30 dB。

上述两个分贝数之和即为数值分贝数，例如：2500 = 4 dB+30 dB = 34 dB。

对于小数部分，3 dB 基本上精确对应比值 2。由于将分贝数相加具有将其所代表的比例相乘的同等效果，可以从 3 dB 所代表的比值中直接得出 6 dB 和 9 dB 所代表的比值。

其次，1 dB 约对应于 1.25(5/4)，因此加上一个负号可以颠倒比值，即 -1 dB 代表 0.8。根据 1.25 和 0.8 这两个比值，就可以确定其余所有的数值。如下图所示。

分贝数转为数值

将分贝数分为个位数值和其他位数值两部分相加，例如：36 dB = 30 dB + 6 dB。

从上表中找到与个位分贝数对应的数值，例如：6 dB = 4。

分贝数值除个位部分外的数值除以 10 即为科学计数法表示的数值的 10 的幂次，例如：30 dB/10 = 3，3即为数值的科学计数法的幂次。

上述两部分相乘得到用科学计数法表示的数值，例如： 。

对于小数分贝数，则采用“四分之 dB 法则”：数值=1+(dB 的分数)/4。如下图所示。

原文标题：雷达中无处不在的分贝(dB)

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审核编辑：汤梓红