dBm和dBuv的换算

2008-12-29 17:14
提要：在通信工程应用中，dBm和dBuv都可作为信号强度单位。
二者之间相互换算算法有2种：
算法一：0dBm=+113dBuv或0dBuv= -113dBm，简称113算法。
算法二：0dBm=+107dBuv或0dBuv= -107dBm，简称107算法。
问题：工程实际应用时，如何正确选用哪一种算法呢？
移动通信工程中，信号电压、功率均可表示信号强度，工程上为方便计算，信号电压、功率通常以特定的分贝为单位表示。
例1、电压常用dBuv为单位，0dBuv=1uv,若以V（伏）为电压U的单位。当U=1V转换dBuv为单位，则
U（dBuv）= 20 lg1V / 1uv =120 ( dBuv )
一般情况下，电压U以V（伏）为单位转换以dBuv为单位表达式为：
U（dBuv）=20lgU(v) +120(dBuv) ………………………………………（1）
例2、功率常用dBm为单位，0 dBm=1mw,若以W（瓦）为功率P的单位，当P=1W转换dBm为单位，则
P（dBm）=10 lg( 1w / 1mw) =30 ( dBm )
一般情况下，P以W（瓦）为单位转换以dBm为单位表达式为：
P（dBm）=10 lg P（W）+30 ( dBm ) …………………………………（2）
综上所述，dBuv为电压特定的分贝单位，dBm为功率特定的分贝单位。
在PHS网优工程中，信号覆盖区域信号接收强度常用dBuv表示，而在信号链路预算时上、下行链路功率常用dBm表示。
下面分行介绍dBm与dBuv相互转换的2种算法的来由和相应的使用条件。
我们借助PHS接收、发射等效电路分析二者之间的2种转换换算关系。
一、 113算法
以PHS接收机等效电路分析113算法， 图1中：
VL：接收机输入电压；
ZL：接收机输入阻抗
Vi ：接收机天线感应的电磁波电动势；
Zi ：接收机天线阻抗

从PHS接收机等效电路中可知输入阻抗ZL上收到的功率（dBm）： PL= VL2 / ZL = Vi2 ZL / (Zi + ZL ) 2
当射频阻抗匹配，即ZL= Zi = 50Ω时，ZL收到功率PL最大。
设Vi = 0 dBuv （即1uv）， ZL= Zi = 50Ω时,接收机输入阻抗ZL上接收功率：
PL= 10 lg [(Vi2 ZL ) / (Zi + ZL ) 2]=10 lg ( Vi2 / 4 ZL)
以mw为单位代入上式，则PL= 10 lg (5×10－15w)=10 lg (5×10－12mw) = -113 dBm
注意：PL= -113 dBm推导是在Vi = 0 dBuv即Vi=1uv条件下，ZL接收功率的dBm值。
一般情况下（Vi = x dBuv），ZL接收功率以dBm为单位表达式：
P（dBm）= -113 dBm + Vi（dBuv）……………………………………………（3）
二、107算法

以PHS发射机等效电路分析107算法，图2中：
VL ：发射机输出电压
ZL：发射机输出阻抗
Vo：发射机信号源电压
Zo：发射机信号源内阻抗
从PHS发射机等效电路中可知输出阻抗ZL上发射功率（dBm）：
PL= VL2 / ZL = Vi2 ZL / (Zi + ZL ) 2
当射频阻抗匹配，Zo = ZL = 50Ω时，发射机输出阻抗ZL发射功率最大。
设 VL =0 dBuv(此时Vo=2uv) , Zo = ZL = 50Ω时，发射机在ZL上发射功率：
PL=10 lg (VL2/ ZL) = 10 lg [(Vo2ZL) / (Zo+ ZL )2]
以mw为单位代入上式，PL= 10 lg(10－12 / 50w)=10 lg(2×10－11mw) = -107 (dBm)
注意：发射机输出功率PL = -107 dBm推导是在VL =0 dBuv=1uv（Vo=2uv）条件下，ZL发射功率的dBm值。
三、 结论
综上113、107两种换算法的推导分析，我们在进行dBm与dBuv之间转换时：
1、对于接收信号强度
（1）当测量电压为接收机输入阻抗上电压，换算该输入阻抗上功率应采用107算法，即接收机输入阻抗上的功率P=-107dBm + V(dBuv)， 式中V(dBuv)为接收机输入阻抗上的电压VL 。
（2）当测量电压为收电磁感应电压Vi ，换算接收机输入阻抗ZL上的功率，应采用113算法，即接收机输入阻抗上的功率P=-113dBm + V(dBuv) ，式中V(dBuv)为接收电磁感应电压Vi 。
2、对于发射信号强度
（1）当测量电压为发射机输出阻抗上的电压，换算该输出阻抗上功率应采用107算法。即发射机输出阻抗上的功率为P=-107dBm + V(dBuv) ，式中V(dBuv)为发射机输出阻抗上的电压VL 。
（2）当测量电压为发射机信号源电压Vo，换算发射机输出阻抗ZL上的功率，应采用113算法，即发射机输出阻抗上的功率P=-113dBm + V(dBuv) ，式中V(dBuv)为发射机信号源电压Vo 。
因而区别图1、图2收、发等效电路中ZL上的功率与电压换算分2种情况：
A .测量电压是Vi或Vo，则ZL的dBm和dBuv换算采用113法。
B .测量电压是VL，则ZL的dBm和dBuv换算采用107法。
思考题：
某室内PHS和WCDMA信号模测结果对比分析：发射天线用同一副频率为1710-2500MHz，增益3dBi，高度固定为3M的全向天线；在发射天线 端口分别加入-3dBm的PHS与WCDMA信号；相应地在距全向发射天线视距20M的同一位置分别用PHS场强测试仪（LF35C），WCDMA导频场 强测试仪（诺恩导频仪）测得PHS信号强度43dBuv，WCDMA信号强度-65dBm；