參拾伍、 dBm
「dBm」及或「dB (mW)」可以說是最初始的電子功率分貝參考值,小寫的「m」是表示「1 milli-Watt」 ( 0.001 W 、 1 mW 、 10-3 W ) 的功率電平位準 ( power level ) 消耗在跨接的 600 Ω ( Ohm ;歐姆 ) 負載上。
這裡所說的 600 Ω ,是早年當時的電話線路標準電路阻抗。電壓量額並聯跨接在個 600 Ω 負載上下降,這時就消耗了 1 mW 。
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1、要怎麼才能知道那在「600 Ω」狀態下的「0.001 W」是多少伏特呢?
除了用電錶去量還可以下式去算出:
eq1
◾ 把這「0.001 W」與「600 Ω」的數據經帶入歐姆定律,
eq1a
就成為
eq1b
◾ 帶入「W」與「R」的數據後,先計算「0.001 × 600」相乘得到「0.6」,現在這公式成為:
eq1c
◾ 再把「0.6」開方根,即得到「0.774 596 6」。
◾ 「0.774 596 6」經四捨五入到小數點後第三位數就是「0.775」,這所計算得到的就是「0.775 V」。
◾ 因此 0 dBm 的電壓值 E = 0.775 V 。
所以在負載於 600 Ω 時的 1 mW 之電壓降即為 0.775 V 。這 0.775 V 就是 0.001 W 的 0 dBm 之電壓值。
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2、 反過來,因為上述的 0.775 V 電壓量額是量得於並聯跨接在個 600 Ω 負載的兩端上,這時就消耗了 1 mW 。然後對應於歐姆定律的「P = E 2 ÷ R」就能寫成為這樣的:
eq2
在式子中的: 0.001 W 是所量測得到的電功率值,單位是 W ( Watt ) 。
我們都知道「0 dBm」的電壓值是「0.775 V」,而且已在前面的計算證實了。因此把這 0.775 V 帶入式子:
◾ 把「0.775 V」帶入「E 2」是「0.7752」,這「0.7752」是「0.775 × 0.775 = 0.600 625」。
◾ 再來「0.600 625」除以「600」等於「0.001 001」。
◾ 「0.001 001」四捨五入到小數點後第三位數是「0.001」,這就與式子等號之前的「0.001 W」相符了。
因此當在個 600 Ω 的電路上所量測得的電壓是為 0.775 V ,此即 0.001 W 訊號功率的電壓值,我們把它定為 0 dBm 。
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再來在此把式子中的 0.001 W 改換成 0.775 V ,所以 功率 ( P ) 要兌換成 電壓 ( E ) ,因為電壓是以 伏特 ( V )計值的,如此的那 10 log 要改換成 20 log 。因為電壓是平方的,兩個都是電壓也都是平方的,因此所以把 10 log 換成為 20 log 是沒問題的。而如果在個 600 Ω 的電路上所量測得的電壓是其它的電壓值時,則這 dBm 的值是這樣的決定的:
eq3
在式子中的:
◾ E 是所量測得的電壓值,單位是 V ( Volt ) 。
◾ 0.775 就是 0.001 W 的 0 dBm 之電壓 V 值。
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3、 舉個例子:如果所量測得到的電壓是 0.775 V ,則這電壓值是多少 dBm 呢?
◾ 把「0.775 V」帶入上面的式子中。就是
eq3a
◾ 這樣的,先計算「0.775 ÷ 0.775 = 1」。
◾ 就成為「dBm = 20 log 1」這樣的,因為「log 1 = 0」。
◾ 就成為「dBm = 20 × 0」這樣的,然後「20 × 0 = 0」。
◾ 就成為「dBm = 0」這樣的,如此就得到 0 dBm 的答案。
你可以用這方法帶入你所要用的電壓值去求取出那電壓值的 dBm 值。
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再來,如果你要計算求取個功率 ( P ) 值的 dBm 值,是以下面的式子去求取:
eq4
在式子中的:
◾ P 是量測所得的功率值,單位是 W ( Watt ) 。
◾ 0.001 W 是 0 dBm 的基準參考點之數據值。
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4、 舉個例子:如果那個「P」的值是「1 W」,即是「+30 dBm」。
是這樣計算的:
◾ 「1 ÷ 0.001 = 1000」,式子就成為「dBm = 10 log 1000」。
◾ 「log 1000 = 3」,式子就成為「dBm = 10 × 3」。
◾ 「10 × 3 = 30」,答案是「+30 dBm」。
因為 1 W 比 0.001 W 大,所以求出的值是「正 ( + )」的值。
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或是有個 dBm 的值要知道是多少功率的 W 值時:
P = 0.001 × 10(dBm/10) eq5
在式子中的:
◾ P 是所要知道的或所要去量測得到的功率值,單位是 W ( Watt ) 。
◾ 0.001 是 dBm 的基準功率值。
◾ 10 是 dBm 的對數乘數。
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5、 例如:如果要知道「+30 dBm」的功率是多少「W」,是這樣的:
先把數據帶入公式內,公式就成為下面這樣的:
P = 0.001 × 10(+30 dBm/10) eq6
◾ 先處理括號內的,「30 ÷ 10 = 3」。
◾ 現在式子成為這樣的,「P = 0.001 × 103」,再來是要處理「103」。
◾ 因為「103」是「1000」,這是「10」自乘「3」次,所以是「10 × 10 × 10 = 1000」。
◾ 現在式子成為這樣的,「P = 0.001 × 1000」,則「0.001 × 1000 = 1」。
◾ 答案是「1 W」;注意這是在「600 Ω」負載的「dBm」之功率值。
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6、 如果「dBm」的值是負的,例如是「-30 dBm」的功率是多少「W」呢?
◾ 「-30 ÷ 10 = -3」,
◾ 因為「10-3」是「0.001」,
◾ 因此「0.001 × 0.001 = 0.000 001 W」。
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如果知道了 dBm 的電壓值也可以下面的式子去求出電壓值:
E = 0.775 × 20(dBm) eq7
在式子中的:
◾ E 是所要知道的或所要去量測得到的電壓值,單位是 V ( Volt ) 。
◾ 0.775 為 dBm 的基準電壓 V 值。
◾ 20 是電壓的對數乘數。
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因此要記住 dBm 的定義是:
在於 600 Ω 的負載狀態下時的 1 mW ( 1 milli-Watt 、 0.001 Watt 、 10-3 W ) 。 這是相當於 0.775 V 的電壓值。在此列了一些它們相對的數據:
0 dBm = 1 mW ( 0.001 W ) = 0.775 V
10 dBm = 10 mW ( 0.01 W ) = 2.45 V
20 dBm = 100 mW ( 0.1 W ) = 7.75 V
30 dBm = 1 W = 24.5 V
33 dBm = 2 W = 34.6 V
36 dBm = 4 W = 48.989 7 V
40 dBm = 10 W = 77.5 V
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在個寬鬆的定義上,如果 dBm 的值沒有涉及到和提示是與功率有關的時候,這 dBm 的值就能與 dBu 、 dBv 、與 dBV 有關連了。這就可以一種數學補正簡易的兌換去代換:
◾ dBm = dBu 或 dBv
◾ dBm = dBV - 2.21
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*注意:
◾ 在基本上, dBu 、 dBv 、與 dBV 是不能直接的兌換成 dBm ,因為 dBu 、 dBv 、與 dBV 它們不是真正的基礎負載於 600 Ω 時的值。
◾ 但是在今日我們因為某種原因與便利我們便宜行事的去利用,我們會把 dBm 、 dBu 、與 dBv 這三種歸納為同樣的事物。
◾ 雖然我說它們不能直接的兌換,但是不要很在意。只要記住 dBm 與 dBu 、 dBv 不是百分之百相同的。
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在民國六十年代,我們做音響工程的人,是這樣的粗估劃分聲音增援系統之電平位準的,供您參考。
◾ 麥克風電平位準: -80 dBm 至 -20 dBm
◾ 線性電平位準: -20 dBm 至 +30 dBm
◾ 高電平位準: +30 dBm 以上的 ( 這包括了以 dBm 計值的功率擴大機輸出 )
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網際網路資源:
◾ 維基百科_dBm ( 分貝毫瓦 ) [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/DBm [中文]
◾ 維基百科_Watt_milliwatt [英文] http://en.wikipedia.org/wiki/Milliwatt#Multiples [中文]
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