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dB

Xdk (토론 | 기여)님의 2022년 3월 21일 (월) 16:59 판


Decibel


개요

데시벨[1]은 미국 Bell 연구소에서 고안한 단위로, 상용로그를 통해 단위가 지나치게 작고 커질 수 있는 신호의 Power(전력) 단위를 간편하고 직관적으로 표현할 수 있다. 이 문서에서는 RF에서 사용되는 dB 단위들에 대해 간략히 설명한다.

계산

[math]\displaystyle{ P_1 }[/math]을 기준으로 한 [math]\displaystyle{ P_2 }[/math]의 dB 값 [math]\displaystyle{ x }[/math]를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

[math]\displaystyle{ x = 10\log_{10}\frac{P_2}{P_1} }[/math]

환산표

dB 값에 따른 [math]\displaystyle{ P_1 }[/math] 대비 [math]\displaystyle{ P_2 }[/math]의 배율은 다음과 같다.


dB 배율 dB 배율
[math]\displaystyle{ 0 }[/math] [math]\displaystyle{ 1 }[/math]
[math]\displaystyle{ 10 }[/math] [math]\displaystyle{ 10 }[/math] [math]\displaystyle{ -10 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.1 }[/math]
[math]\displaystyle{ 20 }[/math] [math]\displaystyle{ 100 }[/math] [math]\displaystyle{ -20 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.01 }[/math]
[math]\displaystyle{ 30 }[/math] [math]\displaystyle{ 1000 }[/math] [math]\displaystyle{ -30 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 40 }[/math] [math]\displaystyle{ 10000 }[/math] [math]\displaystyle{ -40 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.0001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 50 }[/math] [math]\displaystyle{ 100000 }[/math] [math]\displaystyle{ -50 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.00001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 60 }[/math] [math]\displaystyle{ 1000000 }[/math] [math]\displaystyle{ -60 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.000001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 70 }[/math] [math]\displaystyle{ 10000000 }[/math] [math]\displaystyle{ -70 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.0000001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 80 }[/math] [math]\displaystyle{ 100000000 }[/math] [math]\displaystyle{ -80 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.00000001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 90 }[/math] [math]\displaystyle{ 1000000000 }[/math] [math]\displaystyle{ -90 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.000000001 }[/math]
[math]\displaystyle{ 100 }[/math] [math]\displaystyle{ 10000000000 }[/math] [math]\displaystyle{ -100 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.0000000001 }[/math]
[math]\displaystyle{ \infty }[/math] [math]\displaystyle{ \infty }[/math] [math]\displaystyle{ -\infty }[/math] [math]\displaystyle{ 0 }[/math]

dB 배율 dB 배율 dB 배율
[math]\displaystyle{ -1 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.79 }[/math] [math]\displaystyle{ 1 }[/math] [math]\displaystyle{ 1.3 }[/math] [math]\displaystyle{ 11 }[/math] [math]\displaystyle{ 13 }[/math]
[math]\displaystyle{ -2 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.63 }[/math] [math]\displaystyle{ 2 }[/math] [math]\displaystyle{ 1.6 }[/math] [math]\displaystyle{ 12 }[/math] [math]\displaystyle{ 16 }[/math]
[math]\displaystyle{ -3 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.50 }[/math] [math]\displaystyle{ 3 }[/math] [math]\displaystyle{ 2.0 }[/math] [math]\displaystyle{ 13 }[/math] [math]\displaystyle{ 20 }[/math]
[math]\displaystyle{ -4 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.40 }[/math] [math]\displaystyle{ 4 }[/math] [math]\displaystyle{ 2.5 }[/math] [math]\displaystyle{ 14 }[/math] [math]\displaystyle{ 25 }[/math]
[math]\displaystyle{ -5 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.32 }[/math] [math]\displaystyle{ 5 }[/math] [math]\displaystyle{ 3.2 }[/math] [math]\displaystyle{ 15 }[/math] [math]\displaystyle{ 32 }[/math]
[math]\displaystyle{ -6 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.25 }[/math] [math]\displaystyle{ 6 }[/math] [math]\displaystyle{ 4.0 }[/math] [math]\displaystyle{ 16 }[/math] [math]\displaystyle{ 40 }[/math]
[math]\displaystyle{ -7 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.20 }[/math] [math]\displaystyle{ 7 }[/math] [math]\displaystyle{ 5.0 }[/math] [math]\displaystyle{ 17 }[/math] [math]\displaystyle{ 50 }[/math]
[math]\displaystyle{ -8 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.16 }[/math] [math]\displaystyle{ 8 }[/math] [math]\displaystyle{ 6.3 }[/math] [math]\displaystyle{ 18 }[/math] [math]\displaystyle{ 63 }[/math]
[math]\displaystyle{ -9 }[/math] [math]\displaystyle{ 0.13 }[/math] [math]\displaystyle{ 9 }[/math] [math]\displaystyle{ 7.9 }[/math] [math]\displaystyle{ 19 }[/math] [math]\displaystyle{ 79 }[/math]
※ 근삿값

계산 요령

  • +10dB가 될 때마다 10배, -10dB가 될 때마다 1/10배가 된다.
  • +3dB가 될 때마다 2배, -3dB 될 때마다 1/2배가 된다. (오차가 있으나 무시 가능한 수준)
  • dB 값의 덧셈/뺄셈과 배수 값의 곱셈/나눗셈은 서로 대응한다.
    • [math]\displaystyle{ 20\mathrm{dB} + 3\mathrm{dB} = 100 \times 2 }[/math]
    • [math]\displaystyle{ 13\mathrm{dB} - 6\mathrm{dB} = 20 \div 4 }[/math]
    • [math]\displaystyle{ 5\mathrm{W} + 7\mathrm{dB} = 5\mathrm{W} \times 5 }[/math]
    • [math]\displaystyle{ 250\mathrm{mW} - 6\mathrm{dB} = 250\mathrm{mW} \div 4 }[/math]

절대 단위

전력

전력 단위

  • dBm은 밀리와트(mW)를 기준으로 하는 dB 전력 단위이다.
  • dBW는 와트(W)를 기준으로 하는 dB 전력 단위이다.
  • dBm 단위의 값에 30을 더하면 dBW 단위가 된다.

전력 계산 예시

  • [math]\displaystyle{ 0\mathrm{dBm} = -30\mathrm{dBW} = 1\mathrm{mW}=0.001\mathrm{W} }[/math]
  • [math]\displaystyle{ 0\mathrm{dBW} = 30\mathrm{dBm} = 1\mathrm{W}=1000\mathrm{mW} }[/math]
  • [math]\displaystyle{ 14\mathrm{dBm} \approx 25\mathrm{mW} }[/math]
  • [math]\displaystyle{ -100\mathrm{dBm}=0.0000000001\mathrm{mW} }[/math]
  • [math]\displaystyle{ 27\mathrm{dBW} \approx 500\mathrm{W} }[/math]

전압

  • dB는 원래 전력의 정도(Power Quantity)을 위해 고안된 단위이기에 전압을 dB로 나타내려면 약간의 수정이 필요하다.
  • 실효전압([math]\displaystyle{ V_{\mathrm{RMS}} }[/math])을 기준으로 한다.
  • [math]\displaystyle{ x = 10\log_{10}\frac{P_2}{P_1} }[/math]에서 [math]\displaystyle{ P=\frac{V^2}{R} }[/math]에 의해, [math]\displaystyle{ x = 10\log_{10}\frac{\frac{{V_2}^2}{R}}{\frac{{V_1}^2}R}=10\log_{10}\left(\frac{V_2}{V_1}\right)^2=20 \log_{10}\frac{V_2}{V_1}\ }[/math]
  • 문서의 환산표를 대조하려면 전압을 제곱하면 된다.

전압 단위

  • dBV는 볼트(V)를 기준으로 하는 dB 전압 단위이다.
  • dBmV는 밀리볼트(mV)를 기준으로 하는 dB 전압 단위이다.
  • dBu 또는 dBv는 마이크로볼트(μV)를 기준으로 하는 dB 전압 단위이다.
  • dBV와 dBmV, dBmV와 dBu는 각각 60dB 차이가 난다.

전압 계산 예시

  • [math]\displaystyle{ 0\mathrm{dBV} = 60\mathrm{dBmV} = 120\mathrm{dBu} = 1\mathrm{V}=1000\mathrm{mV}=1000000\mathrm{\mu V} }[/math]
  • [math]\displaystyle{ 17\mathrm{dBV} \approx 50\mathrm{V} }[/math]

상대 단위

배율

  • dB를 통해 증폭/감쇄의 정도, 신호 대 잡음비 등의 단순 배율을 나타낼 수 있다.
  • 간혹 절대 단위와의 혼동을 피하기 위해 dBr로 표기하기도 한다.

배율 예시

  • 20dB 증폭기(Amplifier) → 출력 신호의 전력이 원래 신호의 100배가 되는 증폭기.
  • 3dB 감쇄기(Attenuator) → 출력 신호의 전력이 원래 신호의 1/2이 되는 감쇄기.
  • 신호 대 잡음비(SNR)가 60dB → 전체 신호의 전력이 잡음 전력의 백만(1000000) 배

이득

이득 단위

  • dBi는 무지향의 등방성(Isotropic) 안테나의 방사 패턴에 따른 이론상 이득을 기준으로 하는 dB 이득 단위이다. 간혹 i를 생략하기도 한다.
  • dBd는 다이폴(Dipole) 안테나의 방사 패턴에 따른 이론상 이득을 기준으로 하는 dB 이득 단위이다.
  • dBi와 dBd의 이득 차이는 2.15dB이다.

이득 계산 예시

  • [math]\displaystyle{ 7\mathrm{dBi}\approx }[/math] 등방성 안테나 기준이득의 5배
  • [math]\displaystyle{ 3\mathrm{dBd}\approx }[/math] 다이폴 안테나 기준이득의 2배
  • [math]\displaystyle{ 0\mathrm{dBd}\approx2.15\mathrm{dBi} }[/math]
  1. ↑ 단위를 읽을 때는 흔히 '디비'로 읽음.