了解信号传输中的衰减

时间:2023-12-29
  电气和电子设备涉及网络电缆。当信号从源点移动到消费端时,网络电缆面临着信号强度损失的挑战。值得注意的是,信号强度的损失不会改变信号的内容,但从一个点传输到另一点的信号强度将会降低。信号强度损失的过程称为衰减。
  定义衰减
  衰减 被定义为电子波或信号在传输过程中电参数的损失,例如功率、电压和电流。衰减量以特定条件下的输出和输入参数的比率给出。

  触发衰减的主要原因之一是 传输线内的阻抗。阻抗越大,衰减越高。

  图 1.衰减。图片由西蒙·穆戈提供
  测量衰减
  衰减以分贝 (dB) 为单位,是贝尔电话工程师开发的贝尔的十分之一。分贝被定义为一个对数单位,它解释了两个测量值之间的关系。
  下面的等式显示了两个元素之间的分贝差异。

  ?X(dB)=10log(X2X1) 

   在哪里

   ?X?X=测量差异
  X 2和 X 1 = 距离 X 的两个不同的测量值
  公式对数以 10 为底。
  衰减类型
  在电气和网络领域,衰减类型分为三类:自动衰减、有意衰减和环境衰减。
  自动衰减。这主要是电视和音频设备的一项功能,通过自动感测有利于激活电路的电平来避免声音信号失真。
  故意衰减。当需要在电子设备中调节声音以将音量控制到所需的水平时,特意这样做。
  环境衰减。这是由于光纤、铜线或无线通道等传输通道造成信号功率损失的结果。
  测量衰减
  准确测量衰减非常重要,尤其是当重点关注高频射频应用和微波通信时。例如,雷达系统设计的设计者可以在获得正确的衰减测量值后,对功率发射器可以提供给天线的电功率进行估计。
  存在多种测量给定通信系统的衰减的方法。
  功率比法
  对于功率比法,衰减公式由下式确定
  Ap=10log10(PINPOUT)在哪里
  A p  = 功率衰减
  PIN = 输入电源
  P OUT  = 传输线的输出功率
  该公式可以通过考虑发送端的功率或源端的功率来编写。接收器的功率或目标功率如下所示:

  Ap=10log10(PTPR)  

    或者

  Ap=10log10(PSPD) 

      在哪里

  P T = 发射机处的信号功率
  P R = 接收器处的信号功率
  P S = 源功率
  P D = 目标功率
  电压比法
  除了功率之外,输入和输出电压也可能参与衰减的确定。
  在这种情况下可以使用下面的公式

  AV=10log10(VSVD) 

    或者

 AV=10log10(VSVD)  

   或者

  AV=10log10(VTVR) 

   在哪里

  A V = 电压衰减
  VI N = 输入电压
  V OUT = 输出电压
  V T = 发射器电压
  V R = 接收器电压
  V S = 源电压
  VD =目标电压
  衰减与放大
  衰减涉及信号强度损失。放大与衰减相反,因为它涉及信号增益。因此,放大是衰减的校正措施。
  例如,当通过调节音量旋钮来调收音机时,这个过程是放大而不是衰减。
  减少电视电缆衰减的方法是使用中继器,中继器是一种由放大器电路制成的设备,可以增强稍弱的电视信号。
  光纤衰减
  当光通过光纤传输时,光功率会损失。这些损耗被归类为衰减,由散射、吸收和弯曲损耗等因素引起。
  这里,光纤信号衰减是输入光功率与光输出功率的比值,表示为

 A光纤=10log10(PIPO)  

    在哪里

  A光纤= 光纤衰减
  P I = 光输入功率
  P O = 光输出功率
  以下因素会导致光纤衰减。
  吸收损失。这种损耗是由于光纤制造方法和所使用的材料造成的。它会导致电缆的功率耗散。玻璃纤维除了非常干净之外,即使经过清洁,也会残留一些污染物。污染物通过吸收导致功率耗散。
  微弯损耗。当光纤存在时,就会发生微小的弯曲。微小的弯曲有时是由外力、不规则涂层和光纤布线不当造成的。弯曲会散射光信号,从而引起衰减。
  散射损失。这可以由光纤电缆中的光密度波动触发。
  网络衰减
  计算机网络中的通信信号损失也以分贝为单位计算。随着通信的衰减,甚至通过网络传输电子邮件也会变得失真。
  以下是组网中出现衰减的原因。
  范围。在有线和无线系统中,传输在较长距离内缓慢分散。
  电线尺寸。在有线系统中,粗电线比较细电线的衰减较小。
  干涉。无线网络上的无线电等干扰会导致衰减。
  问题
  假设无线电发射机信号通过传输电缆介质传播,其信号功率下降到四分之一,计算信号的衰减。
  解决方案
  衰减可以使用以下公式计算

 AP=10log10(PINPOUT) 

    在哪里

  A p = 功率衰减
  PIN =输入电源
  P OUT = 传输线的输出功率=PIN4
  替换公式中的值
  

AP=10log10(PIN4PIN)AP=10log10(PIN4PIN)

AP=10log10(14)=?6dB


  衰减为-6dB。
  负 dB 值说明衰减/损耗,而正 dB 值说明放大/增益。
  衰减的关键要点
  衰减是电信号在传输过程中的损失
  衰减以分贝为单位
  通过放大信号来校正衰减
  当信号的分贝变化为负时,即衰减,而如果分贝变化为正,则信号被放大。
  存在三种类型的衰减:故意衰减、环境衰减和自动衰减。
  衰减可以根据多个参数来计算,例如功率和电压。
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