射頻領域中常用的單位換算公式

更新 Jul 20, 2023

產品資訊

硬件

  • PXI Vector Signal Transceiver
  • PXI Vector Signal Generator
  • PXI Vector Signal Analyzer

驅動程式

  • NI-RFSG
  • NI-RFSA

問題敘述

請問在射頻領域中常用的單位換算公式有哪些呢?

解決方案

以下是常用的射頻單位換算公式:
  • V pk = sqrt( I 2 + Q 2)
  • V rms = V pk / sqrt(2)
  • Power watts = V rms 2 / Z ohms
  • Power dBW = 10 * log(Power watts )
  • Power dBm = Power dBW + 30
  • Power dBmV = Power dBm + 10 * log(100 * Z ohms )
  • Power dBm = PSD dBm/Hz + 10 * log(BW Hz )
其中, Z ohms代表裝置的輸入阻抗, BW Hz代表使用者感興趣的頻寬範圍, PSD dBm/Hz代表功率譜密度。

下面是使用 RF 單位換算公式的場景範例:
1. 從伏特到 dBm 的轉換
向量訊號收發器 (VST) 產生的單音訊號與載波有 500 kHz 的頻率偏移,IQ 訊號以 120 MS/s 的速率產生,輸出功率約為 -20 dBm。訊號透過 RF IN 端口反饋到 VST 裝置。 I/Q量測結果如下圖1所示,功率量測結果如圖2所示。
圖1
圖 1. I/Q 量測結果

圖2.jpg
圖 2. 功率量測結果
根據 I/Q 量測結果,可以透過以下公式計算訊號功率:
I = V pk * cos(theta(t)) = 0.03 * cos(theta(t))
Vpk= 0.03 V
V rms = V pk / sqrt(2) = 0.03 / sqrt(2) = 0.021213 V
Power= V rms 2 / Z ohms = (0.021213) 2 / 50 = 9 uW
PowerdBm = 10 * log(Power) + 30 = 10 * log(9u) +30 = -20.45 dBm
或是
PowerdBm = 20 * log(Vpk) + 10 = 20 * log(0.03) +10 = -20.45 dBm


從上述轉換方程可以看出,訊號功率的時域量測結果與頻域計算結果基本一致。

2. dBm/Hz 到 dBm 的換算
使用 NI VST 抓到的頻譜量測結果如圖 3 所示。Marker 1 所標示的位置功率譜密度為 -84.50 dBm/Hz。
圖 3.PNG
圖 3. 使用 NI VST 進行的頻譜量測
在 200 kHz 的RBW (解析度頻寬)下,訊號功率可以計算如下:
P dBm = PSD dBm/Hz + 10 * log(BW Hz ) = -84.50 + 10 * log(2 * 10 5 ) = -31.4 dBm