dBm, W và dBµV: những đơn vị dễ bị nhầm lẫn

Tại bàn thử nghiệm EMC, một màn hình có thể hiển thị đồng thời dBm, dBµV và dB(µV/m), trong khi bảng dữ liệu lại ghi watt và dBW. Tên gọi trông giống nhau, và chỉ một lần quy đổi sai là kết quả lệch vài dB, thậm chí hàng chục dB. Hướng dẫn này giải thích từng đơn vị đo đại lượng gì, cách quy đổi giữa chúng và những chỗ hay mắc lỗi nhất, kèm ví dụ tính toán.

1. Mỗi đơn vị đo đại lượng gì

2. Các công thức cơ bản

• dBm = 10·log₁₀(P / 1 mW), và P(mW) = 10^(dBm/10). 0 dBm là 1 mW và 30 dBm là 1 W.
• dBW = dBm − 30. Cùng một công suất ghi bằng dBW sẽ là con số nhỏ hơn 30.
• dBµV = 20·log₁₀(V / 1 µV). Công suất tỷ lệ với bình phương điện áp nên hệ số là 20 chứ không phải 10.
• Điện áp và công suất liên hệ qua P = V² / R. Với 50 Ω, dBm = dBµV − 107. Với 75 Ω, dBm = dBµV − 108.75.
• Con số 107 từ đâu ra: 1 µV trên 50 Ω là (10⁻⁶)² / 50 = 2×10⁻¹⁴ W = −137 dBW = −107 dBm.

3. Ví dụ tính toán: từ máy phát tín hiệu đến máy thu

Một máy phát tín hiệu cấp 0 dBm vào tải 50 Ω. Công suất là 1 mW và điện áp là V = √(P·R) = √(0.001 × 50) = 0.2236 V. Tính theo dBµV được 20·log₁₀(0.2236 / 10⁻⁶) = 106.99 dBµV, làm tròn thành 107 dBµV. Kết quả khớp với công thức tắt dBm + 107.

(Máy tính: dBm ↔ W, dBm ↔ dBµV)

Bây giờ xét chiều ngược lại. Máy phát 5 W là 5000 mW, nên 10·log₁₀(5000) = 36.99 dBm, tức 6.99 dBW. Trên 50 Ω, đó là 36.99 + 107 = 143.99 dBµV, và điện áp là √(5 × 50) = 15.8 V.

Việc quy đổi tương tự cũng cần khi đo sơ bộ trước thử nghiệm chính thức bằng máy phân tích phổ. Nếu máy phân tích hiển thị −59 dBm trên 50 Ω thì mức là −59 + 107 = 48 dBµV, và điện áp là 10^(48/20) = 251 µV. Giới hạn phát xạ dẫn được ghi bằng dBµV, vì vậy hãy quy đổi trước rồi mới so sánh.

Việc quy đổi điện áp không phụ thuộc vào trở kháng. Trở kháng chỉ quan trọng khi quy đổi sang công suất. (Máy tính: dBµV ↔ V)

4. Những tình huống hay nhầm đơn vị

• dBm so với dB: dBm là công suất tuyệt đối còn dB là tỷ số. 20 dBm cộng độ lợi 3 dB là 23 dBm. Nhưng hai tín hiệu 20 dBm không cộng lại thành 40 dBm; nếu chúng không tương quan, tổng là 23 dBm. Vì 1 W + 1 W = 2 W nên 30 dBm + 30 dBm = 33 dBm. (Máy tính: cộng mức dB)
• 10 so với 20: dùng 10·log cho công suất và 20·log cho điện áp hoặc trường. Điện áp tăng gấp đôi là +6 dB, công suất tăng gấp đôi là +3 dB.
• dBm so với dBW: chúng chênh nhau 30. Nếu không kiểm tra bảng dữ liệu dùng dBW hay dBm, kết quả sẽ lệch 30 dB.
• Trở kháng: độ lệch 107 chỉ đúng với 50 Ω. Dùng cho hệ 75 Ω sẽ gây sai số 1.75 dB.
• dBµV so với dB(µV/m): đại lượng đầu là điện áp tại đầu vào máy thu, đại lượng sau là cường độ trường tại anten. Hệ số anten (AF) và tổn hao cáp nối hai đại lượng này: E (dBµV/m) = V (dBµV) + AF (dB/m) + tổn hao cáp (dB). Ví dụ: 30 dBµV + AF 12 dB(1/m) + cáp 2 dB = 44 dB(µV/m). (Máy tính: dBµV/m ↔ V/m)
• Bộ tách sóng: với cùng một tín hiệu, các số đọc đỉnh, gần đỉnh và trung bình của máy thu EMI là khác nhau. Khi so với giới hạn, hãy dùng bộ tách sóng mà giới hạn quy định.

5. Thói quen giúp phát hiện lỗi quy đổi

• Hãy nhớ một điểm mốc: với 50 Ω, 0 dBm = 107 dBµV. Nếu kết quả lệch nhiều, hãy nghi ngờ đơn vị trước tiên.
• Quy đổi ngược lại và kiểm tra xem có thu được giá trị ban đầu không.
• Ghi đơn vị và trở kháng bên cạnh mỗi con số trong bảng. Một con số trần được chép lại mà không có chúng thì sau này không thể diễn giải.