[RF 기초] dB와 dBm(Decibel and Decibels above 1 milliwatt)

dB단위는 왜 사용하는가?

dB는 1/10을 의미하는 deci와 전화 발명자의 이름인 벨(Bell)에서 따온 합성어로, deci + bell이 합쳐져 decibel(데시벨)이 되었습니다. 

데시벨은 전기공학 혹은 진동과 관련된 분야에서 사용을 하고 있는 Log값을 이야기 합니다. 이는 측정된 값을 Log 스케일로 보기 위한 방법으로 많이 사용이 되고 있습니다. 

즉, 데시벨은 절대적인 값이 아닌 Log로 나타낸 상대적 스케일의 값이라는 것을 명심하셔야 합니다. 

그럼 왜 Log 스케일을 사용하는 것일까요?

일반적으로 소리에 대한 객관적인 표현 방식은 Pascal입니다. 건강한 사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리는 20 * 10^(-6)이고, 가장 큰 소리는 이 소리보다 약 100만배 큰 소리까지 들을 수 있습니다. 이를 사람들이 보기 쉽게 그래프로 표기하기 위해서는 거의 불가능하다고 볼 수 있습니다. 이렇듯 Pascal을 사용하게 되면 범위가 너무 넓고 데이터 처리가 힘들기 때문에 이를 피하기 위해서 dB라는 개념이 도입되게 되었습니다. 

Log 스케일은 큰 수치를 한눈에 알아볼 수 있게끔 정리가 가능하다는 장점을 가지고 있습니다.  또한 인간의 귀로 들을 수 있는 소리는 크기는 실제 소리에 대한 에너지에 대해 Log적으로만 소리를 들을 수 밖에 없기 때문에 dB의 개념을 사용하는 것입니다. 

dB을 구하는 공식은 아래와 같습니다. 

만약 X에 10이 들어가면 10dB, 100이 들어가면 20dB가 됩니다. 즉 2배의 dB을 얻기 위해서는 X의 값이 10배 커져야 합니다. 

10 dB = 10 * log (10)

20 dB = 10 * log (10 * 10)

30 dB = 10 * log (10 * 10 * 10)

-60dB = 10 * log(1/1000000)

70 dB = 10 * log (10 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10)

약 130dB정도로 사람이 들을 수 있는 청력에 대한 정리가 가능합니다. 이렇듯 dB를 사용하게 되면 사용자들은 비교적 쉽게 소리 혹은 전기적인 값에 대한 처리가 가능합니다.

dBm은 무엇인가?

RF에서는 dB가 아닌 dBm의 개념을 많이 사용합니다. 그럼 dBm이란 무엇일까요?

dBm은 dB의 상대적 스케일을 이용한 절대값을 구하는 수치를 말합니다. 전력량 1mW(0dBm)를 기준으로 전력량이 10mW씩 곱 해질 때 마다 10 dBm씩 증가하는 절대적 수치입니다. 

즉,

1mW는 0dBm

10mW = 10dBm

100mW = 20dBm 

1W(=1000mW) = 30dbm

으로 나타낼 수 있습니다. 

그럼 전압에 대한 dBm은 못하는건가요?

dBm은 일반적으로 전력에 대한 dB 스케일을 나타내는 값입니다. 하지만 전압에 대한 dBm도 구할 수가 있습니다. 

전력을 구하는 공식을 살펴보도록 하겠습니다. 

위의 공식에서 확인할 수 있듯이, 전력은 전류의 제곱 혹은 전압의 제곱에 비례하여 계산이 됩니다.  따라서  전압에 대한 dBm을 구하기 위해서는 10 log (X)가 아닌 20 log(X)로 구할 수가 있습니다.

마지막으로 dB와 dBm의 차이 무엇인지 생각해보도록 하겠습니다. 

dB와 dBm의 차이를 설명하면 기준이 있느냐 없느냐의 차이라고 보시면 됩니다. dB는 Log 스케일을 이용한 상대적인 값이지만, dBm의 경우는 1mW라는 기준을 이용한 스케일의 값을 보여주므로 절대적인 값이라고 할 수 있습니다. 

이 글에서는 dB와 dBm에 대해서 알아보았습니다.

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