↑ Terug naar PA9DB

Pagina afdrukken

dB’s,dBm’s ,Watts, S-meter en Power levels

Concept

Started: 9 November 2015
Public  : 21 Sept 2016
Edit : 15 Sept 2016
Author :PA9DB

 

dB, dBm,Watts, S-Meter en Power Levels conversie tabels


Vraagt u zich ook wel eens af of die leugendetector  ofwel  S-Meter klopt? En hoe zat dat ook al weer met die dB’s dBm’s en hoe reken je dat eigenlijk uit? Laten we op deze materie eens dieper ingaan, het is tenslotte examenstof voor de Full License Zendamateur.
Allereerst zijn er een aantal afspraken (recommendations) gemaakt hoe dit S-getal ge-interpreteerd dient te worden.
  • Van S9 ,op frequenties kleiner dan 30MHz, is afgesproken dat dit 50 microVolt weergeeft bij een belasting van 50 ohm, dit komt overeen met -73dBm aan vermogen wat ontvangen wordt.
  • Van S9,  op frequenties groter dan 30 MHz, is afgesproken dat dit 5 microVolt weergeeft bij een belasting van 50 ohm , dit komt overeen met -93dBm aan vermogen wat ontvangen wordt.
  • Het verschil tussen twee aaneenliggende S-punten is 6dB = 1 S-punt.

Relative signal intensity.

We kunnen nu een tabel samenstellen (zie tabel 1.) die begint bij S1,S2,S3 etc. tot en met S9. Een S10 kennen we niet, wel wordt aan S9  dan +10db toegevoegd. We stellen S9 nu op 0db, dan is S9+10 (10dB over 9) een factor 10 keer meer vermogen dat ontvangen wordt. Bij S9+20 (20dB over 9) is dat 10×10=100 maal meer vermogen. S9+30 (30dB over 9) dan is dat 10x10x10 =1000 maal meer vermogen (50nanoWatt) tenopzichte van die S9 (50picoWatt). Je ziet dat de dB niet meer dan een verhouding weergeeft waarmee makkelijker valt te rekenen.  Een S8 is dan 6dB minder dan S9 (0dB) dus -6dB , en S7 is -12dB etc tot S1 wat dan -48dB is. Dit noemen we de relatieve signaal intensiteit. Nu hebben we al twee kolommen gevuld, de signal strength en de relative intensity.
50ohmst30mhz Tabel 1.  S-Meter Signal-readings voor F <30MHz @50 ohm 

Received Voltage

Van de Received Voltage weten we dat S9 overeenkomt met 50microVolt(f<30MHz).
We springen , met de rekenmachine in de hand, even zijwaarts zodat we snappen hoe we aan de rest van de waarden van Received Voltages komen.

Logaritme en de Exponentiële functie

Even geheugen opfrissen  Logaritme  zie http://nl.wikipedia.org/wiki/Logaritme en de Exponentiële functie
Wat moeten we onthouden?
  • Voor Spanning en Stroom gelden :  20 x log(10) ,voor vermogen geldt 10 x log(10).
Laten we gelijk een rekenvoorbeeld doen dat maakt alles duidelijker. Op veel rekenmachines zit de “10 tot de macht x” toets in de buurt van LOG of als 2nd function boven de LOG toets.
Onderstaande berekeningen hebben betrekking op tabel 1. 
Om de verhouding uit te rekenen tussen  0dB en -6dB (spanning ,stroom ) doen we:
-6 / 20 = -0,3  >> 10 tot de macht -0,3 = 0,501  x 50microVolt = 25 microvolt  is dus de helft van de 0dB waarde.
nog eentje voor -12dB :
-12 / 20 = -0,6 >> 10 tot de macht -0,6 = 0,251 x 50microvolt = 12,5 microVolt (in tabel afgerond op 13)
+6dB geeft dan : +6/20= 0,3 >> 10 tdm 0,3 = 1,99 x 50 microVolt= 100 microVolt  = S9+6dB
We zien dus dat  -6db bijna de helft is en +6db bijna overeenkomt met een verdubbeling. Maar we gaan van S9 terug naar S1 dus moeten we -6dB gebruiken, immers boven S9 gaan we met 10dB in stappen omhoog. Ook deze kolom verder naar S1 is nu verder compleet te maken.  De helft van 50microVolt is dan 25 microVolt ,13 microVolt ,6,3 microVolt etc.
Bij S9+10dB doen we nu 10 / 20 =0,5  >> 10 tdm 0,5 =3,16 x 50μV=158 μVolt (afgerond 160)
S9+20dB geeft dan: 20 / 20 =1 >> 10 tdm 1 =10 x 50 =500 μVolt
S9+30dB geeft dan: 30 / 20=1,5 >> 10 tdm 1,5 =31,6 x 50= 1581μV afgerond 1,6mV
In de vierde kolom staan de dBμVolts (dBμV) ,deze waarde verkrijgen we door de LOGaritme van de spanning te berekenen en te vermenigvuldigen met het grondtal 20 . De uitkomst is een dB waarde tenopzichte van de μVolt.
Uitgaande van S9 50μVolt  : LOG(50)=1,699 x 20 = 33,9 afgerond 34 dBμV  (zie tabel 1)
S8 geeft dan : LOG(25) = 1,398 x 20= 27,95 dBμV afgerond 28 dBμV  (zie tabel 1)

Received Power 

De laatste kolom van de tabel geeft het ontvangen vermogen (Watts) weer, en in technische kringen drukken we dit uit in dBm.
deciBell milliWatt. Omdat het toch vermogen betrefd kunnen we de W weglaten. De m geeft aan hoeveel dB vermogen  er meer of minder is tenopzichte van 1 milliWatt . dB(W)  is tenopzichte van 1 Watt, en dBK tenopzichte van 1000Watt ofwel 1KiloWatt. Het vermogen wat doorgaans op een antenne ontvangen wordt is zo klein dat we beter dBm’s gebruiken , echter een maker van zware RF eindtrappen zal dB of dBK gebruiken omdat dat beter in zijn werkgebied past.
Als we de antenne als signaal bron zien en de ontvanger ingang als een belasting met een weerstand van 50 Ohm kunnen we het vermogen uitrekenen met de formule P=U²/ R . Spanning in het kwadraat gedeeld door de weerstand geeft ons het vermogen.
We zien dat er bij S9 dus 5 microVolt signaal  is (Tabel 1)  over een weerstand van 50 Ohm.  (5 x10-6) ² /50= 50picoWatt
Veel komen we ze niet tegen ,ik heb het over de femto en atto. De femto en atto zijn uit het  Deens (femten-vijtien en atten-achttien) afgeleid.  femto geeft een factor 10-15 aan en atto staat voor factor 10-18 .tablewatts

Tabel 2.  Eenheids verklaring Watt en de Exponent waarde.

Berekeningen hebben betrekking op tabel 1. 
Nu willen we die picoWatts uitdrukken in dBm’s en komen we het spreekwoordelijke ‘addertje onder het gras’  tegen. Zoals eerder gezegd is de dBm tenopzichte van de milliWatt . Echter we hebben 50 picoWatt. 1 picoWatt is een factor 1.000.000.000 kleiner dan de milliWatt . Zie Tabel 2
10-12  – 10-3   = 10-9
 We vermenigvuldigen  die 50 met 1×10-9  en nemen daar de LOG van . LOG(0,000.000.05)= -7,3 en vermenigvuldigen dat met grondtal 10 (vermogen) geeft -73dBm.
Bij S4 hebben we 50 femtoWatt, dat is 10-15  – 10-3 = 10-12     LOG(50 x 10-12 ) =   -10.3 x 10 = -103dBm
Nog eentje om het afteleren…
S9+80dB  (wordt niet gebruikt maar het gaat om het rekenen) geeft 5 milliWatt, hier zien we dat de eenheden gelijk zijn.
LOG(5) =0,698 x 10 = +6,98 dBm

 Aantekening: Een antenne ontvangt meerdere signalen ook van andere frequenties. Het ontvangen S-meter getal waarover men spreekt is de waarde die het middenfrequent (IF) detecteerd op 1 specifieke frequentie met bijbehorende bandbreedte waarop het middenfrequent is ingesteld!!

 


Zelfde truucje ,…ander aapje

 

Bovenstaande berekeningen hadden betrekking op Tabel 1. waarbij we uitgingen van een Frequentie kleiner dan
30 MHz (aan 50 Ohm).
Voor VHF en UHF toepassingen kijken we naar een andere tabel waarin S9 >>>  5 microVolt  aan ontvangen antennesignaal geeft.
Dat het ook fout kan gaan zien we als we kijken naar de 70cm webSDR S-meter van Hobbyscoop (PI1UTR)
Daar komt S9+20dB overeen met ongeveer -53dBm, terwijl dit gecorrigeerd (lees: zonder fout) -73dBm zou moeten zijn.
Op Hackgreen  bv 80 Meter komt S9 +20dB wel overeen met -53dBm en dat klopt volgens Tabel 1.
Hieruit kun je concluderen dat de WebSDR Software inderdaad voor frequenties lager dan 30MHz is geschreven en niet is aangepast voor de hoge frequenties die worden  ontvangen op de 70cm WebSDR…..de ultieme digitale leugendetector…ehhh S-Meter…

 

Met de gegeven berekeningen is het wel een hele klus maar zeker te doen om onderstaande Tabel 3 samen te stellen.
Een uitermate geschikte oefening om de grijze yogurt te trainen met de rekenmachine.

 

50ohmbt30mhz Tabel 3. S-Meter Signal-readings voor F >30MHz @50 ohm

 

50 of 75 Ohm?

Communicatie ontvangers cq Radiozendapparaten worden gespecificeerd op de gebruikelijke 50 Ohm antenne-ingangs impedantie.

Radio FM ontvangers voor de omroepband, welke tegenwoordig  worden aangesloten op kabelsystemen, hebben een 75 Ohmse impedantie en of zelfs een 300Ohm aansluiting voor lintkabel antenne.

Het ontvangen vermogen blijft uiteindelijk gelijk echter de spanning over deze 75 Ohmse belasting zal iets stijgen omdat je de antenne (lees : signaalbron) minder belast . Zie Tabel 3

 

75ohmbt30mhz2  Tabel 3   S-Meter Signal-readings voor F >30MHz @75 ohm 

 


LOG S-meter VS. linear scale “procentmeter” 

 

Als inleiding van dit chapiter nemen we eerst de draaispoelmeter onder de loep. In onderstaande afbeelding (*2) zien we een draaispoelmeter.

Een spoeltje vrijbewegend ingeklemd tussen 2 safieren voor de minste wrijving. Dit spoeltje beweegt tussen 2 magneten met een Noord en Zuidpool. En het spoeltje heeft 2 veertjes van Fosforbrons a) om een tegenkracht tegeven voor het electromagnetische veld en 2) om de spoel van spanning/stroom te voorzien die dit veld moet opwekken.

220px-galvanometer_diagram

Dus een aangelegde spanning zal een wijzeruitslag geven die evenredig is met het opgewekte veld. Belangrijk hierbij is dat het hier om een lineaire evenredigheid gaat. Zal bijvoorbeeld bij
1 Volt een  volle meter uitslag geven, dan zal bij 0,5 Volt de meter op de helft staan.(exponentiële factor  is 1 )
Draaispoelmeters hebben veelal een lage weerstand en er wordt een voorschakelweerstand toegepast om in het te meten werkgebied te komen.
 Tot zover niets nieuws onder de zon…maar we hadden het over S-meters..
Met de Digitale meters buiten beschouwing gelaten heeft een analoge S-meter ook een draaispoelmeter. Deze draaispoelmeter wordt aangestuurd vanuit de middenfrequent schakeling in de ontvanger ofwel het IF-system IC. Dit IC heeft meestal al een RSSI (Received Strength Signal Indicator) uitgang of het wordt afgeleid van de discriminator.
De fabrikant geeft in de DATASHEET de gegevens die nodig zijn bij de keuze van een middenfrequent IC.
Wat belangrijk is , is het dynamisch bereik wat een MF-IC kan detecteren. In onderstaand diagram van de SA625 midden frequent ic van Philips zien we dat het Dynamisch bereik ongeveer 90db is.

 

sa625-rssi

Het gaat hier om de rode ingetekende lijn. Die begint bij een RF signal input van -130dBm en loopt door tot -30dBm.
Het eerste stukje bij -130dBm is eigenruis gebied en moeten we niet serieus nemen 🙂 , bij -120 dBm mogen we blij zijn dat de meter uit de hoek komt. Bij -30dBm zien we een vervlakking . Dit noemen we het verzadigingsgebied van de detector. Maar een rekensommetje geeft ons dan 120 -30 = 90dB dynamiek.
Hoe lager de eigenruis en hoe hoger het verzadigingsgebied destebeter is ons midden-frequent IC die de uiteindelijke signaal meter aanstuurt. Het verhogen van de RF input in het verzadigingsgebied heeft dan ook geen zin want de koek is op…de RSSI uitgang “loopt vast” tegen de voedings spanning minus de transistor overgangs spanning in het IC (6Vcc- 5Vrssi).
Het mooie rechte verloop van het Dynamisch bereik wordt gemaakt door een LOGtoLin converter in het IC .We zouden een draaispoelmeter, met wat extra componenten om de RSSI uitgang niet te belasten , hieraan kunnen koppelen en we hebben een S meter met bijvoorbeeld als schaal:S1-S2-S3-S4-S5 wat overeenkomt met 0  tot 5 Volt. Deze schaalverdeling wordt veel toegepast in FM tuners.

 

Five Nine Five Nine Five Nine..

Communicatie Ontvangers maken gebruik van een Logaritmische schaalnotatie, omdat FIVE NINE Plus 20 beter klinkt dan FIVE FIVE  als de S-meter niet verder gaat dan S5 🙂  Geintje natuurlijk … maar we willen een zo goed mogelijk signaal rapport geven.
Bij ontvangst op een Tuner( 70cm breedband ) waar de S-meter tot S5 gaat, is het gebruikelijk dit dan ook te vermelden om verwarring te voorkomen. Sommige hebben Tuners die ledblokjes aangeven, maar we zitten toch niet in Legoland? hup hup ombouwen die hap.

 

ft857Voor een gelijksoortig project wat ik had gestart was ik op zoek naar schalen.Deze schaal zou dan dienen in een digitale uitlezing op de PC aangestuurd door een PIC processor via USB en deze leest op zijn beurt het RSSI signaal van de TUNER.
In mijn zoektocht kwam ik o.a. nevenstaande afbeeldingen tegen.  Slechts een van deze meters is correct!! De bovenste is een meter  die bij een Yaesu FT857 wordt gebruikt . en de onderste is mij nog onbekend, maar kan nu verklappen dat de laatste KLOPT.
Het blijkt dat de schaal ooit voor een DIY hobby project is gemaakt , en kennelijk heeft het programma waarmee de schaal is gemaakt , niet de mogelijkheid gehad om de afstand tussen de streepjes na S9 te vergroten.
Weet u nog ,… de afstand tussen 2 aaneenliggende S-getallen is 6dB tot aan S9 daarna met 10dB erbij…..
Als we naar de streepafstand kijken tussen [S8-S9] en [S9-S9+10] zien we dat deze gelijk is …huh?? dus 6dB is 10dB???
Nee , zegt de betweter dan, dat wordt verrekend….Tuurlijk joh.. precies na S9 gaat het IC minder spanning geven … ech nie.
De +10 zou +6 moeten zijn met +12 en +18 etc. navolgend….de meter is namelijk nog steeds lineair.

 

s-meter

Om dit leugentje te voorkomen kun je de schaalverdeling en notatie aanpassen aan de logaritmische Notatie. Het gevolg is dat de afstand tussen de streepjes bij 10 dB groter is dan bij 6dB.
Tussen +50dB en +60dB is de afstand weer kleiner omdat hier wel rekening is gehouden met het verzadigingsgebied waarover ik eerder sprak.
Ook het eigenruisgebied tussen 0 en S1 is kleiner.
Gelukkig worden de tegenwoordig verkochte digitale apparaten met een digitale leugendetector uitgevoerd..valt er niets meer te liegen en moeten we de fabrikant op z’n bolle ogen geloven.

newsmeter2

 

 

Zo klopt het weer………..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Instinkertjes…


Veel gehoorde fout…  in bijvoorbeeld :
100Volt  . ehhh 3dB verzwakking, das de helft. ehh.. 50Volt in het kwadraat gedeeld door 50Ohm is 50 Watt..
FOUT.. Voor vermogen is -3dB de helft , voor spanning is -6dB de helft.. en zou het antwoord 100Watt moeten zijn
Uitwerking :
100V = 200Watt aan 50 Ohm
100V   @3dB verzwakking = 70.8 Volt = 100Watt
100V  @6dB verzwakking =  50 Volt   = 50Watt
100V  @9dB verzwakking = 35.5 Volt = 25Watt
100V @ 10dB verzwakking=31.6  Volt  = 20 Watt
100V @ 12dB verzwakking =25.11 Volt =12.6 Watt
100V @ 15dB verzwakking = 17.78 Volt= 6.33Watt
3db /20 =0,15  10 tot de macht 0,15=1.4125        100 / 1,4125=70,8 V
6dB/20 =0,3   10 tot de macht 0,3=  2        100 / 2 = 50 Volt

 

 



Handige tabellen tot slot.

power levels

power meting power_log

Share

Permanente koppeling naar dit artikel: https://het-bar.net/tech-center/zelfbouwhoekje-members/pa9db/dbsdbms-watts-s-meter-en-power-levels/

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

De volgende HTML tags en attributen zijn toegestaan: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Web Design BangladeshWeb Design BangladeshMymensingh