S-meter

I segnali radio, misurati dall'S-meter, vanno da qualche frazione di microvolt a qualche centianio di millivolt. Per misurare grandezze così dissimili tra loro occorre fare uso di scale logaritmiche; infatti l'S-Meter misura nei primi due terzi, da S1 fino a S9, sei decibel per divisione con una lettura abbastanza lineare; per dirla tutta, la tensione d'ingresso raddoppia ad ogni divisione della scala dello strumento, per cui in realtà non è vero che la forza del segnale sia lineare, ma noi leggiamo una scala quasi lineare, fatta così per comodità di lettura.
Dopo S9, l'S-Meter procede con salti di 20 dB, fino ad un massimo di 60 dB. Chi utilizza la radio sa che fino a 5 il segnale è debole, spesso vi si accompagna del rumore; da 6 fino a 9 il segnale è forte, oltre è fortissimo. Vediamo ora di capire le informazioni che lo strumento (sostanzialmente un galvanometro, sia nella forma a magnete mobile che in barra di led) ci offre.
Guardando la tabella si notano tre scale di un S-Meter tipico ed è possibile il confronto tra segnale misurato e relativa tensione, il confronto tra segnale misurato e la potenza, il confronto con i decibel.

S-Meter Tensione 1 2 3 4 5 6 7 8 9 +10 +20 +30 +40 +50 +60 0,4 µV 0,8 µV 1,6 µV 3 µV 6 µV 12 µV 25 µV 50 µV 100 µV 316 µV 1 mV 3,1 mV 10 mV 31 mV 100 mV

S-Meter Potenza 1 2 3 4 5 6 7 8 9 +10 +20 +30 +40 +50 +60 0,0031 pW 0,0122 pW 0,0488 pW 0,2 pW 0,78 pW 3,13 pW 12,5 pW 50 pW 200 pW 2 nW 20 nW 200 nW 2 µW 20 µW 200 µW

S-Meter Decibel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 +10 +20 +30 +40 +50 +60 128 122 116 110 104 98 92 86 80 72 60 50 40 30 20

Si è preso come riferimento ad S9 il valore di 100 µV, poiché è questo il valore che ho misurato su un paio di ricevitori per Onde Corte e Onde Medie.

Per quanto riguarda le potenze in gioco, ad S9 si ha una potenza di 200 picoWatt: il rapporto in potenza tra i segnali è di 1 a 66.000. Ogni 20 dB la potenza aumenta di 100 volte. Ad S9+60 avremo infatti, rispetto ad S9, 100 x 100 x 100 = 1.000.000. Tra S9 ed S9+60 è di 1 a 1.000.000. Il rapporto tra un segnale ad S1 ed uno a S9+60 è di 1 a 66.000.000.000, ovvero il segnale più forte misurato è 66 milardi di volte più potente di quello ad S1. Si comprende quindi perché è importante la dinamica di un ricevitore e quale gravoso compito abbia nel gestire segnali così differenti.
Per quanto riguarda le misure in decibel, preso arbitrariamente come 0 dB il valore di 1 V su 50 Ohm, la dinamica che mette in evidenza un normale S-Meter è di 108 dB. Tra S1 ed S9 ci sono 48 dB, tra S9 ed S9+60 ci sono 60 dB, valore più che sufficiente per misurare l'estensione nella gestione dei segnali di un ricevitore. Ottimi ricevitori per HF hanno dinamica credibile tra i 96 ed i 98 dB, che è molto. Dinamiche di 102-105 dB si hanno con ricevitori cosiddetti professionali.

In una serata passata ad ascoltare NDB presso la sezione CISAR di Torino, qualcuno ha sollevato un problema di esattezza circa la tabella proposta, affermando che internazionalmente i radioamatori adottano un altra scala; era stato infatti stabilito, nella conferenza IARU nel 1978 in Ungheria, che il valore corrispondente ad "S9" fosse 50 µV.
Quindi, sapendo che ogni punto "S" vale 6 dB, ho stilato la tabella qui sotto.

S-meter	microWatt	microVolt/50 Ohm	dBm
9+40	501,000	5000	-33
9+30	50,119	1583	-43
9+20	5,012	501	-53
9+10	0,500	158	-63
9	0,050	50	-73
8	0,0125892	25	-79
7	0,0031622	12,5	-85
6	0,0007943	6,30	-91
5	0,0001995	3,10	-97
4	0,0000501	1,58	-103
3	0,0000126	0,79	-109
2	0,0000032	0,39	-115
1	0,0000008	0,19	-121

Questo appunto per le HF in quanto per le VHF e superiori la tensione corrispondente ad "S9" vale invece 5 microvolt / 50 Ohm a causa della differente caratteristiche della banda, più silenziosa al punto che il rumore prevalente è quello generato dall'apparato stesso.
Nella tabella qui sopra è stata anche aggiunta la misura di dBm. I dBm esprimono la potenza in valore assoluto, mentre i dB quella relativa: la Potenza in dBm è uguale a 10 x Log(P in mW / 1 mW).

Quando leggiamo un rapporto ad es."S9+30", tipico valore di una potente stazione radio commerciale sapremo che in antenna abbiamo 1583 microvolt su 50 OHM, corrispondenti ad una potenza di 50,119 microwatt: cioè ben 1,5 mVolt in ingresso al ricevitore. Se invece leggiamo "S5" sapremo che in antenna abbiamo 3,10 microvolt su 50 OHM, corrispondenti ad una potenza di 0,0001995 microWatt (µW).
In misurazioni successive eseguite su altri ricevitori ho potuto appurare che non tutti gli S-meter sono ben tarati, anzi! I nostri ricevitori non sono dei costosi strumenti di misura e danno in realtà delle indicazioni approssimate del segnale ricevuto.
Le immagini presenti nell'articolo sono relative ai vari S-meter "virtuali" del ricevitore Perseus.

Angelo Brunero