Betrakninger om dB, S-grader og dBm

LA4JGA 2012

Dokument-ID: la4jga2012dB

Rev. Endring Dato Utarbeidet av Godkjent av
A Opprettelse 2012-12-02 LA4JGA Erik Ø Olsen
 A  Små rettelser og tilføyelser  2013-01-08  LA4JGA

 

Innholdsfortegnelse

Introduksjon.

1.Identifikasjon.

1.1    Strøm Spenning.

1.2    Watt.

1.3    Effekttnivå dBm og Watt.

1.4    S grader.

1.4.1   S meter nøyaktighet.

 Tabelliste

Table 1     Kryss Tabell for dBm og Watt

Table 2    S meter og nivå

Table 3     Refererte Dokumenter

Introduksjon

I denne artikkelen vil jeg forsøke på en enkel måte å gi forklaring på dette med desibel relatert til hva man bør vite om det som radioamatør.
Hvordan vi regner med dB, forskjellen i db ved spenning og strøm kontra hvordan db opptrer i effekt.
En dB skala er alltid logaritmisk og det kan være lurt å ha en kalkulator med log funksjon når man vil regne litt på dB i en eller annen form
Dette er artikkel 1 av 2 og danner grunnlaget for artikkel 2 som vil gå mer inn i dybden på praktiske forhold vi som radioamatører bør tenke på. Kanskje vil noen få noen virkelige aha opplevelser når vi i artikkel 2 ser på hele radionstallasjonen sett i 50Ω
Vi skal skal i artikkel 2 regne på hvor mye tap man har i sitt system, i det hele tatt se det i ett praktiskt lys slik vi opplever det til daglig. Jeg vurderer å slå sammen artikkel 1 og 2 og lage en kvelds presantasjon på ett gruppemøte om det er noen som ønsker det.
Kom gjerne med en tilbakemelding om dette og andre ting dere vil ha belyst. Lykke til med tolkningen av denne artikkelen, jeg håper du blir litt klokere og får en forståelse av dB.
2012-12-06
Erik Øverbye Olsen
LA4JGA@LA7M.COM

 

1_Identifikasjon

Desibel er en tiendedel Bel og representerer en enhet som viser til forsterkning eller dempning , dB er altså ett tall for forskjellen mellom to verdier.
dBm er effektnivå i forhold til 1 milliwatt

1.1_ Strøm og Spenning

Jeg hadde tenkt å konsentrere innholdet i denne artikkelen rundt betraktninger sett fra en radioamatørs synspunkt.
Da forholder man seg gjerne til effekt og forsterkning eller dempning, men for å identifisere at det er forskjell mellom dB i spenning/strøm og dB i watt må jeg vise noen beregninger i Volt.
Så ta frem kalkulatoren nå så skal vi lage ett eksempel eller flere J
Formel: Spenning (dB) = 20log (Uut/Uinn) altså her finner vi forskjellen i dB mellom spenning ut og spenning tilført inn Samme formel gjelder for strøm (dB) = 20log(Iut/Iinn)

Om vi har en spenning ut av en krets på 10V og det er tilført 5V vil dette gi oss en forsterkning på 6dB dB=20log(10/5) = 6 Skulle vi snu på det og en krets har10V inn og 5V ut får vi en dempning på -6dB dB=20log(5/10) = -6 Vi tar to eksempler til for å forsøke klarlegge litt:
Uut=40V Uinn=10V dB=20log(40/10) = 12dB
Uut=100V Uinn=10V dB=20log(100/10) = 20dB
Så da kan vi si at regelen for strøm eller spenning bør bli noe slikt som: En dobbel strøm eller spenning tilsvarer 6dB
En firedobbel strøm eller spenning tilsvarer 12dB
Eller en endring på 10 tilsvarer 20dB

1.2 _Watt

Det er nå det begynner å klinge I en radioamatøørs ører J Så hva kan vi si om effekt?

Først må vi finne formelen: dB=10log(Put/Pinn) Legg merke til at her er det 10Log
Vi bruker de same verdiene som ved spenning men nå med W for å lette forståelsen og lettere se sammenhengen.
Ut av en forsterker er det målt 10W, tilført er 5W
dB=10log(10/5) = 3dB Hmm?
Hva med 40W ut når det tilføres 10W? dB=10log(40/10) = 6dB
Men 100W da når det tilføres 10W det burde bli?
dB=10log(100/10) = 10dB Dette hørtes da litt kjent ut vel?
Så vi kan trekke følgende sluttning når det gjelder forskjeller I effekt:
Dobler man effekten tilsvarer det 3dB, eller selvfølgelig halverer man effekten demper man med 3dB Firedobbler man effekten oppnås 6dB, denne er viktig å huske når vi siden ser på dette med S-grader
Å skulle du få anledningen til å varte opp med 10 ganger opprinnelig effekt tilsvarer det altså 10dB
Fra 100W til 1000W er det altså 10dB

Det kan gjøres enklere ved å benytte internett sine fantastiske fasiliteter, det finns en masse sider der ute som gjør jobben enkelt for deg 🙂
Jeg kan anbefale : 
http://www.rapidtables.com/convert/power/Watt_to_dBm.htm

1.3_Effekttnivå dBm og Watt

Igjen er det greit å ha en kalkulator i nærheten.
Effektnivå dBm=10log(P/1)
I dette tilfellet vil effekten i formelen være oppgitt  i milliwatt, la oss gjøre en utregning.
1Watt (1 000mW) skulle bli noe slikt som dBm=10log(1000/1) =30dBm
10Watt (10 000mW) 10log(10000/1) = 40dBm
100Watt (100 000mW) 10log(100000/1) = 50dBm
Kjenner du igjen regelen i 1.2?

Jeg syns det er greit å lime inn en kryss tabell her:

Power (dBm)

Power (dBW)

Power (watt)

Power (mW)

-100 dBm

-130 dBW

0.1 pW

0.0000000001 mW

-90 dBm

-120 dBW

1 pW

0.000000001 mW

-80 dBm

-110 dBW

10 pW

0.00000001 mW

-70 dBm

-100 dBW

100 pW

0.0000001 mW

-60 dBm

-90 dBW

1 nW

0.000001 mW

-50 dBm

-80 dBW

10 nW

0.00001 mW

-40 dBm

-70 dBW

100 nW

0.0001 mW

-30 dBm

-60 dBW

1 μW

0.001 mW

-20 dBm

-50 dBW

10 μW

0.010 mW

-10 dBm

-40 dBW

100 μW

0.1 mW

-1 dBm

-31 dBW

794 μW

0.794 mW

0 dBm

-30 dBW

1.000 mW

1.000 mW

1 dBm

-29 dBW

1.259 mW

1.259 mW

10 dBm

-20 dBW

10 mW

10 mW

20 dBm

-10 dBW

100 mW

100 mW

30 dBm

0 dBW

1 W

1000 mW

40 dBm

10 dBW

10 W

10000 mW

50 dBm

20 dBW

100 W

100000 mW

60 dBm

30 dBW

1 kW

1000000 mW

70 dBm

40 dBW

10 kW

10000000 mW

80 dBm

50 dBW

100 kW

100000000 mW

90 dBm

60 dBW

1 MW

1000000000 mW

100 dBm

70 dBW

10 MW

10000000000 mW

Table 1     Kryss Tabell for dBm og Watt

1.4_S grader

Så var det dette instrumentet da som sitter på enhver transceiver med respekt for seg selv. J
Ifølge IARU [2] region 1 beskrevet slik:
The International Amateur Radio Union (IARU) Region 1 agreed on a technical recommendation for S Meter calibration for HF and VHF/UHFtransceivers in 1981.[1]

IARU Region 1 Technical Recommendation R.1 defines S9 for the HF bands to be a receiver input power of -73 dBm. This is a level of 50 microvolts at the receiver’s antenna input assuming the input impedance of the receiver is 50 ohms.

For VHF bands the recommendation defines S9 to be a receiver input power of -93 dBm. This is the equivalent of 5 microvolts in 50 ohms.

The recommendation defines a difference of one S-unit corresponds to a difference of 6 decibels (dB), equivalent to a voltage ratio of two, or power ratio of four.

Signals stronger than S9 are given with an additional dB rating, thus «S9 + 20dB», or, verbally, «20 decibels over S9» or simply «20 over 9».

Ut av dette kan vi igjen lage en referanse tabell for HF Jeg har valgt å ta med µV (50Ω) i tabellen også siden dette også er en oppgitt verdi som referanse. Mange signalgeneratorer har utgangsnivå i µV.

Table 2  S-grader og nivåer

S-grader

dBm

HF µV (50 Ω)

S1

-121dBm

0,2µV

S2

-115dBm

0,4µV

S3

-109dBm

0,8µV

S4

-103dBm

1,6µV

S5

-97dBm

3,2µV

S6

-91dBm

6,3µV

S7

-85dBm

12,6µV

S8

-79dBm

25,1µV

S9

-73dBm

50,2µV

S9+10

-63dBm

160,00µV

1.4.1_S meter nøyaktighet

Det finnes mange referanser ute på nettet til nøyaktigheten på S metre, for ikke å dra oss for langt ut på viddene så antar vi at “den beste bilen I vera er den du har sjøl” overført til transceivere får vi tolke det dit hen at S meteret ditt er korrekt  J

Men det skal sies at ikke alle S metre er kalibrert til -73dBm (50 µV) 9S så i praksis nok er ett instrument til å vise en relativ verdi. Om du kalibrerer S meteret ditt til S9=50mV så betyr det dessverre heller ikke alltid at S8 er 6dB lavere Det er med andre ord ikke sikkert du har 6dB/S grad

Ref [1] Wikipedia.org Most S meters are not calibrated and in practice can only provide a relative measure of signal strength based on the receiver’s AGC voltage. Some S meters are calibrated to read S9 for an input of -73 dBm but do not provide the correct 6 dB per S unit correspondence.

Often the correlation between a radio listener’s qualitative impression of signal strength and the actual strength of the received signal is poor, because the receiver’s AGC holds the audio output fairly constant despite changes in input signal strength.

Table 3         Refererte dokumenter

Reference and Title

Doc ID

(Rev./Date)

(Publisher)

www.wikipedia.org

S meter

?

Wikipedi

http://www.rapidtables.com/convert/power/Watt_to_dBm.htm

?

www

IARU International Amateur Radio Union Region 1

R.1

1981

IARU

LA4JGA Desember 2012 / sept 2017