A misteriosa escala S

A maioria dos receptores usada pelos radioamadores está graduada numa escala S. Todos a usamos, mas que informação poderemos extrair dela?

Noutros ramos de actividade, por exemplo, nas comunicações móveis, o nível de sinal recebido é normalmente medido em mV ou dBm. Comecemos por explicar estas unidades.

 

mV e dBm

 O mV não é mais do que uma medida de tensão na entrada de antena. É como usarmos um voltímetro sintonizado na frequência que pretendemos e ler o valor de tensão presente. A sensibilidade dos receptores é muitas vezes expressa em mV, esta indica-nos qual o nível mínimo de sinal necessário para uma correcta desmodulação do sinal.

 Ao aplicarmos um sinal de alguns mV na entrada de antena do receptor, que apresenta uma impedância de 50Ω, estamos a gerar uma potência que podemos calcular através da clássica lei de Ohm. 

Por exemplo para um sinal de 1mV temos:

Assim sendo podemos também expressar o nível de sinal de entrada como uma potência. É esta ideia que nos leva ao dBm.

Sendo o dB apenas uma relação entre valores é necessário um valor de referência. No caso do dBm a referência é 1mW que corresponde a 0dBm. Matematicamente temos então:

Alguns exemplos:  

 

1mW

1W

20W

100W

1mW

1nW

1pW

1fW

20fW

dBm

0

30

43

50

-30

-60

-90

-120

-107

No final deste documento encontra-se uma tabela com os principais prefixos multiplicativos.

 

A escala S

 Num receptor de radioamadorismo podemos, aproximadamente, desmodular sinais entre os -120 e os -30dBm, ou entre os 0.20 e os 7000mV. Como é fácil de entender não seria muito fácil trocar um report de 45mV ou –94dBm.

 A escala S cria assim uma maneira fácil de classificar a potência do sinal recebido, correspondendo a cada número um nível de recepção.

O mistério começa aqui. Como não existe um padrão definido internacionalmente entre fabricantes a escala S acaba por não nos dar uma medida rigorosa, os casos que exemplificarei à frente são disso demonstrativos.

 

Para definir a escala S, a ARRL usa as seguintes regras:

  1. A um sinal de 50mV (ou -73dBm) corresponde um S9
  2. Abaixo de S9 a escala é graduada com 6dB/unidade, ou seja, uma unidade abaixo corresponde a ¼ da potência e uma unidade acima a quatro vezes mais potência.
  3. Acima de S9 a escala é graduada em dB’s relativos a S9, ou seja, S9+10 corresponde a um sinal 10 vezes mais potente que S9, S9+20 será 100 vezes mais potente que S9, etc.

Se todos os receptores cumprissem estas regras à risca não haveria razões para desconfiarmos de alguns reports!

Já segundo o software Radio Mobile a escala S define-se assim:

  1. S1 corresponde à sensibilidade do receptor, por exemplo: 0.25mV ou -119dBm
  2. Até S9 usa-se 6dB/unidade e acima de S9 a escala é graduada em dB’s, tal como a regra da ARRL

Ainda segundo o Radio Mobile para frequências acima de 30MHz usa-se 3dB/unidade e não 6dB/unidade. A particularidade desta escala S, segundo o Radio Mobile, ser baseada na sensibilidade do receptor leva-nos a duas conclusões: sinais abaixo de S1 seriam sempre imperceptíveis e um receptor com mais sensibilidade que outro reportará sinais S mais elevados.

 

Confuso, não?!

Da teoria à prática

 Na tabela seguinte encontram-se resumidos os valores teóricos de potência recebida e valor respectivo na escala S. Para construir a escala Radio Mobile assumiu-se uma sensibilidade do receptor de 0.25mV, um valor normal em transceptores de HF.

Potência recebida

Tensão

Escala S

ARRL

Escala S Radio Mobile

dBm

fW

mV

<30Mhz

>30MHz

-121

0.79

0.2

1

1

1

-115

3.16

0.4

2

2

2

-109

12.59

0.8

3

3

4

-103

50.12

1.58

4

4

6

-97

199.53

3.16

5

5

8

-91

794.33

6.30

6

6

9+4

-85

3162.28

12.57

7

7

9+10

-79

12589.25

25.09

8

8

9+16

-73

50118.72

50.06

9

9

9+22

-67

199526.23

99.88

9+6

9+4

9+28

-61

794328.23

199.29

9+12

9+10

9+34

-55

3162277.66

397.64

9+18

9+16

9+40

Deste quadro salta à vista que a escala S do Radio Mobile para HF coincide com a escala S da ARRL, o que só é valido para sensibilidades do receptor entre 0.16 e 0.28mV, como serão a maioria dos receptores de HF.

Já no caso das frequências superiores a 30MHz a escala do Radio Mobile, baseada em 3dB/unidade, apresenta valores substancialmente diferentes. Usar 3dB/unidade não é de todo descabido pois os sinais recebidos de VHF e UHF são de muito menor amplitude que os de HF, essencialmente devido à atenuação em espaço livre que é proporcional ao quadrado da frequência.

 

HF

Para confrontar os valores teóricos com a prática foram utilizados um gerador de sinal e dois transceptores: um TS-50 e um FT-847, ambos com uma sensibilidade de 0.25mV em SSB. A tabela seguinte resume os resultados obtidos em SSB:

 

Potência

 (dBm)

Escala S

ARRL

Medido TS-50

Medido FT-847

10m

10m

10m c/RFAmp

-121

1

0

0

0

-115

2

0

0

0

-109

3

1

0

0

-103

4

4

0

2

-97

5

5

0

4

-91

6

7

2

6

-85

7

8

4

8

-79

8

9

6

9

-73

9

9+5

8

9+10

-67

9+6

9+10

9

9+20

-61

9+12

9+15

9+10

9+30

-55

9+18

9+20

9+20

9+40

 

Como se pode ver nenhum dos transceptores testados segue a escala S da ARRL. Com sinais fracos os S-meter’s ficam a 0. Para sinais 9 e superiores a correspondência já é aceitável tanto no TS-50 como no FT-847 com o pré-amplificador desligado.

 Além dos dados apresentados também foram efectuados ensaios noutras bandas de HF. Enquanto no TS-50 a banda utilizada não influenciou os resultados já no FT-847 houve pequenas diferenças que chegaram a 1 unidade S.

 

FM

 Se em vez de SSB efectuarmos o teste com os transceptores em modo FM os resultados são algo estranhos, mas não surpreendentes. O quadro seguinte resume os resultados obtidos:

Potência

 (dBm)

Escala S

ARRL

Medido TS-50

Medido FT-847

10m

10m

10m c/RFAmp

-121

1

0

0

0

-115

2

1

0

0

-109

3

5

0

1

-103

4

8

0

4

-97

5

9+30

1

7

-91

6

9+60

3

9+10

-85

7

9+60

7

9+40

-79

8

9+60

9+10

9+60

-73

9

9+60

9+40

9+60

-67

9+6

9+60

9+60

9+60

-61

9+12

9+60

9+60

9+60

-55

9+18

9+60

9+60

9+60

 

A maioria dos transceptores de HF funciona de maneira diferente quando em modo FM, usando uma terceira frequência intermédia e influenciando o circuito de Controlo Automático de Ganho de onde se extrai o sinal para a escala S.

Tanto o TS-50 como o FT-847, para sinais bons, exageram fortemente os reports. No entanto o FT-847 é mais comedido neste exagero, mesmo com o pré-amplificador ligado.

 

VHF

Ainda com o FT-847 repetiu-se o teste na banda dos 2m. Comparemos então os resultados obtidos com a escala ARRL e escala Radio Mobile >30MHz para uma sensibilidade de 0.2mV.

 

Potência

(dBm)

Escala S

ARRL

Escala S Radio

Mobile >30MHz

Medido FT-847

2m

2m c/RFAmp

2m FM

-121

1

1

0

0

0

-115

2

3

0

0

0

-109

3

5

0

2

1

-103

4

7

1

4

4

-97

5

9

3

6

8

-91

6

9+6

5

7

9+15

-85

7

9+12

7

9

9+50

-79

8

9+18

8

9+5

9+60

-73

9

9+24

9

9+15

9+60

-67

9+6

9+30

9+15

9+30

9+60

-61

9+12

9+36

9+25

9+40

9+60

-55

9+18

9+42

9+30

9+50

9+60

Pelos resultados vê-se que o comportamento do s-meter do FT-847 em VHF se aproxima mais da escala S ARRL do que da escala a 3dB/unidade do Radio Mobile. À semelhança do HF os sinais em VHF FM apresentam-se muito favorecidos.

 

Conclusões

Este pequeno teste, apenas com dois transceptores, permitiu verificar que os fabricantes não seguem nenhuma regra comum ao calibrarem os s-meter’s. Este facto faz com que não possamos confiar nos reports que nos são dados excepto quando se usa o mesmo modelo de equipamento dos dois lados da comunicação.

 Esperando ter conseguido desfazer um pouco do nevoeiro em torno da escala S só me resta desejar-vos bons contactos, sejam a S0 ou a S9+60.

 

Nome

Símbolo

Factor multiplicativo

Exemplo

kilo

k

´103

1km   = 1000 m

Mega

M

´106

1MHz  = 1000000 Hz

Giga

G

´109

1Gbit = 1000000000 bit

Tera

T

´1012

 

Peta

P

´1015

 

Exa

E

´1018

 

mili

m

´10-3

1mA = 0.001 A

micro

m

´10-6

1mV = 0.000001 V

nano

n

´10-9

1nH = 0.000000001 H

pico

p

´10-12

1pF = 0.000000000001 F

fento

f

´10-15

1fW = 0.000000000000001 W

ato

a

´10-18

 

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