S-unit Standard of the S-meter ? (SメータのSとはどんな規格か?)

Beautiful and Fascinating S-meters Updated 2000/10/22
TRIO 9R-4
TRIO 9R-59DS
TRIO TS-510X
Another Picture
TS-510 S-meter S9=40dBu, Sunit=3dB

TS-510X S-meter
Collins 51S-1
Military R390A/URR
Collins 75A-4 (Thanks JA4JNR )
Collins 51S-1 S-meter --- KICX0369 dB only dB only Scale = S-unit and dBu (S9=40Bbu, S5=20dBu, S-unit=3.3dB)
JA4JNR's  75A-4
Yaesu FTDX-100
Yaesu FR-101
 
S9=100uV(40dBu), S-unit=3dB Yaesu FR-101 S-Meter S9=40dBu

What is S9? (S9の規格とは) Updated 2000/02/20,2001/3/18,2004/05/22  
What is S9 standard? 
I surfed the Internet to examine it, and found that S9=100uV and S units is 6dB was defined by Collins Co.  in 1950's. (WA3KEY Collins 75A-2 Receiver)
 アマチュア無線機や通信型受信機に必須なのはSメータで あり、いわゆるS9とはどんな値か、あるいはどのような根拠で定義さ れて いるかは疑問であった。いろいろと調べてみると1950年代に開発されたコリンズの受信機75A-2ではS9が100μVであり、Sユニット(S一つの単位)は6dBで あった( SIGNAL STRENGTH METER - The S meter is calibrated from 1 to 9 in steps of approximately 6  db each, and for 20, 40, and 60 db above S9. Zero adjustment is provided. A reading of S9 is obtained with an input of approximately 100 microvolts.(from http://www.wa3key.com/75a2.html) )

なお、こ のS-Meterは75A4のものであろうが、S9=40dBがセンターになっており、S9以下のSユニット6が約20dBということ、すなわち Sユニットは3.3dBであること が分かる。しかし、S9以上で20dB相当の振れがS9以下では10dB相当となっていることが不自然に感じられる。

一方、同じくCollinsの51S-1では40dBがほぼセンターになっているが、 40dB以下と以上で振れに対する極端な差はないから自然である。

さらに、R390Aでは100dBの範囲にわたりさらに差が少なくなっており、さすが 軍用(業務用)であると実感させる。

さらに調べてみると1978年にIARUのRegion 1ではSユニットは6dB、S9は30MHz以下では-73dBm(50μV)、30MHz以上では-93dBm(5μV)と定義されている(ZIPファ イル)(その内容: http://www.darc.de/distrikte/y/00/html/tools/s_meter.htm)。

さて、S9の電圧がIARU Region 1の定義では50μVに対しコリンズの75A-2の100μVと2倍の開きがあるが、実はこれは同じことを異なった定義で表現しているためである。

すなわち、100μVが信号源(アンテナ)の起電圧であり、50μVが受信機に印加されている終端電圧である。
これはインピーダンス整合された信号源の起電力(開放端電圧)と負荷 に供給される終端電圧2:1の関係になることからも明らかである。そして、これらを 明確に区別するため、起電力をEMF(Electro Motive Force)で、終端電圧をPD(Potential Drop)で表すことがある。すなわち、
100μV EMF=50μV PD
となる。一般的には開放端電圧をEMFで表記することはあるが、終端電圧をPDで表記することは少ない。

さて、アンテナに起電される電圧(EMF)か、はたまた受信機への印加電圧(PD)のどちらを使っても定義は可能であるが、アンテナ起電される電圧を使う 方が自然と考えている。その理由は、アンテナへ起電される電圧は送信電力、伝播損失、アンテナ利得等から計算される値、即ち理論値(受信電力 = 送信電力 - 伝播損失)で求められる値であるか らである。一 方、受信機の入力電圧はこの値の半分すなわち6dB低い値であるためであり、理論値論計算から直接的には求められないからである。

さて、受信機等で使われる単位系として通常はdBmとdBμ(V)が使われる。ここで、0dBmは1mWであり、0dBμVは1μVであり、50Ω系と 75Ω系では以下のようになる。

0dBm (1mW)=113dBμV(EMF) (50Ω系)
0dBm (1mW)=115dBμV(EMF) (75Ω系)

上記の結果をまとめるとSユニットとアンテナ起電力、受信機入力電圧等の関係は以下の表になる(50Ω系、30MHz以下 の場合)。

また、FT-101FXの入力対Sメータ表示の特性測定結 果をここ示す。ここで45度の直線上に測定結果が乗れば 表示通りとなるわけであるが、S6以下とS9+20dB以上になると誤差が発生していることが分かる。

参考:

S メーターの目盛り
Q よく他人の交信を聞いていると”あなたの信号は59プラスで良好に……”などと景気のいいことをいっているが、私のSメーターはそんなによく振れない、受信機の感度が悪いのではないかと心配。
 八重洲無線ではSメーターをどのような基準により目盛っているか。(京都府・一ハム)

A S(信号強度)というのは、もともと信 号強度を示すのに、やっと受かる(S-1)からきめて強い信号(S-9)までのあいだを感覚的に8段階にわけて表示したもので、受信機のSメーターは同調 指示計に便宜的にS目盛りをつけただけのものです。したがって、Sメーターの感度調整のついた受信機では、あなたの感覚にあわせてメーター感度を調整して 差し支えないと思います。
 八重洲無線ではシグナル・ジェネレーターの指示が100μV(セットの入力では50μV)をS-9としています。この方式は戦前からの標準となっているものです。
 これから6dB減るごとに(1/2になる)にS目盛りを1ずつ減らすという方法もありますが、これではセットのSN比や外部雑音を考慮すると実情に合わないので、3〜4dB間隔で目盛ってあります。
 ただし、周波数により若干の差がでること、SSBはキャリアーがないのでメーターの振れは実際より少ないことをご承知下さい。
 第1表に3dBステップでのS目盛りを、アンテナ誘起電圧(シグナルジェネレーターの指示と同じ)の関係を示しておきます。
ヤエス無線 Journal No.11 (1973年2月1日 発行)より
TRIO 9R-59
S9=100μV (40dB)
CQ ham radio 1961年3月
JA1AMH 「9R-59とTX-88A物語」 2004年9月1日発行
gatu
S9 =100μVのSメータ http://www.sk2at.eu.org/Misc/Detaljer% 20800x600/Furadetaljer007.jpg
S9 =50μVのSメータ http://web.telia.com/~u43200663/inst/smeter.jpg

  電 圧 (voltage)
電 力 (power)
  ア ンテナ起電力
(Electro Motive Force)
受 信機
入力電圧
(RX in voltage)
受 信機
入力 (RX in)
S ユ ニット μV(micro volts)
(EMF)
dBμ (V) μV(micro volts) dBm (50Ω)
9+60dB 100mV 100dBμ 50mV -13dBm (0.05mW)
9+40dB 10mV 80dBμ 5mV -33dBm
9+20dB 1,000μV (1mV) 60dBμ 500μV (0.5mV) -53dBm
9 100μV 40dBμ 50μV -73dBm
8 50μV 34dBμ 25μV -79dBm
7 25μV 28dBμ 12.5μV -85dBm
6 12.5μV 22dBμ 6.3μV -91dBm
5 6.3μV 16dBμ 3.1μV -97Bm
4 3.1μV 10dBμ 1.6μV -103dBm
3 1.6μV 4dBμ 0.78μV -109dBm
2.33 1μV 0dBμ 0.5μV -113dBm
2 0.78μV -2dBμ 0.39μV -115dBm
1 0.39μV -8dBμ 0.2μV -121dBm
0 0.2μV -14dBμ 0.1μV -127dB



Measured Data Updated 2000/02/19
JA1VBN's Measured Data are shown in this page. 受信機等の各種測定データをここに示す。

Related Links of S unit definition
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