S 미터의 비밀

사실 비밀이랄 것도 없습니다만, 규칙, 이해, 개념으로 하면 교과서 스러워서 자극적인 제목을 달아봤습니다. 

S 미터 자체는 별도의 인터넷 자료를 참고하기 바라며 여기서는 S 수치의 직관적 이해 위주 입니다.

설명 편의상 존칭은 생략 합니다.

 

우리가 알고 있는 S-meter 가 신호의 강도를 표시한다는 것은 누구나 다 알고 있는 사실이다.

https://en.wikipedia.org/wiki/S_meter

 

그러나 이게 정확히 무슨 의미인지 S9 의 강도라는 것은 대체 얼마나 되는 신호란 말일까? 

 

간단한 정의 : S9 은 안테나로 들어온 RF 전력이 -73dBm 이라는 것이다. 

-73dBm  이건 또 얼마나 되는 신호인가?

무전기 두대를 직결하고(물론 이것은 해서는 안된다. 무전기가 손상될 것이다) 

S 미터 표시에 최대 제한이 없다면 아래와 같은 수치를 읽게 된다. 

 

dBm 은 전력측정 단위이고, 

mW 는 dBm 을 출력으로 환산한 수치,

S meter 는 출력(결국 dBm 수치)을 S 미터 값으로 환산한 수치로 근사치 이며 정확한 값은 끝에 써 있다.

dB 규칙은 간단하다. (실상은 복잡하지만 두가지만 기억한다.)

 

10 dB 가 떨어질 때마다 신호(출력)가  1/10 로 감소한다.(올라가면 10배 증가한다)

3 dB 가 떨어질 때마다 신호(출력)가  1/2 (정확히는 1/ 1.995262315 ) 로 감소한다.(올라가면 2배 증가한다) 

 

어쨌든 대부분의 무전기가 최대 S9+60dB 만 표시하므로 좀 더 약한 신호는 아래 표와 같이 표시된다.

상기 표에서 보는 바와 같이 만약, 직결된 무전기가 출력을 0.05mW(-13dBm) 까지 조정 가능하다면 수신기는 S9+60dB 를 지시하게 된다.

 

S9 위로는 10dB(S9+10dB) 씩 표시해주지만 그 아래(S9->S8) 로 내려갈 때는 S 한칸에 6dB 차이라는걸 알 수 있다.

 

-3dB 는 신호(출력)가 1/2 로 떨어졌다는 것이므로

-6dB 면 신호(출력)가 1/2 두번 한 값, 즉 1/4 로 떨어졌다는 것이다.

(-9dB 면 -3dB 세번,  즉 1/2 의 1/2 의 1/2 이다.  1/2 두번이면 1/4 이고,  1/4 을 다시 1/2 하면 1/8 이 된다.) 

 

100W 송신 중인 상대국이 있고 S 미터가 S9 을 지시하고 있을 때

 

200W(100 의 두배) 송신으로 출력을 올리면 S9+3dB 

400W(200 의 두배) 송신으로 출력을 올리면 S9+6dB 

1000W(100W 의 열배) 송신으로 출력을 올리면 S9+10dB 을 읽게 된다.

 

물론 신호 세기는 공간 상태나 상대국의 상황에 따라 달라지므로 아래와 같을 수도 있다. 

 

10W 송신 중인 상대국이 있고 S 미터가 S9 을 지시하고 있을 때

 

20W(10 의 두배) 송신으로 출력을 올리면 S9+3dB 

40W(20 의 두배) 송신으로 출력을 올리면 S9+6dB 

100W(10W 의 열배) 송신으로 출력을 올리면 S9+10dB 을 읽게 된다.

 

이것을 상대국과의 거리에 대입해 보면.. 

 

거리가 두배 멀어지면 신호강도는 1/4 (거리의 제곱)로 떨어지므로,

상대국의 신호 S 가 1 씩 떨어질 때마다 거리가 두배 늘었다고 역으로 짐작 해 볼 수 있다.

(즉, 교신 가능 거리를 두배 늘리려면 출력은 네배가 필요하다는 걸 알 수 있다.)

 

그러나 상기 규칙은 어디까지나 직접파에 의한 교신의 예이고(예, 28MHz 직접파, VHF 직접파 교신 등) 

단파에서는 하늘로 쏘고 반사파를 받아서 교신을 하는 것이므로 하늘에서 반사되어 되돌아오는 전파경로상의 거리에 비해 지상 거리가 차지하는 비중은 낮을 수 밖에 없다.  즉 10km 떨어진 국과 교신한다고 해도 일단 하늘로 100km 올라갔다가 100km 내려와야 교신이 된다.  쉽게 계산해서 10km(210km) 거리에 있는 국이나 50km(250km)  떨어져 있는 국이나 전파 경로상 거리는 별 차이가 없고 신호 강도도 별 차이가 없다. 직접파 교신이 아니므로 아주 높은 곳에 올라가도 역시나 별 차이가 없다. 

 

마지막으로 우리가 사용하는 무전기가 아주 미세한 신호를 수신하고 있다는 것을 개념적으로나마 알 수 있게 되는데 

위에 표를 보면 누구나 수신기 감도라는게 높을수록 좋겠다는 생각이 드는게 정상이다.

 

그러나,

아래는 대략적인 HF 밴드의 공간 노이즈 분포

https://vu2nsb.com/s-meter-noise-floor-hf-receivers/

Residential = 주거지(도시),  Rural(시골), Quiet Rural(조용한 시골) 

 

우리나라처럼 땅이 좁은 나라에서 대부분의 공간 노이즈 수준은 시골 수준 이상일 것이다. (도시나 도시 근처는 말할 필요도 없고) 도표상 가장 낮은 수준의 노이즈에 도달하려면 근처에 인가가 없는 외딴 곳으로 가야 할 것이다. 

 

감도의 측면에서만 볼 때 주파수가 낮아질수록 공간 노이즈는 증가하므로 로우밴드(예컨데 3.5, 7 메가)를 주로 운용하면서 아무리 최고성능 무전기를 운용한다 해도 전기도 안들어오는 산속에 들어가서 안테나 치고 운용하는게 아니면 사실상 제 성능을 낼 수가 없을 것이다. (아니면 인근 노이즈를 피할 수 있는 충분한 높이의 타워와 충분한 성능의 지향성 안테나 운용,  물론 이것은 순전히 감도(내부 노이즈) 측면의 얘기이며 고성능 무전기는 선택도나 다이나믹레인지 등 다른 성능도 좋으므로 이것만 가지고 고성능이 소용 없다고 말할 수는 없다.)

 

이런 이유로 성능이 요즘보다 떨어지는 구식 무전기로도 로우밴드 교신에서 감도의 성능차이를 눈에 띄게 파악하기는 어렵다.