S-Stufen als Teil des RST-Systems beschreiben kurz und prägnant die Signalstärke beim Empfang eines HF-Signals. Das S-Meter des Funkgeräts zeigt den Pegel des Signals am Antenneneingang mit einer einzelnen Ziffer an, was schnell und sicher zu lesen ist. Das ist nützlich während des QSO für den Rapport und im Logbuch. Für das technische Verständnis ist es sinnvoll, etwas tiefer in die Definition einzusteigen.
Traditionell wird ein Spannungswert am Antenneneingang des Empfängers mit S9 als Referenzpegel vorgegeben. Auf Kurzwelle (≤30 MHz) ist dieser Pegel 50 μV. Bei den höheren Frequenzen beträgt er 5 μV.
Warum der Referenzpegel verändert wurde, darüber kann man heute wohl nur noch spekulieren. Ich vermute, der technische Fortschritt hat ergeben, dass bei Erschließung des UKW-Bereichs keine 50 µV mehr für eine saubere Übertragung nötig waren. Das Grundrauschen der Frequenzbereiche spielt sicher auch eine große Rolle.
Setzt man eine Impedanz von 50 Ω an, so kann man diese Pegel in eine Leistung umrechnen. Das sind dann 50 pW bzw 0,5 pW.
$$ {50 µV}^2 / \, 50 \Omega = 50 pW $$
Und das ergibt dann in Dezibel ausgedrückt -73 dBm bzw. -93 dBm. Diese Pegel sind die moderne Definition der S-Stufen.
$$10 * \log_{10}(50pW / 1mW) = -73dBm$$
Die Abnahme von einer S-Stufe zur nächsten ist traditionell als Halbierung der Spannung festgelegt. An konstanter Impedanz bedeutet das auch eine Halbierung des Stroms. Und das bedeutet nach dem Leistungsgesetz eine Viertelung der Leistung. Eine S-Stufe entspricht also zwei Halbierungen der Leistung und damit 2 * 3 dB = 6 dB. Das ist die moderne Definition der Abstufung.
Eine Verdoppelung der Leistung ist nun nicht ganz genau 3dB, sondern „nur“ auf knapp ein halbes Prozent genau. Daher ergeben sich etwas „krumme“ Werte, wenn man die klassische und die moderne Definition vergleicht. In der Praxis spielt das aber keine Rolle.
$$ 10 * \log_{10} 2 = 3{,}01 ~ dB$$
Größere Werte als S9 werden in dB über S9 angegeben. Also sind z. B. auf UKW 50 μV Antennenspannung S9+20dB.
Einige Leute diskutieren sehr engagiert, ob die S-Stufen bei 0 oder bei 1 anfangen. In der Praxis spielt das keine Rolle, weil S1 meist schon im Rauschen untergeht.
Die folgende Übersicht stellt auch den Strom mit dar, um die Zusammenhänge mit der Impedanz zu verdeutlichen. In der Praxis wird der Strom bei der Bewertung der Signalstärke nur selten betrachtet.
Die Einheit dBS ist nicht allgemein üblich und wird hier benutzt, um den „Dezibel-Charakter“ der S-Stufen mit dem Referenzpegel S9 aufzuzeigen; äquivalent zum Referenzpegel 1 mW für 0 dBm.
Bei den dBµV ist zu beachten, dass dieser Pegel sich zwar auf eine Spannung als Referenz bezieht, dann aber der Logarithmus mit 20 multipliziert wird um das Leistungsverhältnis korrekt darzustellen. Um Pegel in dBµV mit solchen in dBm zu vergleichen muss die Impedanz definiert sein. Beachte, dass hier wie im Amateurfunk allgemein üblich mit $50 \Omega$ gerechnet wird, während beim dBµV sonst oft $75 \Omega$ angesetzt werden, so wie das in der Rundfunktechnik üblich ist.
$$ 50µV = 20 * \log_{10} (50µV / 1µV ) = 34dBµV$$
Und hier noch eine gröbere Übersicht über die funktechnisch üblichen Pegel:
