VSWR の説明: 電圧定在波比、反射減衰量、および RF の影響

RF 信号が送信機からアンテナまたはその他の負荷に向かって伝わると、負荷インピーダンスとケーブルの特性インピーダンスの差によって信号の一部が反射されます。進行波と反射波が線路に沿って干渉し、電圧のピークとヌルを持つ定在波が生成されます。電圧定在波比 (VSWR、「ビズウォー」と発音) は、回線上の最高電圧と最低電圧を比較します。つまり、VSWR はシステムがどの程度適合しているかを示します。1:1 は完全な適合であり、これより高い場合は、送信された電力の一部がソースに向かって跳ね返されていることを意味します。

VSWRとは何ですか?どのように定義されますか?

VSWR は、定在波を伝送する伝送線路に沿って測定された最大電圧と最小電圧の比です。

• VSWR = Vmax / Vmin ライン上の任意の点で。
• 反射係数Γ = (ZL - Z0) / (ZL Z0)、ここで ZL は負荷インピーダンス、Z0 は回線の特性インピーダンスです。
• VSWR = (1 |Γ|) / (1 - |Γ|) 。これは、VSWR が 1:1 (Γ = 0、完全一致) から無限大 (Γ = 1、全反射) まで実行できることを意味します。

50Ωの負荷を駆動する完全に終端された50ΩラインのVSWRは1:1です。オープンまたはショートしたケーブルの VSWR は無限大です。実際には、適切に設計されたアンテナであっても、正確に 1:1 に達することはほとんどないため、ほとんどのシステムは、指定された少量の不一致を許容します。

VSWR、リターンロス、反射係数

データシートでは、VSWR ではなくリターン ロスが引用されることがよくあります。リターンロスは、反射波と入射波のパワー比をデシベルで表したものです: RL = -20 log10(|Γ|)。これらの値のいずれかを知っていれば、他の値に変換できます。

この関係は直線的ではありません。 VSWR が 2:1 を超えると、比率自体は小さく見えても、反射電力は急速に増加します。

実際の RF システムではなぜ高い VSWR が重要なのか

高い VSWR の実際的な結果は、電力の無駄になります。 3:1 VSWR は順方向パワーの 25% を反映しますが、1.5:1 VSWR は 4% のみを反映します。反射波はアンプに向かって戻り、出力トランジスタを過熱させ、効率を低下させ、送信機の電力を遮断する保護回路を作動させる可能性があります。高出力の放送およびレーダー送信機では、線路内の電圧ピークが絶縁定格を超え、アーク放電を引き起こす可能性があります。

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すべてのコネクタ、アダプタ、およびケーブルのセクションにより、チェーンに小さなインピーダンスの不連続性が追加されます。正しく組み立てられた高品質の N タイプ コネクタは不整合の原因となることがほとんどありませんが、コネクタの損傷やトルクの緩みは、現場で VSWR 関連の障害が発生する最も一般的な原因の 1 つです。コネクタの選択と取り付け技術は、アンテナ自体と同じくらい注目に値します。その方法をご覧ください。 RF 同軸コネクタは信号品質に影響を与えます より深く見るために。

定在波パターンはどのようなものですか?

不整合な線に沿って、電圧振幅は半波長ごとに繰り返されます。波腹 (最大値) は、前方波と反射波が同位相で加算される場所に表示されます。ノード (最小値) は、ほぼ完全にキャンセルされる場所に表示されます。以下の等角図は、伝送線路上のこのパターンを示しています。

負荷が完全に一致している場合、反射波はなくなり、定在波は平坦になり、VSWR = 1:1 になります。負荷がすべてを反映すると、Vmin はゼロに向かって低下し、VSWR は無限大になります。

アプリケーション別の一般的な VSWR 制限

許容可能な VSWR として何が考慮されるかはシステムによって異なります。高精度計測にはほぼ完璧なマッチングが必要ですが、双方向無線ではより大きな不一致が許容されます。業界の慣行では、通常、次のしきい値を中心に計画を立てます。

システムが目標を超えた場合、通常疑わしいのは、アンテナ自体、伝送線路、コネクタ インターフェイス、およびインピーダンスを乱すアンテナ近くの導電性物体です。

VSWR はどのように測定しますか?

VSWR 測定では、次の 3 つの機器タイプが一般的です。

1. SWR計/反射率計 — 方向性結合器は、単一周波数で順方向電力と反射電力をサンプリングします。
2. ベクトル ネットワーク アナライザー (VNA) — 帯域をスイープし、VSWR 対周波数を直接プロットします。
3. リターンロスブリッジ — 信号発生器および受信機とともに使用され、生産および現場テストに実用的です。

どの方法でも、校正済みのテスト ケーブル、既知の基準負荷、およびきれいなコネクタ インターフェイスが必要です。動作周波数で測定し、ケーブルのフレックス、曲げ半径、コネクタのトルクによって測定値が変化する可能性があることに注意してください。

同軸コンポーネントの高い VSWR の一般的な原因

稼働中の設備では、VSWR が高い場合は、ほとんどの場合、機械的または環境的な問題が原因であると考えられます。

• コネクタが緩んでいる、ねじ山が交差している、または部分的に嵌合している。
• インターフェース内の腐食した接点、汚れ、湿気、または破片。
• 外部導体の潰れ、センターピンの変形、誘電体の損傷。
• ケーブルが最小曲げ半径未満で曲げられたり、シールドが疲労するまで繰り返し曲げられたりした。
• インピーダンスが間違っているアダプター、または内部遷移が不十分なコンバーター。

特に RF ケーブル アセンブリのサイズと配線は正しく行う必要があります。均一な誘電体間隔を備えた高品質のアセンブリは、不均一な構造の安価なアセンブリよりも周波数全体で VSWR を平坦に保ちます。 RF ケーブル アセンブリとは何か、そしてそれがどのように機能するかを理解する 不一致の少ないパスを選択するときに役立ちます。

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アダプターも同様の精査に値します。システムがコネクタ ファミリ間で移行する必要がある場合、アダプタの内部ジオメトリによってどの程度の不一致が追加されるかが決まります。制御された適切な移行により、合計 VSWR が低く抑えられます。

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VSWRに関するよくある質問