VSWR からリターンロスへの変換: RF エンジニアのための公式、チャート、実践ガイド

RF システムを扱う場合は、VSWR (電圧定在波比) とリターンロスが表裏の関係にあることをすでにご存知でしょう。どちらも同じ物理現象、つまり伝送線路内のインピーダンスの不整合によって反射される信号の量を測定します。主な違いはスケールです。VSWR は線形比 (例: 1.5:1) であるのに対し、リターン ロスはデシベル (例: 14 dB) で表されます。数学を理解すると、それらの間の変換は簡単になります。この記事では、正確な計算式、便利な変換表、視覚的なグラフ、およびシステム内のこれらの重要なパラメーターを改善する方法に関する実践的なアドバイスを提供します。

VSWRとリターンロスとは何ですか?

VSWR は、伝送線路に沿った最大電圧と最小電圧の比率を定量化します。完全に一致すると、VSWR は 1:1 (反射電力なし) になります。不一致が増加すると、VSWR が増加します。一方、リターンロスは、順方向電力がソースに向かって反射される量をdB単位で示します。リターンロスが高いほど、反射電力が低くなり、より良い整合が得られることを意味します。

2 つは反射係数 (Γ) によって数学的に関連付けられます。

Γ = (VSWR – 1) / (VSWR 1)

リターンロス (dB) = –20 log₁₀(Γ)

したがって、1.5:1 の VSWR は、0.2 の反射係数と約 14 dB の反射損失に相当します。

VSWR からリターンロスへの変換式

VSWR からリターンロスに変換するには、VSWR 値を次の手順に組み込みます。

1. Γ = (VSWR – 1) / (VSWR 1) を計算します。
2. リターンロス (dB) = –20 × log₁₀(Γ)

たとえば、VSWR = 2.0 → Γ = (2-1)/(2 1) = 0.333 → リターンロス = –20 × log₁₀(0.333) ≈ 9.54 dB。

他の方向に進むには (VSWR へのリターンロス):

1. Γ = 10^(–リターンロス / 20)
2. VSWR = (1 Γ) / (1 – Γ)

VSWRとリターンロスの変換表

関係の視覚化: VSWR と反射減衰量

下のグラフは、VSWR が増加するにつれてリターンロスがどのように減少するかを示しています。この曲線は、低 VSWR 領域で急勾配になっています。これは、VSWR のわずかな改善 (たとえば、1.5 から 1.3 へ) がリターンロスの大幅な改善をもたらすことを意味します。

RF システムにおいて VSWR とリターンロスが重要な理由

VSWR が高い (またはリターン ロスが低い) 場合、送信電力のかなりの部分が反射されて送信元に戻ります。これにより、次のことが起こります。

• 放射電力の低減 – アンテナに到達するエネルギーが少なくなります。
• 損傷の可能性 – 反射電力によりパワーアンプが過熱する可能性があります。
• 信号の歪み – 定在波は位相誤差と振幅誤差を引き起こします。

業界標準はアプリケーションによって異なります。携帯電話基地局の場合、リターン ロスは 20 dB (VSWR ≈ 1.22) が一般的ですが、消費者向け Wi-Fi システムでは 10 dB (VSWR ≈ 1.92) が許容される場合があります。

実際にVSWRとリターンロスを改善する方法

これらの指標の改善はコンポーネント レベルから始まります。インピーダンスが適切に制御された、精密に設計されたコネクタ、アダプター、ケーブルを使用することで、あらゆるインターフェイスでの反射が軽減されます。たとえば、汎用の N タイプ コネクタを高品質バージョンに交換すると、2 ～ 6 GHz の範囲でリターン ロスを数 dB 改善できます。

実行可能な 3 つの手順は次のとおりです。

1. 周波数帯域向けに定格されたコンポーネントを選択してください – すべてのコネクタが高周波で同等に機能するわけではありません。最大 18 GHz まで指定されたコネクタの許容誤差は、6 GHz で定格されたコネクタよりも厳しくなります。
2. 適切に設置されていることを確認してください – トルク、センターピンの深さ、および清浄度は、VSWR に直接影響します。わずかなギャップでもインピーダンス バンプが発生する可能性があります。
3. 低損失で柔軟なケーブル アセンブリを使用する – ケーブルの曲がりと品質は重要です。超低損失アセンブリは、動作中に一貫したインピーダンスを維持するのに役立ちます。

システムをアップグレードするときは、次の使用を検討してください。 屋外接続用の N タイプ RF 同軸コネクタ このネジ付きコネクタは、広帯域幅、耐衝撃性、低い VSWR を備えているため、頑丈な屋外リンクやシステム アップグレードにとって信頼できる選択肢となります。 製品を見る→ 堅牢な屋外接続用に、 デバイスブリッジング用の SMA 対 SMA RF 同軸アダプター このアダプタは、SMA ポート間の正確で低 VSWR 接続を保証し、最大 18 GHz の高周波セットアップでデバイス ポートをテスト ケーブルにリンクするのに最適です。 製品を見る→ デバイスポートとテストケーブル間のブリッジに使用します。長いケーブル配線の場合、 長距離配線向けの超低損失フレキシブル ケーブル アセンブリ 信号損失と位相安定性を最小限に抑えるように設計されたこの柔軟なアセンブリは、長距離にわたって低い VSWR を維持し、衛星および 5G システムに適しています。 製品を見る→ 挿入損失を低減し、低い VSWR を維持します。

アイソメ図: 定在波パターン

以下の 3D スケッチは、負荷にインピーダンス不整合がある伝送線路を示しています。入射波 (青) と反射波 (赤) が組み合わされて定在波パターン (紫) が形成され、これが VSWR で測定されます。最大振幅と最小振幅の比が VSWR 値です。

VSWR と反射減衰量に関するよくある質問