Was ist das Stehwellenverhältnis (SWR)?

Jede Übertragungsleitung hat eine charakteristische Impedanz, die üblicherweise mit Z ₀ bezeichnet wird . Wenn eine Übertragungsleitung mit Impedanzen abgeschlossen wird, die zu Z ₀ passen , wird ein Signal, das an einem Ende eingespeist wird, am anderen Ende vollständig absorbiert, und es wird keine Energie zur Quelle zurückreflektiert. Die Spannung und/oder der Strom, die an jedem Punkt entlang der Leitung gemessen werden, sind die gleichen wie an jedem anderen Punkt.

Wenn jedoch eine Abschlussimpedanz nicht an die Übertragungsleitung angepasst ist, wird Energie in die Leitung zurückreflektiert, und dieses „Rückwärts“-Signal wird das „Vorwärts“-Signal stören (addieren oder subtrahieren).

Wenn das Signal eine Sinuswelle mit fester Frequenz ist, erzeugt diese Interferenz "stehende Wellen" auf der Übertragungsleitung. Dies bedeutet, dass die gemessene Spannung oder der gemessene Strom in der Leitung periodisch mit dem Abstand von der Impedanzunterbrechung variieren wird. Wenn die Abschlussimpedanz größer als Z ₀ ist, gibt es an diesem Punkt ein Spannungsmaximum; ist er kleiner, gibt es dort ein Strommaximum.

Die Definition des "Stehwellenverhältnisses" (SWR) ist das Verhältnis zwischen der maximalen Spannung (oder dem Strom), die an einem beliebigen Punkt entlang der Leitung gefunden wird, zum minimalen Wert, der an einem anderen Punkt entlang der Leitung gefunden wird. Manchmal wird der Begriff VSWR verwendet, um das Spannungsverhältnis explizit zu bezeichnen. Der Wert dieses Verhältnisses steht in direktem Zusammenhang mit dem Verhältnis von Z ₀ zur Abschlussimpedanz Z _T . Speziell,

SWR = Z _T /Z ₀ , wenn Z _T > Z ₀

SWR = Z ₀ /Z _T , falls Z _T < Z ₀

Wenn eine Komponente oder Antenne mit einer SWR-Messung charakterisiert wird, wird diese immer in Bezug auf eine bestimmte nominelle Übertragungsleitungsimpedanz (normalerweise 50 Ω oder 75 Ω, abhängig von der beabsichtigten Anwendung) angegeben. Dies ist nur eine andere Art, anzugeben, wie nahe die Impedanz des Geräts am Nennwert liegt.

Wie Dave Tweed in seiner Antwort gezeigt hat, ist das Stehwellenverhältnis (SWR) eine Möglichkeit, die Qualität einer Last in einem HF-System zu charakterisieren. Das heißt, es charakterisiert, wie genau eine Belastungskomponente mit der charakteristischen Impedanz des Systems übereinstimmt.

Das SWR kann in Form von Spannungs- oder Stromsignalen auf der Übertragungsleitung angegeben werden, obwohl wir meistens die Spannung verwenden und uns dann speziell auf das VSWR beziehen.

Das SWR gibt ähnliche Auskunft wie die Lastimpedanz Z _L oder der Reflexionsfaktor$\Gamma$(auch bekannt als der s-Parameter S ₁₁ ). Das SWR spezifiziert diese Parameter jedoch nicht vollständig, denn während die Lastimpedanz und der Reflexionskoeffizient komplexe Zahlen sind, ist das SWR eine reelle Zahl. Der SWR-Wert kann vollständig durch die Größe des Reflexionskoeffizienten (die Phase von$\Gamma$hat keinen Einfluss auf das SWR).

VSWR wurde historisch verwendet, weil es mit einer einfachen manuellen Methode gemessen werden kann. Es wird eine luftdielektrische Koaxialübertragungsleitung verwendet, wobei ein Schlitz im Außenleiter das Einführen einer Sonde zum Kontaktieren des Mittelleiters ermöglicht. Die Sonde wird entlang der Linie bewegt, um die Punkte maximaler und minimaler Signalamplitude zu finden, was natürlich sofort das VSWR ergibt. Diese Technik wird heute aufgrund der Verfügbarkeit automatisierter Netzwerkanalysatoren nicht für Koaxialleitungen verwendet, wird jedoch immer noch in Wellenleitersystemen mit einem Sondenaufbau wie dem folgenden verwendet:

VSWR wird häufig verwendet, um HF-Komponenten zu charakterisieren, wenn wir angeben möchten, wie gut sie als Lasten auf einer Übertragungsleitung angepasst sind, ohne Bezug darauf, ob sie negative oder positive Reflexionen erzeugen.

VSWR wird auch häufig zur Charakterisierung von Antennen verwendet, da es nur erforderlich ist, die Größe der Reflexion zu kennen, um den Bruchteil der von der Antenne abgestrahlten Quellenleistung zu bestimmen.