SWR


 Begriffe:

  • Wanderwelle = Geht vom Sender zur Antenne und wird dort ( wenn 50 Ω ) vollständig abgestrahlt.
  • Reflexionswelle = Ein Teil ( z.B.10% ) der nicht abgestrahlte Wanderwelle wird an der Antenne reflektiert ( Grund weil nicht 50 Ω ) und geht als Reflexionswelle zum Sender zurück. (10% verheizt!)
  • Stehwelle = Wanderwelle   →   und Reflexionswelle   ←  , z.B. 10%  bilden auf der Antennenzuleitung eine „permanente Stehwelle“ mit Wellenbergen ( U max. ) und Wellentälern ( U min )
  • SWR = Standing Wave Ratio = Stehwellenverhältnis = U max. / U min.

Zum besseren Verständnis beachten man die nachstehende Zeichnung zum Thema SWR

 


 

 Stehwellenverhältnis

  • SWR = Stehwellenverhältnis = ein Mass der Welligkeit auf der Antennenzuleitung.
  • SWR = Wellenberg U max. / Wellental U min.

Einfach ausgedrückt, die von Sender produzierte Wanderwelle wird auf Grund einer Fehlanpassung,  wenn > oder < 50 Ω, an der Antenne ( z.B.10% ) reflektiert.

Durch Überlagerung der „Wanderwelle“   → , mit der „Reflexionswelle“ ← , entsteht eine „Stehwelle“ entsprechend der Größe der Reflexionswelle mit maximalen – und minimalen Spannungsknoten.

 

Zeichnung zum Thema SWR

 

swrneuNEU

 

Quelle: Zeichnung HB9LCD

 

  • Im Volksmund spricht man von einem „schlechten SWR“ der Antenne, was aber nicht ganz korrekt ist.
  • Eine Antenne hat kein „schlechtes SWR“ sondern die Anpassungsbedingungen Senderausgang 50 Ω,  Koaxialkabel 50 Ω  und Antenne 50 Ω ( variabel von xx Ω bis yy Ω ! ) wird meistens nicht erfüllt !
  • SWR Verursacher in dieser Übertragungskette ist also eine nieder- oder hochohmige Antennenanpassung.

Kreuzzeigerinstrument

  • Mit dem Kreuzzeigerinstrument des Antennentuners kann die Sendeleistung ( Zeiger links  0 – 300W ) abgelesen werden.
  • Der andere Zeiger ( rechts ) zeigt die reflektierte Leistung ( 0 – 60W ) und das resultierende SWR ( 1 : 1.0 – 1 : 6 ) an.

 

swr mfj neu

Quelle Foto HB9LCD

 

SWR und reflektierte Leistungen bei 100W Sendeleistung :

  • SWR 1 : 1,0             0 W
  • SWR 1 : 1.3     ca.   8 W
  • SWR 1 : 1.5     ca. 15 W
  • SWR 1 : 2.0     ca. 25 W
  • SWR 1 : 2.5     ca. 40 W
  • SWR 1 : 3        ca. 45 W
  • SWR 1 : 6        ca. 60 W

 


 

 

Fusspunktwiderstand der Antenne

Eine Antenne hat einen Fusspunktwiderstand bestehend aus :

  • Realanteil:           .…Ω ,  Rs   und
  • Imaginär Anteil: ….Ω,   Xs   kapazitiv C oder induktiv L, wird leider nicht angezeigt !

Diese Widerstandswerte können auf dem Display eines SWR – Analysers  ( z.B. MFJ-269 ) neben eingestellter Frequenz und SWR abgelesen werden.

 

Invertet Vee

Dipol:  7.1 MHz,  4.60m hoch für NIVS, horizontal

 

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Quelle: Foto HB9LCD

( Mit 27.8 m Koaxialkabel RG58 direkt gemessen )

 

Fahnenmastantenne 1/4 λ,

4.65m hoch für DX, vertikal

 

analyser 2222

Quelle : HB9LCD

( Mit 27.8 m Koaxialkabel RG58 direkt gemessen )

 

  • Durch Verändern der Messfrequenz kann einfach festgestellt werden ( kleinstes SWR ), auf welcher Frequenz die Antenne optimal arbeitet. ( Resonanz )
  • Durch Verkürzung oder Verlängerung der Antennenlänge kann dies einfach optimiert werden.
  • Zuerst Antenne immer länger machen, abschneiden ist einfacher als ansetzen !!

Um jedoch eine exakte Messung durchführen zu können, muss ein Koaxialkabel von genau λ/2 elektrisch ( RG 58 / RG 213, Verkürzungsfaktor = 0.66 , evt. 0.82 prüfen! ) der zu messenden Frequenz oder dessen vielfaches verwendet werden.

Nur diese Kabellänge hat die Eigenschaft, dass am Anfang und am Ende des Kabels etwa die gleichen Impedanz Werte auftreten.

  • Längen: 20 m – Band, 14250 kHz : 6.95 m / 13.9 m / 27.8 m ( Verkürzungsfaktor 0.66 ! )
  • Längen: 40 m – Band, 7100 kHz:    13.9m / 27,8m /  55.6 m ( Verkürzungsfaktor 0.66 ! )
  • Längen: 80 m  -Band, 3700 kHz:    27,8m /  55.6 m ( Verkürzungsfaktor 0.66 ! )
  • Andere Kabellängen führen zu einer Impedanztransformation und das Messergebnis ist nicht richtig!
  • Auf diese Art kann man den richtigen Fusspunktwiderstand der Antenne ermitteln, ohne zu dieser hochklettern zu müssen !

Achtung: es gibt auch RG58 Kabel mit V = 0,82 ( weisse Luftschaumisolation ! )

 

 


 

 

 Fusspunktimpedanzen von Antennen

Betrachtet man die Fusspunktimpedanzen verschiedener Antennentypen, so versteht man warum eine gewisse Stehwelle, auf Grund der Fehlanpassung an das 50 Ω Koaxialkabel, entsteht!

Fusspunkt – Impedanzen von Antennen:

  • Dipol:                                                                                                     ca. 75 Ω
  • Vertikalantenne mit 1/4λ Strahler und Radiales                             ca. 36 Ω
  • Invertet – Vee  Dipol  Spreizwinkel ca. 90° – 120°                            ca. 50 Ω

Schlechtes SWR tritt also dann auf, wenn der Fusspunktimpedanz nicht mit der 50 Ω Koaxialkabelimpedanz übereinstimmt.

 

 


 

Optimale Energieübertragung

Auf einer Leitung wird die größtmögliche Leistung nur dann übertragen, wenn der Scheinwiderstand des Senders  Ri , des Koaxialkabels    und der Antenne Ra angepasst sind.

 

Bedingung für optimale Energieübertragung :

Scheinwiderstand Sender  =  Wellenwiderstand Koaxialkabel  =  Scheinwiderstand Antenne

Ri  =  Z  =  Ra      (  wenn möglich alle 50 Ω ! )

 

Sendeleistungen:

  • SWR 1 : 1,0         100 %
  • SWR 1 : 1.3     ca. 92 %
  • SWR 1 : 1.5     ca. 85 %
  • SWR 1 : 2.0     ca. 75 %
  • SWR 1 : 2.5     ca. 60 %
  • SWR 1 : 3.0     ca. 55 %
  • SWR 1 : 6.0     ca. 40 %

 

 


 

Verluste bei verschiedener Kabeltypen

 

  • Kabelverlust RG 58 :                        28m       7000kHz       ca. 1.0 dB
  • Kabelverlust RG 58 :                        28m     14000kHz       ca. 1.5 dB

 

  • Kabelverlust RG 213 :                    28m        7000kHz      ca. 0.55 dB
  • Kabelverlust RG 213 :                    28m      14000kHz      ca. 0.80 dB


 

Zusatzverluste

Die Zusatzverluste werden durch die :

  • Kabelverluste , ( Kabeltyp ) und das
  • SWR ( Antennenanpassung ) verursacht.
Unter normalen Bedingungen SWR 1 : 1.5 :     Zusatzverluste  ca. 0.2 – 0.4 dB
 

Spannungsfestigkeit bei schlechtem SWR

 

Beispiel P = 100 W

  • SWR 1:1         U =   71 V
  • SWR 1:10       U = 225 V !

Die Spannungsfestigkeit des RG58 liegt bei 1900 V !

 

Beispiel P = 1000 W

  • SWR 1:1         U= 224 V
  • SWR 1:10       U= 708 V

 

Spannungsfestigkeit des RG 213 liegt bei 5000 V, aber es gibt ja noch andere Komponenten die diese Spannung auch aushalten müssten!

( Matchbox, Kondensatorenplatten Steckverbindungen etc .)

 

 


 

 

Total der Verluste

RG 58, 28m

  • Kabelverluste               1.0 – 1.5 dB
  • Zusatzverluste              0.2 – 0.4 dB
  • Total                             1.2 – 1.9 dB

SWR < 1:2

 

RG213, 28m

  • Kabelverluste            0.55 – 0.8 dB
  • Zusatzverluste          0.20 – 0.40 dB
  • Total                            0.75 – 1.2 dB

SWR < 1:2

 


 

 

Fazit

  • Wähle eine Dipolantenne, invertet Vee aufgestellt, mit ca. 40 Ω bis 60 Ω Fusspunktwiderstand  ( Anfang bis Ende Band ) mit einem Balun 1 : 1 aus.

oder

  • endgespeiste Dipolantenne, invertet Vee aufgestellt, mit ¼ λ Koaxialkabelanpassung ( Stub )

Nehme an Stelle von RG 58 oder ein besser RG 213  von 13.9 m oder 27.8 m Länge.

 

Optimiere deine Antenne :

  • Antennenabstimmung in Bandmitte
  • Verkürzen oder verlängern
  • Spreizwinkel von ca. 120°
  • Höhe je nach Einsatzzweck: NVIS 0.15 λ,  DX 0.5 λ
  • Antennenenden nicht zu nahe am Boden ( evt. Distanzstangen einsetzen )

 

Das Resultat wird ein gutes SWR in Bandmitte mit kleinen Verlustleistungen sein !

 

Mit einer manuellen Matchbox müssen nur kleine Anpassungen vorgenommen werden und am Kreuzzeigerinstrument sieht man genau was man einstellt!

 

Die eingestellten Korrekturwerte der Matchbox

  • Inductance
  • Transmittor
  • Antenne

werden dank der gewählten Kabellänge von λ/2 elektrisch direkt an der Antenne wirksam.

 

Die Energieübertragung ist so optimiert.

 

 


 

Viel Erfolg

hb9lcd Ruedi

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Anhang

 

Auf Kurzwelle wird S9 definiert als die Signalstärke, bei der den Empfänger -73 dBm, bei 50 Ohm Impedanz also etwa 50 Mikrovolt, erreichen,

Ein Schritt auf dem S-Meter entspricht dann einem Pegel-Unterschied von 6 dB.

Werte über S9 werden Additiv angegeben.