アンテナとVSWR(電圧定在波比)について

VHFやUHFなどの高周波でアンテナに電力を供給する場合、VSWR(SWR)がとても重要な要素になってきます。つまり、高周波ケーブル上のSWRの値が大きいと、電力損失が大きいばかりか、TVIなどの障害の原因になったり、場合によっては送信機の故障にもつながります。

VSWR(SWR)とは

電圧定在波比(VSWR Voltage Standing Wave Ratio)は、高周波の伝送線路上の進行波と反射波の関係を表すものです。単に定在波比SWRと呼ばれることもあります。

理想の伝送線路では、VSWRは1となります。負荷からの反射波が多い程、伝送線路での損失が多くなり、VSWRが大きくなります。

VSWRの計算

送信機楽天 から特性インピーダンスZ0のケーブルで負荷(アンテナ)のインピーダンスZに接続されている場合を考えてみます。この時、ケーブル上の電圧定在波比VSWRは次の式で表されます。ρは反射係数です。

VSWR = (1+|ρ|)/(1-|ρ|)

ρ = (Z-Z0)/(Z+Z0)

ケーブルの特性インピーダンスと負荷のアンテナインピーダンスが同じ場合は何の問題もありません。Z0 = Zとなり、VSWR = 1となります。

送信機からケーブルに送り込まれた高周波電力は、ケーブルの特性インピーダンスとは異なる値の負荷(アンテナ)インピーダンスに接続されると、不整合となり、接続された負荷の所で電力が反射してケーブル側に戻って来ます。

このようになると、ケーブル上では進行波と反射波が合成されて、電圧の高い部分と低い部分ができます。これを定在波と言います。VSWRというのはこの不整合の程度を表す尺度です。

もし、ケーブルが途中で切断されている場合はZが無限大となり、VSWRも無限大となります。ケーブルの途中でショートしている場合はZが零となり、VSWRは無限大となります。

SWR計を使ったアンテナ系のVSWRの測定

クラニシのSWR計RW-211Aの写真

私達アマチュア無線家は、 SWR計楽天 を用いてアンテナ系のVSWRを測定しています。この写真は市販のSWR計で、私が使っている1.8〜1300MHz用のクラニシのRW-211Aです。電力計(Power Meter)20W/200Wも兼ねています。

SWR計の原理は一般的に方向性結合器と検波器を使って進行波と反射波の電力(電圧)を測定してメーターに表示させています。

そのやり方は、送信機から無変調の連続波を送信して、進行波電力(フォワード)と反射波電力(リバース)をそれぞれ、又は同時に測定してVSWR値を読み取ります。

送信電力によってVSWR値が違う場合がありますが、これは検波器に使っているダイオードの非直線性に原因があります。正確な測定には、送信電力を大きくする必要があります。

とは言っても、SWR値が1.5以下であれば、実用上はほとんど問題はありません。送信電力を大きくして他局に迷惑を掛けるよりは、少々測定値が違ってもローパワーで測定する事を心がけましょう。

実際の運用

SWRを測定したらSWR計を外すのではなく、常にアンテナに接続してSWRを監視しましょう。突然アンテナ系に不具合が起こることもありますし、それによって送信機が壊れるのを防止することもできます。

リボンフィーダーでのSWRの監視

今では同軸ケーブルが全盛ですが、昔はよくテレビのリボンフィーターを使ってアンテナに電力を供給していました。この場合のSWRの監視には、ツインランプというものをよく使いました。AM(A3)の電波では、変調に応じてランプがピカピカと明るさが変化して面白かったものです。