SWR 📉

Ez a cikk azért született, hogy rendet tegyen a fejekben az amatőr rádiózás egyik leggyakrabban emlegetett, mégis sokszor félreértett fogalma, az SWR körül.

Mi is az az SWR (VSWR)?

Az SWR a Standing Wave Ratio rövidítése, magyarul állóhullámarány.
Valójában VSWR. A VSWR kifejezés a Voltage Standing Wave Ratio rövidítése, ami magyarul a feszültség-állóhullámarányt jelenti. Bár a köznyelvben (a könnyebb érthetőség kedvéért) gyakran csak SWR-ként emlegetjük, a szakmailag precíz megnevezés a VSWR.
Ahhoz, hogy megértsük, képzeljük el a rádiófrekvenciás (RF) energiát, ami a rádióból a tápvonalon (koaxiális kábelen) keresztül az antenna felé tart.
Ideális esetben az antenna az összes energiát "befogadja" és kisugározza a térbe. A valóságban azonban, ha az antenna és a kábel impedanciája (váltóáramú ellenállása) nem egyezik meg, az energia egy része a csatlakozási pontról visszaverődik, és elindul hátrafelé a rádió irányába.

De miért pont a feszültséget mérjük?

- Fizikai háttér: Mi "áll" a kábelben?

Amikor a rádióból kiküldött jel (haladó hullám) és az antennáról visszaverődő jel találkozik a koaxiális kábelben, interferencia lép fel. Bizonyos pontokon a két hullám feszültsége összeadódik (feszültségmaximumok), más pontokon pedig kivonódnak egymásból (feszültségminimumok).
Ezek a maximumok és minimumok fix pontokon "állni" látszanak a kábel hossza mentén. Ezt nevezzük állóhullámnak.
A feszültség minimumoknak és a maximumoknak az aránya a VSWR. Bár a definíció a feszültségcsúcsokról szól, a mérőműszereid (és a számítások többsége) az előremenő és a visszaverődő teljesítményt (vagy feszültséget) mérik. Ez azért van, mert a kábel mentén fizikailag végigszaladni egy voltmérővel és megkeresni a csúcsokat elég nehézkes lenne.

- Miért a feszültség az alapmérték?

Bár létezik áram-állóhullámarány (ISWR) is, a gyakorlatban a feszültséget sokkal egyszerűbb és olcsóbb mérni. A hagyományos, mutatós SWR-mérőkben egy iránycsatoló és egyszerű diódák találhatók, amelyek a tápvonalon lévő feszültségeket érzékelik és egyenirányítják a műszer számára.

- VSWR vs. SWR: Van különbség?

A gyakorlatban a rádióamatőrök a két kifejezést szinonimaként használják. Ha egy kézikönyvben azt látod, hogy "SWR: 1.5", az szinte minden esetben a VSWR-re utal.

1.0 : 1 (vagy egyszerűen 1.0) Tökéletes illesztés. Minden energia kimegy.

1.5 : 1 Elfogadható, a legtöbb modern rádió még teljes teljesítménnyel ad.

3.0 : 1 (vagy felette) Kritikus. Egy korszerű rádió védelmi áramköre (ALC) visszaveszi a teljesítményt, hogy megóvja a végfokot a leégéstől. A Régebbi típusokban nem valószínű, hogy van védelem.

Amit a rádió lát, és amit mi szeretnénk:

Gyakori tévhit, hogy az alacsony SWR egyenlő a jó antennával. Ez nem igaz.

Az, hogy mit lát a rádió, kizárólag a káros, visszaverődő hullámok (visszaverődő teljesítmény) (SWR) szempontjából érdekes. A rádiónak tökmindegy, hogy az általa leadott teljesítmény kisugárzódik-e (ha igen, akkor merre, milyen polarizációval, stb) vagy hővé alakul. A lényeg hogy le tudja adni, és ne a saját végfokozatán alakuljon hővé.

Gyakorlatilag egy 50 Ohmos műterhelés (ami csak egy hűtőbordára szerelt ellenállás) tökéletes illesztettséget, 1.0-s SWR-t mutat. Mégsem fogsz vele áthidalni kontinenseket, mert az összes energiát hővé alakítja ahelyett, hogy kisugározná.

Rezonancia vs. Illesztés.

Egy antenna akkor rezonáns, ha az adott frekvencián a reaktanciája nulla (tiszta rezisztív terhelésként viselkedik, nincs sem kapacitása, sem induktivitása). Azonban egy rezonáns antenna ellenállása lehet 200 Ohm is. Ha ezt egy 50 Ohmos rádióra kötöd, az SWR rossz lesz (4.0 : 1), pedig az antenna maga kiválóan "rezeg".

Tehát az antenna képességei egyáltalán nem érdeklik a rádiót. Minket viszont igen, mert szeretnénk, hogy a rádióhullám messzire jusson. Ehhez olyan antenna kell, ami a lehető legjobban tudja hasznosítani a jelet.
EZT NEM AZ SWR ÉRTÉK FOGJA MEGMUTATNI!

Például egy félhullámú drót darab nagy talpponti impedanciája nem illeszkedik az 50 Ohmos rádióhoz, így az SWR borzalmas lesz, de az antenna attól még rezonáns és jó, csak rosszul van illesztve.
Sokakat az téveszt meg, hogy olyan antenna konstrukciókat használunk ill. építünk melyeknek a rezonancia frekvencián alacsony az SWR értéke. Nyilván azért, mert erre van szükségünk. Ezért van az, hogyha jó az SWR, akkor jó az antenna is.
DE EZ CSAK JÓ ANTENNÁNÁL IGAZ!!!

Önmagában, az SWR értéknek semmi köze nincs ahhoz, hogy egy antenna hol rezonál és hogyan sugározza vagy veszi a rádióhullámokat.

Hogyan mérjünk helyesen?

Általában két fő eszköz áll rendelkezésre: az SWR-mérő és az Antenna Analizátor (pl. NanoVNA).

1. Az SWR-mérő használata:

Ez a műszer a rádió és az antenna közé kerül. Csak akkor működik, ha "adsz" a rádióval.

- Mire jó? Menet közbeni ellenőrzésre, hogy nem szakadt-e meg a kábel, vagy nem hangolódott-e el az antenna (pl. jégréteg miatt).

- Veszélye: Ha nagyon rossz az antenna, a mérés alatt is károsodhat a rádió. Mindig kis teljesítménnyel (5-10W) kezdjük a mérést!

- Miért fontos a kábel? A koaxiális kábelnek is van vesztesége. Egy nagyon hosszú, silány minőségű kábel végén egy rossz antenna is "jónak" tűnhet a rádió felől, mert a visszaverődő jel elvész (hővé alakul) a kábelben, mire visszaérne a műszerhez. Ezt hívják "hamis biztonságérzetnek".

2. Az Antenna Analizátor (A modern út pl. NanoVNA):

Ez egy kis céleszköz, ami saját maga generál jelet, így nem kell hozzá a rádió.
Előnye: Grafikonon látod az SWR-t a frekvencia függvényében. Meg tudja mutatni az impedanciát (Z) és a reaktanciát (X) is.
Láthatod, hol a legkisebb az SWR, de ebből csak azt tudod meg, hogy melyik frekvencián legjobb az illesztettsége az antennának.
Ebből még nem tudod meg, hogy hová van hangolva az antenna.
Ezt a reaktancia (X) fogja megmutatni. Ahol 0 Ohm a reaktancia (vagy annak közelében van) ott rezonál az antenna, tehát oda van hangolva.
Ha a 0 Ohmnál kisebb, az antenna túl hosszú. Ha a 0 Ohmnál nagyobb, akkor rövid.

Az antenna jellemzőit, a környezete nagymértékben befolyásolja, ezért a méréseket stabil pozícióban, lehetőleg a végleges helyén kell elvégezni!
Ebből adódik, hogy a kézi rádiókon használatos "gumi" antennákat nem lehet pontosan megmérni, hiszen a rádión eleve máskép fog viselkedni mint a műszeren. Ráadásul használat közben jelentősen változik a pozíciója és a környezete.
Ezeknél úgy kaphatjuk meg a valósághoz legközelebbi mérési eredményt, hogy az antennát közvetlenül egy kézi műszerre (pl. NanoVNA) szereljük és a műszert (mint egy kézi rádiót) a kezünkben tartva mérünk.

Összegzés

Az SWR egy fontos biztonsági mutató, ami megvédi a rádiódat a tönkremeneteltől. De ne feledd: az SWR nem mondja meg, hogy hallanak-e téged Ausztráliában! Lehet 1.1-es SWR-ed egy darab vizes kötéllel is, de azzal nem fogsz rádiózni.

Építs rezonáns antennát, illeszd megfelelően (transzformátorral vagy balunnal, ha kell), és az alacsony SWR már csak a "hab lesz a tortán"!