Ham Amateur Radio

Er zijn een aantal belangrijke eigenschappen van SWR die we regelmatig gebruiken bij antenne-onderzoek:

Afgezien van lijnverliezen is de SWR constant langs een voedingslijn, bepaald door de karakteristieke impedantie van de lijn en de afsluitimpedantie. Bij praktische lijnen zorgt het verlies ervoor dat de SWR iets afneemt langs de lijn van de belasting naar de zender. (Dit verlies zorgt ervoor dat de karakteristieke impedantie van de voedingslijn een kleine capacitieve reactantiecomponent heeft, hoewel we deze vaak voor het gemak negeren.)

De SWR wordt gegeven door de verhouding van de belastingsimpedantie tot de karakteristieke impedantie van de lijn (of het omgekeerde, als het resultaat kleiner is dan 1,0). Als de belasting reactief is, moet deze berekening met complexe getallen worden uitgevoerd. Een afsluiting van 100 + j0 ohm op een 50 ohm coaxkabel geeft bijvoorbeeld een SWR van 100 / 50 = 2,0 : 1 (Het getal is altijd groter dan of gelijk aan één.)

De SWR is een functie van de impedantie van de transmissielijn. SWR-meters zijn gekalibreerd voor een specifieke belastingsimpedantie. Het gebruik van bijvoorbeeld een 50 ohm meter in een 75 ohm coaxkabel geeft niet het juiste resultaat voor de 75 ohm lijn: het geeft aan wat de SWR zou zijn als er een kort stukje 50 ohm coaxkabel op dat punt zou worden ingevoegd. Hoewel de SWR (Side Wave Ratio) relatief constant blijft langs een enkele lijn, is deze niet constant wanneer de impedantie van de lijn verandert.

Terwijl de SWR relatief constant is langs de voedingslijn (en licht afneemt door de lijnverliezen), zal de impedantie langs de lijn variëren, tenzij deze perfect is afgesloten (dat wil zeggen, de SWR is 1,0:1). Dit is een belangrijk concept voor impedantieaanpassing. Als de SWR van een 50 ohm coaxkabel bijvoorbeeld 3:1 is, dan zal de impedantie op een bepaald punt langs de voedingslijn 3 * 50 = 150 ohm zijn, en op een ander punt 50 / 3 = 17 ohm. (Deze punten liggen 1/4 golflengte uit elkaar.) Belangrijker nog is dat de impedantie op elk punt daartussen een resistieve component zal hebben, met een reactantie (inductief of capacitief) om de constante SWR te behouden. Dit betekent dat we voor een 50 ohm voedingslijn een stuk coaxkabel kunnen vinden dat een weerstand van 50 ohm met een bepaalde reactantie oplevert, en vervolgens een reactantie met tegengesteld teken in serie kunnen schakelen om deze te compenseren en een 50 ohm aanpassing te verkrijgen. (Meestal kiezen we een punt met een geleidbaarheid van 0,02 Siemens en voegen we een parallelle component toe om een ​​aanpassing te krijgen, met behulp van een coaxiale T-connector.)

Als u de lengte van een antenne aanpast voor een minimale SWR bij een gewenste frequentie, is meten bij de zender net zo goed als meten bij de antenne, of ergens anders langs de lijn. Hoewel de SWR mogelijk iets lager uitvalt, blijft de frequentie van het minimum hetzelfde, ongeacht waar deze wordt gemeten.

Misvattingen over SWR

Er bestaan ​​waarschijnlijk meer misvattingen en ronduit onjuiste beweringen over SWR dan over welk ander aspect van amateurradio dan ook. En ze worden vaak met grote stelligheid verkondigd. Het is belangrijk om de onderliggende oorzaak van de denkfouten en misverstanden die eraan ten grondslag liggen te herkennen, zodat u niet op het verkeerde spoor wordt gezet.

De meest voorkomende misvatting komt voort uit het beschouwen van impedantie als een scalaire waarde in plaats van een complex getal. Stel bijvoorbeeld dat de complexe belastingsimpedantie van een 50 ohm voedingslijn 30 + j40 ohm is. De absolute waarde van de impedantie is 50 ohm, dus sommigen zullen beweren dat de SWR 1:1 is, maar in werkelijkheid is de SWR 3:1. (Varianten op dit thema gebruiken soms alleen R, of R + X, als scalaire waarde, maar ook die geven een onjuist antwoord.)

Een bijkomend gevolg van deze denkfout is vaak de verwijzing naar het verkeerde type SWR. Die uitdrukking impliceert vaak dat de spreker de SWR berekent op basis van de grootte van de impedantie. In dat geval zou een belastingsimpedantie van 0 – j50 (een zuivere capacitieve reactantie) een SWR van 1:1 opleveren (terwijl de SWR in werkelijkheid oneindig is). Het probleem is dat de grootte van de impedantie wordt berekend ten opzichte van 0 + j0, terwijl de SWR wordt berekend ten opzichte van de karakteristieke impedantie van de lijn (in dit geval 50 + j0, als we de details van de geringe capacitieve reactantie als gevolg van lijnverlies negeren).

Merk op dat de uitdrukking "verkeerd type SWR" soms wordt gebruikt om te verwijzen naar een lage SWR als gevolg van een lange, verliesgevende voedingslijn, gemeten aan de zenderzijde, terwijl de werkelijke SWR bij het antenne-aansluitpunt veel hoger is. Het gevolg is dat, als de SWR aan de zenderzijde wordt gebruikt om de lijnverliezen te berekenen, de verliezen lager lijken dan ze in werkelijkheid zijn. Dit kan beter worden omschreven als "lage SWR om de verkeerde reden".

En hoe zit het met retourverlies?

Retourverlies is een meetwaarde die veel professionele technici gebruiken in plaats van SWR. Ze zijn exact equivalent, in die zin dat elke waarde van de ene meting kan worden omgerekend naar de andere. Grote waarden van retourverlies corresponderen met een lage SWR, en omgekeerd.

Pas echter op voor tabellen of formules die retourverlies verwarren met vermogensverlies. Ja, je kunt veel van zulke tabellen vinden die je "vermogensverlies door SWR" geven, gebaseerd op alleen de SWR, zonder rekening te houden met het kabeltype, de lengte of de frequentie. Dat klopt niet, zoals snel blijkt uit het plaatsen van een kort stukje 300 ohm twinlead-kabel tussen een zender en een 50 ohm vermogensmeter/dummy load. (De tabellen zullen over het algemeen aangeven dat je in dat geval ongeveer de helft van je vermogen verliest, vanwege een SWR van 6:1.) Degenen die deze tabellen gebruiken, promoten of aanbieden, hebben duidelijk geen idee hoe voedingskabels en aanpassing in de praktijk werken. Als u een tabel of rekenmachine ziet die geen SWR van 100:1 met minder dan 1% verlies aankan (zoals het geval kan zijn bij een zeer kort stuk coaxkabel met laag verlies), of die negeert dat het gebruik van een lijn met een hoge SWR in sommige gevallen het verlies kan verminderen (tenminste over een kort traject), vertrouw dan niet op die bron.

Kan een hoge SWR mijn radio beschadigen?

Een hoge SWR op zich zal een radio niet beschadigen. Het kan echter wel een indicator zijn dat er iets mis is dat tot schade kan leiden. Dit vereist enige uitleg…

Wanneer een zender een belastingsimpedantie ziet die significant afwijkt van de impedantie waarvoor hij is ontworpen (dat wil zeggen, een hoge SWR, ervan uitgaande dat u 50 ohm coaxkabel gebruikt met een zender die is ontworpen voor een belasting van 50 ohm), dan zal de RF-stroom of -spanning (of beide) hoger zijn dan verwacht om het nominale vermogen te leveren. De meeste zenders hebben voldoende marge om redelijke verhogingen op te vangen, maar dit kan op de lange termijn problemen veroorzaken.

Moderne zenders hebben doorgaans een ALC-functie (Automatic Level Control) die het uitgangsvermogen tot een bepaald niveau beperkt. Meestal werkt dit door de uitgangsspanning te meten en de aansturing van de eindtrap te verlagen wanneer deze te hoog wordt. Wanneer de uitgangsimpedantie hoger is dan de ontwerpwaarde (dat wil zeggen, een hogere spanning en een lagere stroom voor het nominale uitgangsvermogen), zal dit het uitgangsvermogen beperken om de RF-uitgangsspanning op het nominale niveau te houden. Zelfs zonder beveiliging tegen een hoge SWR beschermt dit de zender.

Wanneer de belastingsimpedantie laag is (dat wil zeggen, een lagere spanning en een hogere stroom voor het nominale vermogen), biedt de ALC geen bescherming. In dat geval vertrouwen de meeste radio's op een uitschakeling bij een hoge SWR om de eindversterkertransistoren te beschermen. (Sommige Ten-Tec radio's gebruikten hiervoor een overstroombeveiliging in de voeding of een snelwerkende magnetische stroomonderbreker in plaats van een SWR-sensor.)

Hoewel transistoren beschadigd kunnen raken door overstroom of overspanning, is het grootste probleem dat het rendement kan dalen, wat leidt tot een grotere warmteontwikkeling in de eindversterkertransistoren. De meeste zenderstoringen die ik ben tegengekomen, worden veroorzaakt door oververhitting: dit hangt ook samen met de duty cycle en een goede luchtstroom voor koeling.

Over het algemeen zou de zender in orde moeten zijn als de RF-spanning en -stroom binnen de nominale waarden voor de ontwerpimpedantie blijven. Dit kan betekenen dat het aansturingsniveau verlaagd moet worden, waardoor het uitgangsvermogen afneemt (en de vermogensmeting mogelijk ook niet nauwkeurig is). Meestal is het voldoende om het uitgangsvermogen te verlagen tot 5% of 10% van het nominale vermogen, zodat de radio probleemloos gebruikt kan worden bij een hoge SWR (bijvoorbeeld bij het afstellen van een antennetuner)

Een hoge SWR is dus niet de enige oorzaak van een defecte zender. Het gaat er eerder om het volledige uitgangsvermogen te leveren aan een belasting met een niet-aangepaste impedantie, vooral bij gebruik van modi met een hoge duty cycle (zoals FM of digitaal, of tijdens een contest) en/of bij onvoldoende koeling. Het duurt even voordat de warmte zich opbouwt tot het punt van defect, dus het is zelden een onmiddellijke oorzaak.

De beveiligingscircuits in de meeste moderne zenders zijn behoorlijk effectief: kortstondige kortsluitingen of onderbrekingen als gevolg van antenne- of coaxproblemen zullen waarschijnlijk geen defecten veroorzaken. Deze systemen detecteren mogelijk niet alle soorten fouten, zoals zelfoscillatie in de eindtrap, maar die zouden in de ontwerpfase moeten worden opgelost.

Externe versterkers zijn een ander verhaal, omdat sommige minder ingebouwde beveiligingscircuits hebben en mogelijk niet in staat zijn om het aansturingsvermogen van de zender te verlagen wanneer dat nodig is. Een te hoge roosterstroom in een buizenversterker kan sommige componenten snel beschadigen, dus dit moet in de gaten worden gehouden. Maar ook hier geldt dat de meeste storingen worden veroorzaakt door oververhitting, wat niet direct optreedt.

Bron: Practical Antennas