Was ist SWR - Stehwelle?
Das Stehwellenverhältnis (kurz: SWV), auch als Welligkeit bezeichnet, englisch Standing Wave Ratio (SWR) oder Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ist in der Nachrichtentechnik, der Hochfrequenztechnik (HF‑Technik) und der Mikrowellentechnik ein Maß für die Übereinstimmung des Leitungswellenwiderstandes mit der Impedanz einer an diese Leitung angeschlossenen Last. Weicht der Leitungswellenwiderstand von der Impedanz der Last ab, kommt es an dem Übergangspunkt zu einer mehr oder weniger großen Reflexion der hinlaufenden Welle und es entsteht eine reflektierte Welle.
Die Überlagerung dieser beiden Wellen, der hinlaufenden Welle (V) und der rücklaufenden Welle (R), ergibt entlang der Leitung eine sogenannte stehende Welle. Das Verhältnis der hin- und der rücklaufenden Welle auf näherungsweise verlustlosen Leitungen wird durch das Stehwellenverhältnis quantifiziert. Dafür wird auch im Deutschen zumeist die englische Abkürzung SWR oder VSWR verwendet (kaum: SWV).
Im Amateurfunk werden gebräuchliche Übertragungsleitungen (Koaxkabel) mit meist einem Wellenwiderstand von 50 Ω genutzt. An Verbindungsstellen von Übertragungsleitungen kann es zu unerwünschten Reflexionen kommen, wenn der Wellenwiderstand nicht übereinstimmt.
Auch Antennen haben eine dem Wellenwiderstand ähnliche Eigenschaft, die von der genauen Anordnung der Antennenelemente abhängt. Diese Eigenschaft wird als Speise- oder Fußpunktwiderstand bezeichnet. Wie bei der Verbindung von zwei Übertragungsleitungen mit unterschiedlichem Wellenwiderstand gilt auch hier: Wenn der Speisewiderstand der Antennen nicht zum Wellenwiderstand der Zuleitung passt, dann kommt es zu unerwünschten Reflexionen. Ein Teil der Sendeleistung wird zum Funkgerät zurück reflektiert und kann nicht von der Antenne abgestrahlt werden.
Wenn hingegen der Speisewiderstand der Antenne und der Wellenwiderstand der Speiseleitung übereinstimmen und somit eine optimale Übertragung der Sendeleistung in die Antenne gewährleistet ist, spricht man davon, dass Anpassung vorliegt (die Antenne resonant ist).
Wie gut die Antennenanpassung ist, lässt sich messen. Vereinfacht gesagt wird dafür ermittelt, wieviel Sendeleistung von der Antenne reflektiert wird. Der vom Messgerät angezeigte Messwert nennt sich Stehwellenverhältnis. Meist wird die vom englischen Begriff „standing wave ratio“ abgeleitete Abkürzung SWR verwendet. Zur Bestimmung des SWR benutzt man ein Stehwellenmessgerät, kurz SWR-Meter genannt.
Der deutsche Begriff beschreibt das eventuell ein wenig verwirrend, weil da nicht unbedingt etwas „steht“. Es gibt das Verhältnis der Energie an die der Sender in das Antennenkonstrukt abgibt, der aber zu dem Teil dort nicht abgestrahlt wird sondern wieder zurück zur Quelle (TX oder Sender) zurück läuft. Eine Antenne ist nie perfekt. Es gibt im realen Leben immer irgendwo Verluste. Antennen strahlen Leistung ab, keine Antenne kann alles abstrahlen.
SWR ist eine natürliche Zahl. Sie drückt das Verhältnis der in die Antennenkonstruktion eingeleiteten Entergie gegenüber der zurücklaufenden Energie aus. In anderen Worten SWR (Stehwellenverhältnis) ist das Ergebnis einer Division.
Definition
Das Stehwellenverhältnis (SWR) berechnet sich aus dem Quotienten von maximaler Spitzenspannung Umax der Hüllkurve zu der minimalen Spitzenspannung Umin, also:
Wieviel SWR ist noch akzeptabel?
SWR von 1 wäre schön kann man nicht erreichen in der realen Welt. Auch bei einem hohen SWR wird Energie abgestrahlt werden, die Effizienz der Aussendung leidet. Damit leidet auch die Ausbreitung und mögliche Reichweite.
Weit besorgniserregender ist die Betrachtung was passiert mit der zurücklaufenden Energie? Diese Energie gelangt in den Sender macht dort irgend was und wird teilweise abermals nach einer Reflexion in die Antenne geschickt. Diese Energie kann aber auch den Sender beschädigen durch Wärmeentwicklung aber auch weil es durch Überlagerung zu hohen Spannungen führen kann die die Endstufe nicht verträgt. Deshalb sollte man sehr hohe Stehwellenverhältnisse vermeiden. Gut konstruierte Sender haben Schutzschaltungen die die Sendeleistung reduzieren um den Sender vor Beschädigung zu schützen.
Smith-Diagramm
Das Smith-Diagramm (englisch Smith chart) ist ein grafisches Hilfsmittel der komplexen Wechselstromrechnung, mit dem Berechnungen von elektrischen Impedanzen auf eine geometrische Konstruktion zurückgeführt werden können. Es wurde erstmals im Jahre 1939 von Phillip Smith vorgestellt.
Das ursprüngliche Ziel des Smith-Diagramms, die komplexen numerischen Berechnungen, die händisch getätigt werden mussten, durch eine grafische Ermittlung der Werte zu ersetzen und so zu vereinfachen, ist durch die breite Verfügbarkeit von Taschenrechnern, welche auch mit komplexen Zahlen rechnen können, und Computern mit entsprechenden Softwarepaketen weggefallen. Geblieben ist als primäre Anwendung die grafische Repräsentation von Impedanzverläufen in technischen Dokumenten und Datenblättern. Smith-Diagramme auf Papier zur grafischen Ermittlung werden daher primär im Bereich der Ausbildung und Lehre und zur Dokumentation verwendet. Messgeräte wie Netzwerkanalysatoren können gemessene Daten meist auch in Form von Smith-Diagrammen direkt anzeigen.