Welches VSWR ist akzeptabel?

Unter 1,5 : 1 ist ein vernünftiges Ziel für eine Sendeantenne, und bis 2,0 : 1 ist für die meisten Anlagen unproblematisch. Das sind 11 % reflektierte Leistung und rund 0,5 dB Verlust. Ab etwa 2,5 : 1 drosseln viele Transistorsender ihre Ausgangsleistung, um die Endstufe zu schützen. Die praktische Grenze setzt also das Funkgerät, nicht der verlorene Anteil.

Beschädigt ein hohes VSWR das Funkgerät?

Die reflektierte Leistung selbst ist bei kleinen Pegeln selten das Problem, Wärme und Spannung sind es. Eine starke Endstufe an einer schlechten Anpassung sieht Spannungsspitzen vom 1 + |Γ|-Fachen der hinlaufenden Welle und muss die zurücklaufende Energie verheizen. Deshalb messen moderne Funkgeräte die rücklaufende Welle und regeln ab. Bei wenigen Watt ist selbst ein offenes Kabelende meist harmlos.

Warum sieht mein VSWR durch langes Koaxkabel besser aus?

Die Kabeldämpfung schwächt die hinlaufende Welle auf dem Weg nach oben und die reflektierte auf dem Rückweg. Das Messgerät am Funkgerät sieht deshalb |Γ|Funkgerät = |Γ|Antenne·10^−2L/20, mit L als Kabeldämpfung in dB. Hinter 3 dB Koaxkabel zeigt eine Antenne mit 5,0 : 1 am Funkgerät nur 2,0 : 1. Messen Sie an der Antenne, wenn Sie wissen wollen, was die Antenne wirklich tut.

Ist eine perfekte Anpassung von 1,0 : 1 erreichbar?

Nur auf einzelnen Frequenzen und nur für genau diesen Zustand. Wetter, Eis, Metall in der Nähe und die Kabelführung verschieben die Anpassung. Die Bandbreite zählt mehr als der tiefste Punkt: Eine Antenne, die im ganzen Band unter 2,0 : 1 bleibt, ist besser als eine, die auf einer einzigen Frequenz 1,0 : 1 erreicht.

Warum sind die Spannungsminima schärfer als die Maxima?

Weil sich die beiden Wellen wie Vektoren addieren. Nahe einem Berg ist die Summe ohnehin groß, und eine kleine Phasenänderung bewegt sie kaum. Nahe einem Tal heben sich die Amplituden dagegen fast auf, und dieselbe Phasenänderung wirkt relativ viel stärker. Entwickelt man √(1 + |Γ|^2 + 2|Γ|·cos(4πz/λ)) um ein Minimum, wird das Tal umso schmaler, je näher |Γ| an 1 liegt: Bei VSWR 10 : 1 sind die Täler sichtbar nadelförmig, bei 1,2 : 1 ist die Kurve fast eine Sinuslinie.

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VSWR-Rechner

VSWR (Stehwellenverhältnis) sagt, wie viel von der Welle eine Antenne in die Speiseleitung zurückschickt. Hin- und rücklaufende Welle überlagern sich, deshalb ist die Spannung entlang des Kabels an manchen Stellen hoch und an anderen niedrig. VSWR ist das Verhältnis der höchsten zur niedrigsten Spannung: 1,0 : 1 heißt, dass nichts zurückkommt. Bei 2,0 : 1 laufen 11 % der Leistung zurück, und das kostet rund 0,5 dB.

Eingangsgröße

VSWR

: 1

So, wie ein Antennenmessgerät es anzeigt. Werte unter 1 sind physikalisch nicht möglich.

Vorlaufleistung

Dient nur dazu, den reflektierten Anteil in Watt anzugeben.

VSWR

1,50 : 1

Verhältnis von höchster zu niedrigster Spannung

Rückflussdämpfung

14,0 dB

je höher, desto besser die Anpassung

Reflexionsfaktor

0,200 |Γ|

reflektierter Spannungsanteil

Fehlanpassungsverlust

0,18 dB

Verlust allein durch die Fehlanpassung

Reflektierte Leistung

4,0 %

= 0,4 W von 10 W kommen zurück

Der obere Balken teilt die Vorlaufleistung: Grün erreicht die Antenne, Gelb kehrt um. Darunter steht die Spannung entlang der Speiseleitung. Vmax liegt dort, wo sich beide Wellen verstärken, Vmin eine Viertelwellenlänge weiter, wo sie sich entgegenwirken, und das wiederholt sich alle λ/2. Die Berge sind breit und rund, die Täler schmal und spitz. Diese Asymmetrie ist echt und nimmt mit der Fehlanpassung zu.

Gilt für eine verlustfreie Leitung in der Messebene. Am Funkgerät gemessenes VSWR sieht immer besser aus als an der Antenne, weil die Kabeldämpfung die reflektierte Welle zweimal schwächt. Das Diagramm zeigt eine rein ohmsche Last, deshalb liegt ein Spannungsmaximum an der Antenne. Eine reaktive Last verschiebt das ganze Muster entlang der Leitung, ohne das Verhältnis zu ändern.

VSWR-Referenztabelle

VSWR	\|Γ\|	Rückflussdämpfung (dB)	Reflektierte Leistung (%)	Fehlanpassungsverlust (dB)
1,0 : 1	0,000	∞	0,0	0,00
1,2 : 1	0,091	20,8	0,8	0,04
1,5 : 1	0,200	14,0	4,0	0,18
2,0 : 1	0,333	9,5	11,1	0,51
3,0 : 1	0,500	6,0	25,0	1,25
5,0 : 1	0,667	3,5	44,4	2,55
10,0 : 1	0,818	1,7	66,9	4,81

Fünf Schreibweisen für dieselbe Fehlanpassung, berechnet mit den Formeln weiter unten. Eine perfekte Anpassung von 1,0 : 1 reflektiert nichts, ihre Rückflussdämpfung ist deshalb unendlich. Bei 2,0 : 1 bekommt die Antenne immer noch 89 % der Leistung.

So funktioniert es

01
Die Antenne schickt einen Teil der Welle zurück

Der Sender schickt eine Welle in die Speiseleitung. Eine Antenne, deren Impedanz zur Leitung passt, nimmt sie vollständig auf. Jede andere Impedanz kann das nicht, und der Rest kehrt um und läuft zum Funkgerät zurück. Der Reflexionsfaktor |Γ| ist der Anteil der Spannung, der zurückkommt: 0 bei perfekter Anpassung, 1 bei offenem oder kurzgeschlossenem Ende. Bei |Γ| = 0,333 wirft die Antenne ein Drittel der Spannung und 11 % der Leistung zurück.
02
Zwei Wellen auf einem Kabel ergeben ein stehendes Muster

Hin- und rücklaufende Welle teilen sich das Kabel und addieren sich einfach. Wo ihre Berge zusammentreffen, erreicht die Spannung das 1 + |Γ|-Fache der hinlaufenden Welle. Eine Viertelwellenlänge weiter wirken sie gegeneinander, und sie fällt auf 1 − |Γ|. Diese Berge und Täler bleiben auf der Leitung stehen, daher der Name „stehende Welle“. Sie wiederholen sich alle halbe Wellenlänge. VSWR ist ihr Verhältnis, VSWR = V_maxV_min. Ohne Reflexion gibt es gar kein Muster: Die Spannung ist überall gleich, das Verhältnis also 1 : 1.
03
Frei umrechnen

VSWR, Rückflussdämpfung und |Γ| sind dieselbe Größe in drei Gewändern, und jede taugt als Ausgangspunkt. VSWR 1,5 : 1 entspricht |Γ| = 0,200 und 14,0 dB Rückflussdämpfung, VSWR 2,0 : 1 entspricht |Γ| = 0,333 und 9,5 dB. Netzwerkanalysatoren geben Rückflussdämpfung oder S₁₁ aus, Antennenmessgeräte zeigen VSWR.
04
Den Schaden nüchtern beziffern

Eine Fehlanpassung von 2,0 : 1 reflektiert 11 % der Leistung, also 0,5 dB. Das ist meist weniger, als das Koaxkabel auf dem Weg zum Mast verliert. Die eigentlichen Kosten liegen woanders: Transistorendstufen regeln ihre Leistung zum Selbstschutz zurück, die reflektierte Leistung heizt die Speiseleitung auf, und Spannungsspitzen belasten die Stecker.

Formeln

Reflexionsfaktor und VSWR

|Γ| = VSWR − 1VSWR + 1 ⟺ VSWR = 1 + |Γ|1 − |Γ|

|Γ| — Betrag des Reflexionsfaktors, 0 … 1
VSWR — Stehwellenverhältnis, ≥ 1 (angegeben als VSWR : 1)

Spannung entlang der Leitung

|V(z)| = |1 + Γ·e^−j2βz| = 1 + |Γ|² + 2|Γ|·cos(4πz/λ)

z — Abstand von der Last, m
λ — Wellenlänge auf der Leitung, m (β = 2π/λ)
V_max = 1 + |Γ|, V_min = 1 − |Γ|, Wiederholung alle λ/2

Rückflussdämpfung

RL (dB) = −20·log₁₀|Γ|

RL — Rückflussdämpfung, dB, positiv und umso größer, je besser die Anpassung

Reflektierte Leistung und Fehlanpassungsverlust

P_reflP_fwd = |Γ|² ; ML (dB) = −10·log₁₀( 1 − |Γ|² )

P_fwd — zur Last laufende Leistung, W
P_refl — zur Quelle zurücklaufende Leistung, W
ML — Fehlanpassungsverlust, dB

Rechenbeispiel

VSWR 2,0 : 1 bei 10 W Vorlaufleistung

|Γ| = 2 − 12 + 1 = 0,333
Rückflussdämpfung: −20·log₁₀(0,333) = 9,5 dB
Reflektiert: 0,333² = 11,1 % → 1,1 W kommen zurück
Fehlanpassungsverlust: −10·log₁₀(0,889) = 0,51 dB
→ die Antenne bekommt immer noch 8,9 W. VSWR 2 : 1 kostet weit weniger als sein Ruf

FAQ

Welches VSWR ist akzeptabel?: Unter 1,5 : 1 ist ein vernünftiges Ziel für eine Sendeantenne, und bis 2,0 : 1 ist für die meisten Anlagen unproblematisch. Das sind 11 % reflektierte Leistung und rund 0,5 dB Verlust. Ab etwa 2,5 : 1 drosseln viele Transistorsender ihre Ausgangsleistung, um die Endstufe zu schützen. Die praktische Grenze setzt also das Funkgerät, nicht der verlorene Anteil.
Beschädigt ein hohes VSWR das Funkgerät?: Die reflektierte Leistung selbst ist bei kleinen Pegeln selten das Problem, Wärme und Spannung sind es. Eine starke Endstufe an einer schlechten Anpassung sieht Spannungsspitzen vom 1 + |Γ|-Fachen der hinlaufenden Welle und muss die zurücklaufende Energie verheizen. Deshalb messen moderne Funkgeräte die rücklaufende Welle und regeln ab. Bei wenigen Watt ist selbst ein offenes Kabelende meist harmlos.
Warum sieht mein VSWR durch langes Koaxkabel besser aus?: Die Kabeldämpfung schwächt die hinlaufende Welle auf dem Weg nach oben und die reflektierte auf dem Rückweg. Das Messgerät am Funkgerät sieht deshalb |Γ|_Funkgerät = |Γ|_Antenne·10^−2L/20, mit L als Kabeldämpfung in dB. Hinter 3 dB Koaxkabel zeigt eine Antenne mit 5,0 : 1 am Funkgerät nur 2,0 : 1. Messen Sie an der Antenne, wenn Sie wissen wollen, was die Antenne wirklich tut.
Ist eine perfekte Anpassung von 1,0 : 1 erreichbar?: Nur auf einzelnen Frequenzen und nur für genau diesen Zustand. Wetter, Eis, Metall in der Nähe und die Kabelführung verschieben die Anpassung. Die Bandbreite zählt mehr als der tiefste Punkt: Eine Antenne, die im ganzen Band unter 2,0 : 1 bleibt, ist besser als eine, die auf einer einzigen Frequenz 1,0 : 1 erreicht.
Warum sind die Spannungsminima schärfer als die Maxima?: Weil sich die beiden Wellen wie Vektoren addieren. Nahe einem Berg ist die Summe ohnehin groß, und eine kleine Phasenänderung bewegt sie kaum. Nahe einem Tal heben sich die Amplituden dagegen fast auf, und dieselbe Phasenänderung wirkt relativ viel stärker. Entwickelt man 1 + |Γ|² + 2|Γ|·cos(4πz/λ) um ein Minimum, wird das Tal umso schmaler, je näher |Γ| an 1 liegt: Bei VSWR 10 : 1 sind die Täler sichtbar nadelförmig, bei 1,2 : 1 ist die Kurve fast eine Sinuslinie.

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Passende Anleitungen

Antennendiagramme & das Sensorfeld — das Leistungsfeld will die tatsächlich abgestrahlte Leistung. Der Fehlanpassungsverlust geht vorher ab

Quellen & weiterführende Links

Standing wave ratio — Wikipedia ↗ — Definitionen, Herleitung und der Zusammenhang mit der Rückflussdämpfung
Microwaves101 — VSWR ↗ — Fachlexikon-Eintrag mit Herleitungen

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