VSWR und Rückflussdämpfung: praktische Richtwerte und Umrechnung

VSWR und Rückflussdämpfung beschreiben dasselbe auf zwei Arten: wie viel eines Signals an Stellen mit nicht angepasster Impedanz zurückgeworfen wird. Ein Datenblatt nennt meist nur eine der beiden Größen, daher muss man oft umrechnen. Dieser Leitfaden liefert die Formeln, eine Umrechnungstabelle, ein Rechenbeispiel und die in der Praxis üblichen Richtwerte.

1. Definitionen und Formeln

• Reflexionsfaktor Γ = (ZL − Z0) / (ZL + Z0), mit der Bezugsimpedanz Z0 (meist 50 Ω) und der Last ZL.
• VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|), umgekehrt |Γ| = (VSWR − 1) / (VSWR + 1).
• Rückflussdämpfung RL = −20·log₁₀|Γ| (dB). Sie wird als positive Zahl angegeben; größer bedeutet weniger Reflexion. S11 (dB) = −RL.
• Anteil der reflektierten Leistung = |Γ|². Fehlanpassungsdämpfung = −10·log₁₀(1 − |Γ|²) (dB).

2. Umrechnungstabelle

(Rechner: VSWR ↔ Rückflussdämpfung ↔ Reflexionsfaktor)

3. Rechenbeispiel: eine 75-Ω-Last an einem 50-Ω-System

Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = 0.2. VSWR = 1.2 / 0.8 = 1.5 und RL = −20·log₁₀(0.2) = 13.98 dB, also etwa 14 dB. Die reflektierte Leistung beträgt 0.2² = 4 %, die Fehlanpassungsdämpfung −10·log₁₀(1 − 0.04) = 0.18 dB.

In Leistung ausgedrückt: Ein 10-W-Sender an einer Antenne mit VSWR 2:1 reflektiert 10 × 0.111 = 1.11 W, und 8.89 W erreichen die Antenne. Der Verlust beträgt 10·log₁₀(8.89 / 10) = −0.51 dB, wie die Fehlanpassungsdämpfung in der Tabelle.

4. In der Praxis verwendete Richtwerte

• VSWR 2:1 (RL etwa 9.5 dB) wird in Antennenspezifikationen oft als zulässige Grenze genannt. Etwa 11 % der Leistung werden reflektiert, der Verlust beträgt etwa 0.5 dB.
• VSWR 1.5:1 (RL etwa 14 dB) ist in strengeren Spezifikationen üblich.
• Unterhalb eines VSWR von 1.22 (RL 20 dB) werden nur noch etwa 1 % reflektiert; weitere Verbesserungen senken den Verlust um weniger als 0.05 dB. Der Nutzen nimmt ab.
• Diese Werte sind Konstruktionskonventionen, keine Grenzwerte einer EMV-Norm wie CISPR. Maßgeblich sind die Anforderungen in Ihrer Produkt- oder Antennenspezifikation und Ihrem Prüfplan.

5. Kabeldämpfung verdeckt eine Fehlanpassung

Die am Kabeleingang gemessene Rückflussdämpfung ist die eigene RL der Antenne plus die doppelte Kabeldämpfung (das Signal läuft hin und zurück). Hat die Antenne eine RL von 6 dB (VSWR 3.0) und messen Sie durch ein 3-dB-Kabel, sehen Sie 6 + 2×3 = 12 dB, also ein VSWR von etwa 1.67. Messen Sie am Antennenanschluss oder korrigieren Sie die Kabeldämpfung, bevor Sie urteilen.

Fehlanpassung taucht auch in der Messunsicherheit auf. Sind die Reflexionsfaktoren der beiden Seiten |Γ1| und |Γ2|, liegt der Fehlanpassungsfehler innerhalb von 20·log₁₀(1 ± |Γ1|·|Γ2|) dB. Verbindet man zum Beispiel ein VSWR von 1.5 (|Γ| = 0.2) mit einem VSWR von 1.22 (|Γ| = 0.1), ergibt das Produkt 0.02, und der Fehler liegt zwischen +0.17 dB und −0.18 dB. Wie dies im Unsicherheitsbudget zu berücksichtigen ist, richtet sich nach der jeweiligen Norm und dem Verfahren des Labors. (Rechner: kombinierte Unsicherheit)

6. Häufige Fehler

• Vorzeichen: RL wird üblicherweise positiv (10 dB) und S11 negativ (−10 dB) angegeben. Der Wert ist derselbe, nur das Vorzeichen unterscheidet sich.
• Fehlanpassungsdämpfung als Rückflussdämpfung lesen: Eine Rückflussdämpfung von 10 dB entspricht einer Fehlanpassungsdämpfung von nur 0.46 dB.
• Nur eine Frequenz betrachten: Die Spezifikation muss im gesamten Betriebsband eingehalten werden, prüfen Sie daher den schlechtesten Wert im Band.
• Das VSWR kann nicht kleiner als 1 sein. Ergibt sich ein Wert unter 1, prüfen Sie Eingabe oder Einheiten.

7. Was Sie prüfen sollten, wenn Sie einen Wert erhalten

• Klären Sie, ob die Angabe VSWR oder RL ist und welche Vorzeichenkonvention gilt.
• Klären Sie, ob die Bezugsebene der Antennenanschluss oder das Kabelende ist.
• Ermitteln Sie mit Tabelle oder Rechner die reflektierte Leistung und die Fehlanpassungsdämpfung und entscheiden Sie, ob Sie sie im Link-Budget berücksichtigen.
• Vergleichen Sie mit der Spezifikation anhand des schlechtesten Werts im gesamten Betriebsband.