VSWR과 반사손실 실무 기준값과 환산

VSWR과 반사손실은 같은 현상, 즉 임피던스가 맞지 않는 곳에서 신호가 얼마나 되돌아오는지를 서로 다르게 표현한 값입니다. 데이터시트마다 한쪽만 적혀 있어서 환산이 필요합니다. 공식, 환산표, 계산 예시와 실무에서 보는 기준값을 정리했습니다.

1. 정의와 공식

• 반사계수 Γ = (ZL − Z0) / (ZL + Z0). Z0는 기준 임피던스(보통 50 Ω), ZL은 부하입니다.
• VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|), 거꾸로 |Γ| = (VSWR − 1) / (VSWR + 1).
• 반사손실 RL = −20·log₁₀|Γ| (dB). 양수로 표기하며 클수록 반사가 적습니다. S11(dB) = −RL입니다.
• 반사 전력 비율 = |Γ|². 부정합 손실 = −10·log₁₀(1 − |Γ|²) (dB).

2. 환산표

(계산기: VSWR ↔ 반사손실 ↔ 반사계수)

3. 계산 예시: 75 Ω 부하를 50 Ω 계에 연결

Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = 0.2입니다. VSWR = 1.2 / 0.8 = 1.5, RL = −20·log₁₀(0.2) = 13.98 dB이고 약 14 dB입니다. 반사되는 전력은 0.2² = 4%이고, 부정합 손실은 −10·log₁₀(1 − 0.04) = 0.18 dB입니다.

전력으로 보면 이렇습니다. 10 W를 보내는 송신기가 VSWR 2:1인 안테나에 연결되면 반사되는 전력은 10 × 0.111 = 1.11 W이고 안테나에 전달되는 전력은 8.89 W입니다. 손실은 10·log₁₀(8.89 / 10) = −0.51 dB로, 표의 부정합 손실과 같습니다.

4. 실무에서 자주 쓰는 기준값

• VSWR 2:1(RL 약 9.5 dB)은 안테나 사양에서 허용 한계로 자주 적히는 값입니다. 이때 약 11%의 전력이 반사되고 손실은 약 0.5 dB입니다.
• VSWR 1.5:1(RL 약 14 dB)은 더 엄격한 사양에서 자주 보입니다.
• RL 20 dB(VSWR 1.22) 아래에서는 반사가 이미 1% 정도라, 더 개선해도 얻는 손실 감소는 0.05 dB 미만입니다. 이득이 점점 작아집니다.
• 이 값들은 설계 관행이고 CISPR 같은 EMC 규격이 정한 한도가 아닙니다. 제품이나 안테나의 사양서와 시험 계획서의 요구값을 따르세요.

5. 케이블 손실이 부정합을 가립니다

케이블 입구에서 잰 반사손실은 안테나 자체의 RL에 케이블 손실의 2배(왕복)를 더한 값입니다. 안테나 RL이 6 dB(VSWR 3.0)인데 손실 3 dB 케이블 끝에서 재면 6 + 2×3 = 12 dB로 보이고, VSWR로는 약 1.67입니다. 안테나 단자에서 직접 재거나 케이블 손실을 보정해 판단하세요.

시험 불확도에서도 부정합이 나옵니다. 양쪽의 반사계수가 |Γ1|, |Γ2|이면 부정합 오차의 범위는 20·log₁₀(1 ± |Γ1|·|Γ2|) dB입니다. 예를 들어 VSWR 1.5(|Γ| = 0.2)와 VSWR 1.22(|Γ| = 0.1)를 이으면 곱이 0.02이므로 +0.17 dB에서 −0.18 dB 사이입니다. 이 값을 불확도 예산에 어떻게 넣을지는 해당 규격과 시험소의 방식을 따르세요. (계산기: 합성 불확도)

6. 자주 하는 실수

• 부호: RL은 보통 양수(10 dB), S11은 음수(−10 dB)입니다. 같은 값인데 부호만 다릅니다.
• 부정합 손실과 반사손실을 같은 값으로 읽는 실수: 반사손실 10 dB의 부정합 손실은 0.46 dB입니다.
• 한 주파수만 보기: 사양은 사용 대역 전체에서 만족해야 합니다. 대역 안의 최악값을 보세요.
• VSWR은 1보다 작을 수 없습니다. 1 미만의 값이 나왔다면 입력이나 단위를 확인하세요.

7. 값을 받았을 때 확인할 순서

• 표기가 VSWR인지 RL인지, 부호가 어떤지 먼저 확인합니다.
• 측정 기준면이 안테나 단자인지 케이블 끝인지 확인합니다.
• 표나 계산기로 반사 전력과 부정합 손실을 구해 링크 버짓에 반영할지 판단합니다.
• 사용 대역 전체의 최악값으로 사양을 비교합니다.