Stående-vågförhållande (SWR)

Som vi har lärt oss har amatörradioapparater och de matarledningar som är gängse inom amatörradio oftast en karakteristisk impedans på $\qty{50}{\ohm}$. Vi har också lärt oss att oönskade reflektioner uppstår i skarvar mellan matarledningar om den karakteristiska impedansen inte stämmer överens.

Även antenner har en egenskap som liknar den karakteristiska impedansen och som beror på hur antennelementen är arrangerade. Den egenskapen kallas matningsresistans eller fotpunktsresistans. Liksom vid sammankoppling av två matarledningar med olika karakteristisk impedans gäller även här: Om antennens matningsresistans inte passar den karakteristiska impedansen hos tillledningen uppstår oönskade reflektioner. En del av sändareffekten reflekteras tillbaka till radion och kan inte strålas ut från antennen.

Om däremot antennens matningsresistans och matarledningens karakteristiska impedans stämmer överens, och en optimal överföring av sändareffekten in i antennen därmed är säkerställd, säger man att anpassning föreligger.

1) Kort beskrivning: SWR- och effektmätare ”SWR-30” från Albrecht i svart hölje med analogt visarinstrument och flera reglage på framsidan.

2) Utförlig beskrivning: Fotot visar en SWR- och effektmätare med beteckningen ”SWR-30” från Albrecht. På framsidan av ett svart hölje finns i mitten ett ljust fönster med en röd analog visare. Fönstret visar överst ”WATT”, under den en välvd skala märkt ”0” till ”10” ovanför cirkelsegmentet och ”1” över ”3” till ”SET” under cirkelsegmentet. Den delen av skalan är märkt ”SWR”. Området mellan ”3” och ”SET” är markerat i rött. Längst ned i displayen finns en horisontell skala med markeringar från ”1” till ”10” och till vänster förklaringen ”F.S.”. Till vänster om fönstret står ”TX”. Till höger finns två skjutomkopplare ovanpå varandra för omkoppling mellan ”10W FWD” och ”100W REF” samt mellan ”PWR” och ”SWR”. Vid höljets högra kant står ”ANT”. Under skjutomkopplarna finns en vridknapp med vit markering och texten ”CAL”, omgiven av en böjd skallinje.
Figur INSTEG-8.14.1: En enkel SWR-meter för att bestämma det stående-vågförhållandet

Hur bra antennanpassningen är går att mäta. Förenklat bestämmer man hur mycket sändareffekt som reflekteras från antennen. Mätvärdet som instrumentet visar kallas stående-vågförhållande. Oftast används förkortningen SWR, från engelskans ”standing wave ratio”. För att bestämma SWR använder man en SWR-mätare, kort SWR-meter.

En SWR-meter mäter samtidigt den framåtgående sändareffekten som sändaren skickar till antennen och den bakåtgående effekten som har reflekterats. Det syns bra på SWR-metern i bild INSTEG-8.14.2, som visar framåtgående och bakåtgående effekt var för sig. SWR anger dock inte direkt förhållandet mellan de två mätvärdena, utan bestäms något mer komplicerat som $\text{SWR} = \frac {\sqrt{P_\text{V}}+\sqrt{P_\text{R}}} { \sqrt{P_\text{V}}-\sqrt{P_\text{R}}}$, där $P_\text{V}$ är den framåtgående och $P_\text{R}$ den bakåtgående effekten. Den här formeln behöver du inte kunna redan i det här skedet.

1) Kort beskrivning: Analogt mätinstrument med korsvisare för visning av SWR, med skalor för framåtgående och reflekterad effekt samt stående-vågförhållande.

2) Utförlig beskrivning: Fotot visar ett analogt mätinstrument med korsvisare för visning av SWR. Till vänster finns en visare för framåtgående effekt (”P_vor”) och till höger en visare för reflekterad effekt (”P_rück”). Under de båda korsande skalorna finns en horisontell linje med gröna markeringar vid 1,3, 1,5, 1,6, 1,8, 2, 2,5, 3 och 4. Från varje markering går gröna linjer uppåt, lutande åt vänster uppåt i den vänstra delen och åt höger uppåt i den högra delen. Avläsningen görs från de båda visarnas skärningspunkt längs respektive grön linje ned till markeringen på den horisontella linjen. Längst ned på instrumentet står formeln S = Umax / Umin.
Figur INSTEG-8.14.2: SWR-meter med korsvisare, vänster visare för framåtgående och höger visare för bakåtgående effekt; för att läsa av SWR följer man den gröna linjen nedåt från skärningspunkten mellan de två visarna
1) Kort beskrivning: Display på en radio med frekvensvisning ”144.315.00”, under den en SWR-visning; spektrum- och vattenfallsbild av en stark signal i mitten.

2) Utförlig beskrivning: Bilden visar displayen på en radio mot svart bakgrund. Bland andra texter står frekvensen ”144.315.00” i mitten med stora vita siffror. Under den finns en SWR-visning. Under SWR-visningen syns i blått spektrumet kring den inställda frekvensen, avgränsat av uppgifterna ”–50k” (vänster) och ”+50k” (höger). I mitten finns en smal, hög topp med mindre flanker. Därunder finns ett vattenfallsdiagram på mörkblå bakgrund med ett ljusblått och vitt lodrätt spår under toppen.
Figur INSTEG-8.14.3: Display på en transceiver

Moderna transceivrar har redan en SWR-meter inbyggd. Visningen finns oftast i displayen, se INSTEG-8.14.3.

SWR-meter och S-meter låter likadant men är olika: SWR-metern mäter stående-vågförhållandet vid sändning och S-metern mäter signalstyrkan vid mottagning.

Om transceivern saknar inbyggd SWR-meter kan man använda en extern SWR-meter. Den ansluts då mellan radion och antennen, som i bild INSTEG-8.14.4. Man säger också: ”SWR-metern kopplas in mellan transceivern och antennen”.

Är en antenn perfekt anpassad till tillledningen (t. ex. koaxialkabeln) visar SWR-metern värdet $\num{1}$. Det är det bästa uppnåeliga värdet. Då tas hela effekten upp av antennen. Ingen effekt reflekteras tillbaka in i sändaren.

1) Kort beskrivning: Blockschema med signalflöde från vänster till höger: transceiver, SWR-mätare, antenn; mellan SWR-mätare och antenn märkningen ”Framåtgående” med pil åt höger och ”Reflekterad” med pilen åt vänster.

2) Utförlig beskrivning: Bilden visar ett blockschema av tre moduler förbundna med en horisontell linje. Längst till vänster finns en rektangulär apparat med frontpanel, märkt ”Transceiver”. Till höger om den finns ett block märkt ”SWR-mätare”. Åt höger fortsätter den horisontella linjen först och leder sedan vertikalt uppåt till en antennsymbol (”Antenn”). Ovanför den horisontella linjen finns mellan SWR-mätare och antenn en blå, åt höger pekande pil märkt ”Framåtgående” och en röd, åt vänster pekande pil märkt ”Reflekterad”.
Figur INSTEG-8.14.4: Principbild av SWR-meter mellan transceiver och antenn

Är ingen antenn ansluten till transceivern, eller är matarledningen antingen bruten eller kortsluten, är SWR-värdet nästan oändligt ($\infty$). En öppen respektive kortsluten kabel reflekterar nämligen sändareffekten fullständigt. I värsta fall kan det till och med förstöra sändaren i radion.

Förutom SWR-värdena $\num{1}$ och oändligt ($\infty$) är värdena $\num{2}$ och $\num{3}$ också markanta. Vid ett SWR-värde på $\num{2}$ reflekteras $\qty{11}{\percent}$, och vid ett SWR-värde på $\num{3}$ reflekteras $\qty{25}{\percent}$ av sändareffekten tillbaka in i sändaren. Moderna transceivrar förebygger skador på sändaren genom att sändareffekten i radion minskas automatiskt.

Ett mycket dåligt SWR, till exempel nära oändligt, kan man också få vid mycket dålig antennanpassning eller om matarledningen är skadad.

Är en antenn med dålig anpassning ansluten via en lång koaxialkabel till en radio med SWR-meter kan det visade SWR-värdet vara betydligt bättre än man skulle vänta sig utifrån den dåliga anpassningen. Orsaken är en hög kabeldämpning, som minskar inte bara signalen på väg till antennen utan också den reflekterade signalen.