정재파비

Standing Wave Ratio (SWR)

개요

정재파비(SWR) 또는 전압정재파비(VSWR)는 교류 회로에서 회로를 통과한 출력 대비 정재파의 전압비를 통해 신호 통과 효율을 나타낸다. 정재파비는 1에 가깝게 낮을 수록 신호가 온전하게 통과하는 것이고 무한대에 가까울수록 신호가 덜 통과하는 것이다. 서로 접속한 도체 사이에 임피던스 차이가 존재하면 교류 전류의 일부가 통과하지 못하면서 반사파가 발생하고, 그 반사파가 원래 신호와 합성되면서 정재파가 형성되어 결국 정재파비가 나빠진다.

정재파

정재파는 임피던스 차이에 의해 반사파가 발생해 본래 신호의 파동과 합성되어 만들어진 파형을 뜻한다. 정재파(Standing Wave)라 불리는 이유는 반사파가 입사파와 합성될 때 제자리에서 진동하는 듯한 파형을 보이기 때문이다. 그림은 정재파비가 무한대일 때인 최대 정재파의 모습이다.

정재파비의 개선

• 정재파비를 개선하기 위해서는 반사파를 줄여 정재파를 최소화해야 한다.
• 송신 선로를 송신기의 임피던스(보통 50Ω)에 맞추어야 하는데 커넥터와 케이블은 정격 임피던스 제품을 사용해야 하고, 안테나와 임피던스 차이가 있을 경우 임피던스를 정합하기 위한 튜너가 필요하다.
• 안테나를 실내에서 운용하거나 안테나 주변에 장애물이 있어도 방사된 전파가 반사되어 안테나로 되돌아와 송신 회로에 반사파가 발생하므로 정재파비가 높아진다.

계산

반사 계수

정재파비를 계산하기 위해서는 우선 반사 계수(Reflection Coefficient)에 대해 알 필요가 있다.
반사 계수 [math]\displaystyle{ \Gamma }[/math]는 다음과 같이 입사파 전압 대비 반사파 전압의 비로 나타낸다.

[math]\displaystyle{ \Gamma=\frac{V_\mathrm{R}}{V_\mathrm{I}} }[/math]

입사 방향의 역방향으로 반사되는 것을 생각하면 반사파 전압은 음의 값을 가지므로 반사 계수는 음수가 되나, 계산에서는 보통 절대값을 활용한다.

반사 손실

반사 손실(Return Loss)은 dB(데시벨)로 나타낼 수 있다. 유의할 것은 반사 계수의 역수를 사용해 반사파 전압 대비 입사파의 전압의 비로 나타낸다는 것. 그래서 높을수록 좋으며, 전압 속성이기 때문에 dB 계산 과정에서 제곱한다.

[math]\displaystyle{ \mathrm{Loss}_\mathrm{R}=10\log_{10}\frac{1}{|\Gamma|^2}=-20\log_{10}|\Gamma| }[/math]

정재파비

정재파비는 반사 계수의 절대값을 이용해 최종적으로 다음과 같이 입사 전압에서 반사파를 제외한 전압 계수(간단히 말해 통과하여 출력되는 전압) 대비 정재파(입사파와 반사파의 전압비의 합)의 전압 계수로 나타내진다.

[math]\displaystyle{ \mathrm{SWR}=\frac{1+|\Gamma|}{1-|\Gamma|} }[/math]

정재파비는 항상 1 이상이 되고 1에 가깝게 낮을 수록 좋으며, 반사파가 존재하지 않는 경우는 현실적으로 불가능하기 때문에 정수 1보다는 항상 크다.

환산표

[math]\displaystyle{ \mathrm{SWR} }[/math]	[math]\displaystyle{ |\Gamma| }[/math]	반사 손실 (dB)	출력 손실 (%)
1.00	0.00	[math]\displaystyle{ \infty }[/math]	0.00
1.05	0.02	32.26	0.06
1.10	0.05	26.44	0.23
1.15	0.07	23.13	0.49
1.20	0.09	20.83	0.83
1.25	0.11	19.09	1.23
1.30	0.13	17.69	1.70
1.35	0.15	16.54	2.22
1.40	0.17	15.56	2.78
1.45	0.18	14.72	3.37
1.50	0.20	13.98	4.00
[math]\displaystyle{ \mathrm{SWR} }[/math]	[math]\displaystyle{ |\Gamma| }[/math]	반사 손실 (dB)	출력 손실 (%)
1.60	0.23	12.74	5.33
1.70	0.26	11.73	6.72
1.80	0.29	10.88	8.16
1.90	0.31	10.16	9.63
2.00	0.33	9.54	11.11
2.10	0.35	9.00	12.60
2.20	0.38	8.52	14.06
2.30	0.39	8.09	15.52
2.40	0.41	7.71	16.96
2.50	0.43	7.36	18.36
[math]\displaystyle{ \mathrm{SWR} }[/math]	[math]\displaystyle{ |\Gamma| }[/math]	반사 손실 (dB)	출력 손실 (%)
3.00	0.50	6.02	25.00
3.50	0.56	5.11	30.86
4.00	0.60	4.44	36.00
4.50	0.64	3.93	40.50
5.00	0.67	3.52	44.45
6.00	0.71	2.92	51.01
7.00	0.75	2.50	56.25
8.00	0.78	2.18	60.50
9.00	0.80	1.94	64.00
10.00	0.81	1.74	66.39
[math]\displaystyle{ \infty }[/math]	1.00	0.00	100.00