Das SWR und seine Auswirkung

Das SWR wird sehr oft von Vielen als der ultimative Messwert für eine Antenne betrachtet. Doch ist das wirklich so? Wie wichtig ist das SWR, was sagt es aus und wie groß sind denn die Verluste, wenn das SWR schlecht ist? Diese Fragen möchte ich mit den folgenden Zeilen beantworten.

In vielen Foren über Amateurfunk und CB-Funk wird immer wieder geschrieben, dass man doch versuchen soll, das beste SWR zu erreichen, Werte von 1,5 werden mit viel Aufwand versucht, noch ein klein wenig besser zu machen, ohne darüber nachzudenken, was denn alles hinter dieser Zahl steckt. Also was sagt den dieser Wert über eine Antenne aus?

Dabei gehe ich jetzt nicht darauf ein, wie sich die Stehwelle bildet und wie sie bestimmt wird. Hierzu gibt es viele Seiten im Netz, die das auch besser aufzeigen können als ich. Es geht nur darum, was die Werte bedeuten.

Was wir wissen ist, dass eine resonante Antenne die ihr zugeführte Energie bestmöglich abstrahlt. Es wurde also eine Antenne berechnet und gebaut in Bezug auf die geplante Frequenz, die damit abgestrahlt werden soll. Dabei sagt dieser Umstand erst mal überhaupt nichts über das SWR aus, weil viele äußeren Bedingungen einen Einfluß auf das SWR haben.

Der Fußpunktwiderstand der Antenne ist ein wichtiger Wert, denn der ist von der Bauart der Antenne abhängig.

Eine Groundplane kann einen Fußpunktwiderstand von 30 Ohm haben, ein gestreckter Dipol um 73 Ohm, ein Faltdipol 240 bis 300 Ohm und eine Lambda-Halbe-Endfed-Antenne von 2450 Ohm.

Und wie kommt die Energie zur Antenne? Ein Koaxkabel für den Amateurfunk, wie wir es oft benutzen, wird mit einer Impedanz von 50 Ohm angegeben. Es gibt auch noch 75 Ohm und andere Werte, die sind aber im Afubereich weniger vertreten oder nur in ganz bestimmten Fällen, in denen sie Sinn machen. An den Kabeln können wir nichts verändern, der Wert ist fix aufgrund seiner Bauart. Auch der Antennenausgang am Transceiver hat in der Regel 50 Ohm. Beides, der Wert vom Kabel und der Wert vom Antennenausgang passen beide nicht zu den oben genannten Antennen. Irgendwie müssen die unterschiedlichen Werte der Antennen auf den Wert des Kabels und des Transceivers gebracht werden. Das ist dann die bekannte „Anpassung“, die man durchführen muss, um die Leistung vom Funkgerät auf die Antenne zu bringen. 

Nehmen wir nun mal die Endfed-Antenne heraus. Wenn wir den Lambda-Halbe-Draht einspeisen wollen, müssen wir die 2450 Ohm über einen Transformator auf 50 Ohm bringen, weil das Kabel als auch der Transceiver auf 50 Ohm ausgelegt sind. Aber der Draht wird ja je nach Aufbauort und Aufbauart auch wieder von der Umgebung beeinflusst, sodass er nicht exakt die 2450 Ohm hat. Es wird sich irgendein Wert um diese 2450 Ohm einstellen. Ebenfalls unterliegen auch die Anpaßtransformatoren Toleranzen durch das Bewickeln und dem Einfluss der direkten Umgebung. Dies hat zur Folge, dass das Gesamtsystem eben nicht mehr bei 100% 50 Ohm arbeitet, sondern einen Wert irgendwo daneben erreicht. Und diese Abweichung hat einen Einfluss auf die Stehwelle.

Plakativ gesprochen, die Leistung, die der Transceiver an die Antenne sendet, kommt nicht vollständig am Draht zur Abstrahlung. Was durch die Einflüsse nicht abgestrahlt wird, wird in Wärme verwandelt oder wieder reflektiert und an den TRX zurückgesendet und dort in Wärme umgesetzt. Und das beeinflusst unsere Stehwelle! Bei geringen Reflektionen stört das prinzipiell nicht, doch diese reflektierte Leistung muss die Endstufe des Transceivers in Wärme umwandeln. Wird das zu viel, regelt der moderne Transceiver die Leistung deutlich herunter und im schlimmsten Fall, ohne eine solche Reduzierung der Leistung, wird die Endstufe überlastet und beschädigt.

Jetzt wollen wir mal sehen, über welche Leistungen wir denn da sprechen, wenn wir unterschiedliche SWR-Werte an unserer Messbrücke ablesen. Diese reflektierte Leistung wird zur gesendeten Leistung ins Verhältnis gebracht und mit dem SWR-Wert ausgedrückt. Damit man nun ein gewisses Gefühl für den Wert bekommt, habe ich mal eine kleine Tabelle aus dem Internet zusammengestellt:

Wir sehen, dass bei einem SWR von 3 ein Viertel der Leistung gar nicht abgestrahlt wird, sondern irgendwo zwischen Antenne und Funkgerät in Wäre verwandelt wird. Bei 5 Watt mag das noch nicht relevant sein, bei 100 Watt kann man sich da aber schon schön die Finger wärmen. Bei einem SWR von 2,0 sind es noch 11% der Leistung, die hier verloren gehen. Klingt immer noch viel, aber das können schon viele Endstufen ab. Bei Werten darunter lohnt es sich kaum, noch Energie zur Verbesserung rein zu stecken, weil eine Gegenstation eine Veränderung der Leistung um unter 10% keine Veränderung am S-Meter sehen kann. Auch die Wärmeentwicklung ist bis 100 Watt Sendeleistung vertretbar. Allerdings muss man sich bei größeren Leistungswerten schon Gedanken machen, die Verluste sicher weg zu bekommen.

Wo ist jetzt der Haken? Klar, wir wollen doch so viel Energie wie möglich abstrahlen! Deshalb achten wir doch so auf das SWR. Und was bedeutet das jetzt für mein Funksignal? Naja, macht euch dazu mal Gedanken. Ein Dummyload hat bestenfalls ein SWR von 1:1. Der sollte aber nicht strahlen, weil alle Energie in Wärme umgewandelt wird. So kann die beste Antenne mit dem besten SWR trotzdem eine schlechte Antenne sein und eine Antenne mit einem SWR von 2,0 deutlich bessere Signale liefern.

Jetzt möchte ich noch folgendes erwähnen:

Wenn wir ein Koaxkabel verwenden, dann hat dieses eine Dämpfung. Und diese Dämpfung macht uns das Leben schwer, verfälscht es doch das SWR, das wir an unserer Messbrücke neben dem TRX ablesen. Die an die Antenne gesendete Leistung wird in vollem Wert am TRX angezeigt. Es kommt aber durch die Dämpfung schon weniger Leistung an der Antenne an. Diese reflektiert wegen ihrer Stehwelle einen Teil der Leistung Richtung TRX, welche aber auf dem Weg dorthin durch das Kabel auch wieder gedämpft wird. So wird die rücklaufende Leistung viel geringer angezeigt, als sie tatsächlich ist! Das bedeutet für das SWR, dass es wesentlich besser angezeigt wird, als es am Fußpunkt ist. Lasst euch also nicht so sehr von diesem Wert beeindrucken, wenn das Kabel verhältnismäßig lang ist, denn dann müsst ihr wirklich am Fußpunkt der Antenne messen, um verwendbare Werte zu erhalten.

Ich hoffe, ich habe etwas Licht in das Geheimnis des SWR gebracht und mit der Tabelle ein wenig das Bauchgefühl gestärkt.

Gruß

Stefan, DL8SFZ