SWR-Kurven richtig lesen: Bandbreite, Messort und Verschiebung

Keine Breite ohne Schwelle

Lässt du den Analysator über ein Band laufen, zeichnet er das SWR über der Frequenz. Wie scharf die Kurve ist, folgt aus der Güte der Antenne (Modul 2, Lektion 1). Hier geht es darum, sie richtig abzulesen.

Die nutzbare Bandbreite ist der Frequenzbereich zwischen den beiden Stellen, an denen die Kurve eine gewählte SWR-Schwelle kreuzt. Üblich ist SWR 2, bezogen auf die Kurve am Speisepunkt^[1]. Die Schwelle ist eine Vereinbarung und keine Eigenschaft der Antenne. Sie beschreibt, was deine Station verträgt. Der eingebaute Tuner eines IC-7300 etwa passt Lasten mit einem SWR unter 3 an (Modul 5, Lektion 4). Eine Bandbreite ist deshalb ohne Schwelle unvollständig.

Beim Dipol aus 1 mm Draht im freien Raum aus der Grafik unten sind es in einer 12db-Simulation mit NEC-2 bis SWR 1,5 rund 140 kHz, bis SWR 2 rund 625 kHz und bis SWR 3 rund 1,15 MHz.

So liest du die Breite ab:

1. Lege die Schwelle fest und zieh sie als waagerechte Linie durch das Diagramm.
2. Suche die beiden Frequenzen, an denen die Kurve diese Linie kreuzt, unterhalb und oberhalb des Minimums.
3. Ihr Abstand ist die Breite.

Zwei Kurven mit dem Minimum an derselben Stelle können an der Schwelle verschieden breit sein.

Die Höhe des Minimums wirkt aber mit. Derselbe Dipol hat in der Simulation bei Resonanz rund 74 Ω, beginnt an 50 Ω also schon bei SWR 1,47 und erreicht die 2 früher. Bis 1,5 bleibt deshalb wenig Luft, daher die schmalen 140 kHz. Bezogen auf seinen eigenen Resonanzwiderstand ist er rund 910 kHz breit, an 50 Ω rund 625 kHz, gut zwei Drittel davon. Eine Faustregel aus einem Fachbeitrag setzt diesen Anteil etwa gleich dem Kehrwert des kleinsten SWR^[2], hier 1/1,47 oder rund 68 % (12db-Rechnung).

Am selben Ort vergleichen

Ein dämpfendes Kabel lässt das SWR am Funkgerät kleiner erscheinen als am Speisepunkt, denn die Rückflussdämpfung ist dort um die doppelte Kabeldämpfung größer (Modul 5, Lektion 2). Das gilt für jede Frequenz der Kurve. Am Funkgerät liegt die ganze Kurve tiefer und flacher und kreuzt die Schwelle weiter außen. Die Bandbreite wirkt größer^[2].

30 m RG-58 (Belden 8240) dämpfen auf 14,2 MHz rund 1,3 dB (12db-Rechnung, zwischen den Datenblattwerten interpoliert^[4]). Damit liegt der Dipol am Speisepunkt über rund 625 kHz unter SWR 2, am Funkgerät über rund 980 kHz. Die Antenne ist dieselbe.

Willst du eine Kurve aus dem Shack mit einer vom Speisepunkt vergleichen, rechne die Schwelle um. SWR 2 entspricht einer Rückflussdämpfung von 9,5 dB. Am Funkgerät kommen zweimal 1,3 dB dazu, zusammen rund 12,1 dB:

$$|\Gamma| = 10^{-12{,}1/20} \approx 0{,}25 \qquad \text{SWR} = \frac{1 + 0{,}25}{1 - 0{,}25} \approx 1{,}66$$

Im Exponenten steht 20 und nicht 10, denn die Rückflussdämpfung beschreibt Leistung, also $|\Gamma|^2$. Mit 10 käme eine zu strenge Schwelle und damit eine zu kleine Breite heraus. An der Schwelle 1,66 abgelesen, ergibt die Kurve aus dem Shack wieder die Breite am Speisepunkt.

Welche Kurve zählt, hängt an der Frage. Für die Antenne selbst zählt der Speisepunkt. Für das Funkgerät und seinen eingebauten Tuner zählt das SWR an der Buchse des Geräts. Der breitere Bereich dort ist nutzbar, wenn du die Verluste im Kabel in Kauf nimmst^[2].

Wirk- und Blindanteil am Kabelanfang ändern sich zusätzlich mit der Kabellänge, das zeigt Lektion 3.

Wenn die Kurve wandert

Nach einem Umbau liegt das SWR-Minimum woanders. Daraus folgt noch nicht, dass sich die Resonanz verschoben hat, denn das Minimum des SWR an 50 Ω und der Nulldurchgang des Blindanteils sind zwei Kriterien (Lektion 1). Die Kurve kann deshalb aus zwei Gründen wandern:

• Verschobene Resonanz: Der Nulldurchgang von $X$ liegt bei einer anderen Frequenz, etwa weil Länge oder Umgebung sich geändert haben.
• Geänderte Anpassung: Der Nulldurchgang bleibt fast, wo er war, aber $R$ hat dort einen anderen Wert. Auch dann wandert das SWR-Minimum, und es wird höher oder tiefer.

Beides kann zugleich auftreten. Mit der Aufbauhöhe ändern sich die resonante Länge, unterhalb einer halben Wellenlänge stärker als darüber^[3], und der Widerstand bei Resonanz. In einer 12db-Simulation mit NEC-2 über mittlerem Boden weicht die resonante Länge eines 20-m-Dipols zwischen 2,6 und 21 m Höhe (1/8 bis 1 Wellenlänge) um bis zu 1,3 % vom Wert im freien Raum ab, der Widerstand bei Resonanz liegt je nach Höhe zwischen rund 56 und 87 Ω.

In einer vereinfachten 12db-Rechnung über ideal leitendem Boden ist ein Dipol aus 2 mm Draht in 10,5 m Höhe auf 14,2 MHz abgeglichen. Auf 5,5 m abgesenkt, geht $X$ schon bei rund 13,75 MHz durch null, $R$ steigt dort von rund 66 auf 77 Ω. NEC-2 gibt für beide Höhen einige Ohm mehr, an der Aussage ändert das nichts. Hier hat sich die Resonanz verschoben.

Im selben Modell gibt es andere Höhen, bei denen sich der Nulldurchgang kaum bewegt, während sich $R$ stark ändert und das Minimum trotzdem wandert. Über echtem Boden fallen die Zahlen anders aus.

Welcher Fall vorliegt, zeigen dir $R$ und $X$ über der Frequenz, vorher und nachher am selben Ort gemessen, mit derselben Kalibrierung und demselben Kabelstück. Das SWR reicht dafür nicht.

Hat sich der Nulldurchgang bewegt, korrigierst du die Länge (Modul 1, Lektion 3). Liegt er noch auf deiner Frequenz und $R$ ist ein anderer, schiebt Kürzen vor allem die Resonanz weg und ändert an $R$ wenig. Dann nimmst du das höhere SWR hin oder setzt ein Anpassnetzwerk ein (Modul 5, Lektion 4).

Andere Werte trennen die beiden Fälle nicht:

• Der Betrag der Impedanz $|Z| = \sqrt{R^2 + X^2}$ vermischt beide Anteile. Rund 92 Ω können $92 + j0\ \Omega$ sein, an 50 Ω SWR 1,84, oder $50 + j77\ \Omega$ mit SWR 4,1 (12db-Rechnung). Sein kleinster Wert liegt neben dem Nulldurchgang, sobald $R$ sich mit der Frequenz ändert.
• Die Mitte des Bereichs unter SWR 2 kommt aus dem SWR und wandert wie das Minimum.