Wenn Sie sich fragen ob es besser ist einen schönen Tag mit Ihrer Frau und den Kinder oder Ihrer Antenne zu verbringen, dann kann dieser Artikel ihnen bei der Entscheidung helfen.
Kein Zweifel, viele von uns haben schon eine Geschichte gehört wie diese: Ich habe eine Antenne für das 40 m Band gebaut aber sie funktionierte nicht. Sie war genau 20 m lang so wie es die Berechnung für einen Dipol vorsieht. Aber das SWR war nur 3:1.
Aus irgendeinem Grund glauben viele Funkamateure, dass ein hohes SWR eine schreckliche Sache ist, die auf eine schwerwiegende Fehlfunktion der Antenne hinweist. Das ist es vielfach auch. Aber man muss es mit Reduzierung auf ein absolutes Minimum als Funkamateur nicht übertreiben. Mit diesem Artikel möchte ich Ihnen zeigen, wie sie die Verluste aufgrund eines schlechten SWR bestimmen können und ob es sich überhaupt lohnt sich darum intensiv zu kümmern.
Leistungs-Verluste
In einem abgestimmten Antennensystem kann die elektrische Energie nur in Form von Hitze verloren gehen. Leistung kann im Ausgangsnetzwerk des Senders, in den Leitern und im Dielektrikum des Speisekabels, in den Drähten der Antenne und in den Objekten im Umfeld der Antenne verloren gehen. Der verbleibende Teil wird von der Antenne abgestrahlt. Stehende Wellen auf dem Antennenkabel sind der Grund für steigende Leistungsverluste auf der Leitung. In extremen Fällen kann die Leistung auch im Antennentuner verloren gehen. Dies kommt dann vor, wenn ein Netzwerk dafür ausgelegt ist um ein hohes SWR anzupassen. Ein hohes SWR auf der Übertragungsleitung wird aber die Abstrahlung der Leitung nicht nennenswert erhöhen.
Die Tab. 1 zeigt für einige gebräuchliche Antennenkabel deren Dämpfung bezogen auf 100 m, unter der Voraussetzung, dass Leistungs-Anpassung vorliegt. Wir setzen voraus, dass sich die Antennenleitung in einem idealen Zustand befindet und nicht durch Witterungseinflüsse oder aufgrund des Alters zusätzliche Verluste aufweist.
Nehmen wir als Beispiel einmal an, dass ein Antennenkabel von 20m Länge mit RG58 C/U eine Antenne bei 21 MHz speist. Bei Leistungs-Anpassung betragen die Verluste dieses Kabels 6,6 dB je 100 m. Um die Dämpfung dieses Kabels bei 20 m Länge zu berechnen multiplizieren wir 6,6 dB mit 0,2. Das ergibt eine Dämpfung von 1,3 dB. Natürlich wird es so sein, dass wir keine perfekte Anpassung zwischen dem Kabel und der eigentlichen Antenne haben. Aber dennoch ist dieser Wert genau genug, um die zusätzlichen Verluste aufgrund der Fehlanpassung hinreichend genau ermitteln zu können.
Bestimmung des SWR
Wenn man das SWR misst, so wird man dies höchstwahrscheinlich am Senderausgang tun. Wenn man den wahren Wert des SWR erhalten möchte, muss man die Messung natürlich am Einspeisepunkt der Antenne vornehmen. Führt man Messung am Senderausgang durch, so wird man eine höhere Leistung der zur Antenne hinlaufenden Welle und einen schwächeren Wert der reflektierten Leistung messen. Diese zwei Faktoren bedingen, dass das wirkliche SWR an der Antenne höher ist als wir es am Senderausgang messen. Je größer die Dämpfung des Antennenkabels ist desto größer ist diese Diskrepanz. Mithilfe der Grafik 1 kann das SWR an der Antenne aus dem gemessenen SWR am Senderausgang bestimmt werden. Dies ist sicherlich bequemer, als wenn man mit dem SWR Meter zum Einspeisepunkt der Antenne klettern muss. Insbesondere dann, wenn der Einspeisepunkt in der Luft hängt.
Nehmen wir an, dass wir bei 21 MHz ein SWR von 2 : 1 an unserer Station messen. Aus der Grafik 1 können wir entnehmen, dass das wahre SWR am Antennenspeisepunkt 2,8 : 1 beträgt. Man muss ein wenig interpolieren, aber es ist auch nicht ganz so wichtig den exakten Wert zu ermitteln. Hört sich doch schlimm an oder? Bei 21 MHz RG 58 C/U zu verwenden muss doch schrecklich sein oder? Aber schauen wir weiter.
Was bedeutet das nun?
Nachdem wir nun das wahre SWR ermittelt haben, können wir uns mit der Frage beschäftigen welche Auswirkungen dies hat. Für das weitere Verständnis sollten wir folgendes festhalten: Wenn die zusätzlichen Verluste, die durch stehende Wellen verursacht werden, kleiner als ein 1 dB sind, dann ist vom praktischen Standpunkt aus betrachtet diese Auswirkung zu vernachlässigen. 1 dB entspricht zwar einem Leistungsverlust von 20 % aber dennoch spielt dies keine Rolle. Denn 1dB ist die kleinste Signaländerung die ein Funkamateur registrieren (heraushören) kann, wenn er bewusst darauf achtet. Man beachte, dass 6 dB Änderung einer S-Stufe entsprechen. Ist die Signaländerung kleiner als 1 dB so ist dies für den Funkbetrieb ohne Belang.
Unter Zuhilfenahme der Grafik 2 können wir die zusätzlichen Verluste, die durch ein schlechtes SWR verursacht werden, ermitteln. Bei einer Kabeldämpfung von 1,3 dB und einem wahren SWR von 2,8 : 1 an der Antenne, betragen die zusätzlichen Verluste aufgrund der Fehlanpassung weniger als 0,6 dB. Dieser Betrag der Dämpfungserhöhung ist, wie wir gerade festgestellt haben für das Hörempfinden des Funkamateurs ohne Bedeutung!
Die Gesamtdämpfung vom Sender bis zur Antenneneinspeisung, also die Summe der Kabeldämpfung und der Zusatzverluste aufgrund des SWR, betragen in diesem System 1,3 dB plus 0,6 dB also zusammen 1,9 dB. Wenn wir das RG 58 C/U Kabel durch ein RG 213 U Kabel mit gleicher Länge ersetzen so verringern sich die Gesamtverluste auf ungefähr 0,8 dB. Ich lade Sie ein, das einmal anhand der vorliegenden Grafiken zu überprüfen. Ob sich diese Investition für eine durch den Funkamateur zwar wahrnehmbare Verbesserung, nun wirklich lohnt, muss jeder für sich selbst entscheiden.
Unter Zuhilfenahme der Tabelle und den beiden Grafiken können einige interessante Erkenntnisse gewonnen werden. Nehmen wir zum Beispiel einmal an, dass wir ein 25 m langes RG 213 Kabel bei 14,0 MHz verwenden wollen. Wie hoch darf dann das SWR, welches am Senderausgang gemessen wird sein, um gerade noch Zusatzverluste aufgrund des SWR in Höhe von 1 dB zu tolerieren? Vollziehen sie es selbst nach und Sie werden sehen dass am Senderausgang noch ein SWR von mehr als 5:1 akzeptiert werden kann. Schaut man nur auf die Zusatzverluste so hat selbst ein 20 m Dipol eine beachtliche Bandbreite bevor sich die Verluste aufgrund des SWR spürbar für den Funkamateur bemerkbar machen. Die nachfolgende Tabelle zeigt einige Beispiel wie sich das SWR und eingeleitete Verbesserungen auswirken.
Zum Schluss möchte ich aber noch erwähnen, dass moderne Transceiver dafür ausgelegt sind, mit einem SWR von 2 : 1 oder geringer zurechtzukommen. Und es gibt einen guten Grund für diese Einschränkung: ein hohes SWR verursacht große Ströme und Spannungen im Ausgangskreis des Senders. Unter bestimmten Voraussetzungen, wie zum Beispiel auch bei hohen Sendeleistungen, kann der Strom so hoch werden, dass Bauteile im Ausgangskreis zerstört werden. Moderne Transceiver regeln daher auch die Ausgangsleistung automatisch bei hohem SWR zurück, damit eben keine Beschädigungen auftreten. Auch aus diesem Grund ist es sicherlich eine gute Idee einen Antennentuner bei hohem SWR zu verwenden, auch wenn dadurch die Zusatzverluste aufgrund eines hohen VSWR nicht reduziert werden.
Ich denke wir haben gesehen, dass man ein schlechtes SWR nicht völlig ignorieren kann, es sich aber auch nicht lohnt, das SWR auf ein absolutes Minimum von 1 : 1 zu reduzieren.