Eerder verschenen in het septembernummer van de nieuwsbrief van de Veron afdeling A28.
Het zal iedereen wel eens opgevallen zijn. Als je de SWR van een antenne weet, bijvoorbeeld uit de specificaties of door meting, blijkt dat wanneer je die antenne aansluit op je transceiver er doodleuk een veel kleinere waarde wordt weergegeven. Beter dan andersom natuurlijk, maar toch begon ik me zo langzamerhand af te vragen wat daar nou de verklaring voor was. Het fenomeen lijkt af te hangen van de lengte van de voedingskabel. Maar niet altijd. Soms is de gemeten SWR kleiner naarmate je een langere kabel gebruikt maar soms ook weer niet. Een beetje mysterieus eigenlijk. Alleen bij praktisch perfect aangepaste belasting zie je het effect natuurlijk niet: een SWR van 1 kan gewoon niet nog meer 1 worden.
Ik had wel een paar ideeën over die afnemende SWR maar kon toch niet zo snel een manier vinden om dat helder te krijgen. Ja, je kunt het allemaal uitrekenen maar daar zag ik tegenop. Dan ga je natuurlijk op het internet zoeken. Dat had ik al een paar keer gedaan en dat leidde alleen maar tot een verzameling onzin. En tegenwoordig is er dan ook nog een AI-papegaai die een samenvatting van de meest populaire websites geeft. Tja, dat is zo mogelijk nog grotere onzin.
Studieboek
Maar op een gegeven moment zag ik een plaatje, zo ongeveer als de blauwe lijn in figuur 1, dat mij er op wees dat ik naar een wat ouder studieboek moest gaan kijken. Het heet toepasselijk Transmission Lines en is geschreven door Robert A. Chipman. Het boek is in 1966 uitgegeven in de serie Schaum’s Outline Series. Diegenen die de serie kennen weten dat het naast goed lesmateriaal ook een heleboel uitgewerkte en niet-uitgewerkte opgaven bevat om de stof te oefenen. Ideale leerboeken dus.
In dat boek vond ik in de tekst rond figuur 8-11 de verklaring voor het fenomeen: de heengaande golf is bij de belasting al gedempt en dan wordt na reflectie nog eens gedempt door de kabel. Om dat na te gaan zit er inderdaad niets anders op dan het effect van de transmissielijn tussen antenne en transceiver gewoon te berekenen. En dan niet het relatief eenvoudige, ideale geval maar de situatie waarbij demping een rol speelt. Op een regenachtige zondagmorgen ben ik dan toch maar aan de gang gegaan en dat leidde in ieder geval tot de blauwe lijn in figuur 1. Ik gebruikte voor die berekening overigens de Telegraphers Equations. Op de horizontale as staat de afstand tussen de antenne en de meter. Op de verticale as de berekende waarde voor de SWR. Bij minimale demping loopt de lijn praktisch horizontaal en bij sterke demping kruipt de lijn al snel naar de 1. De afname van de SWR heeft dus inderdaad te maken met de demping van de voedingskabel.
Terwijl ik tevreden naar mijn resultaat keek bedacht ik mij opeens, dat ik een vergelijkbaar plaatje had gezien in een bijdrage van Owen VK2OMD in het QRZ-forum. Met dat verschil dat hij ook een slingerende lijn tekende, zoals de rode lijn in figuur 1. Hij noemde dat het gevolg van het feit dat de SWR-meter afgestemd was op 50 Ohm. Op dat forum werd toen verder gezanikt over die 50 Ohm als standaard maar dat interesseerde me niet.
Sontheimerbrug
Ik besloot eens goed te kijken hoe een SWR-meter werkt. Ik had al eens met een Sontheimer-brug gewerkt, zie de Electron van oktober 2024 en figuur 2. De Sontheimerbrug splitst het signaal van een transceiver (TX) naar de antenne (ANT) in een voorwaarts (FWD) en een gereflecteerd signaal (RFL) op voorwaarde dat de laatste twee aansluitingen met 50 Ohm worden belast. Nu ging het er specifiek om te kijken waar een van 50 Ohm afwijkende karakteristieke impedantie van de voedingskabel een rol speelt. Dat geeft wat rekenwerk maar de regen was nog niet opgehouden dus er was tijd genoeg om dat dan ook maar aan te pakken. En die berekening leidde inderdaad tot de rode slingerende lijn in figuur 2. Die slingeringen zijn het gevolg van het feit dat in het FWD-kanaal van de brug ook een beetje van het RFL-signaal komt en omgekeerd. Je ziet dus eigenlijk een beetje van de staande golf op de kabel. Alleen bij een precieze aanpassing van de impedantie van die kanalen aan de karakteristieke kabelimpedantie verdwijnen de slingeringen en blijft de blauwe lijn over.
Conclusie
Samenvattend zijn er dus twee eigenschappen van de voedingskabel die de SWR beïnvloeden. In de eerste plaats de demping, en daarmee de kabellengte Dit geeft een gelijkmatige afname van de SWR (blauwe lijn in figuur 1). Lex PA1DRP wees me er overigens op dat het effect bij professionals bekend staat onder de naam VSWR masking. Er is zelfs een online calculator, waarmee je voor jouw situatie het effect kan berekenen.
In de tweede plaats een karakteristieke impedantie die afwijkt van 50 Ohm. Wat die laatste betreft kun je – met wat moeite – bij de specificaties wel informatie hierover vinden. Zo is Z0 = 50.00-j0.22 Ω voor RG58A/U @ 100MHz en Zo = 50.29-j5.31 Ω voor 250 kHz. In het HF-gebied is er dus een behoorlijke capacitieve component in de karakteristieke impedantie die de oscillaties in de SWR bewerkstelligt.
Voor de duidelijkheid, de inwendige impedantie van de zender heeft niets met de SWR te maken. Als de belasting- en kabelimpedantie daarvan afwijken resulteert dat alleen in een lager afgegeven vermogen. Het probleem voor zenders is dan dat de afgegeven stroom of spanning veel te groot wordt met als gevolg overbelasting van de eindtrap.
Met dank aan Lex PA1DRP voor het doornemen van het manuscript.