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VSWR & リターンロス計算ツール

VSWR、リターンロス、反射係数、ミスマッチ損失、反射/送信電力パーセンテージを変換して、RFインピーダンスマッチングを行います。

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公式

VSWR=1+∣Γ∣1−∣Γ∣,RL=−20log⁡10∣Γ∣\text{VSWR} = \frac{1+|\Gamma|}{1-|\Gamma|}, \quad RL = -20\log_{10}|\Gamma|

参考: Pozar, "Microwave Engineering" 4th ed., Chapter 2

|Γ| — Magnitude of reflection coefficient
VSWR — Voltage Standing Wave Ratio (:1)
RL — Return Loss (dB)

仕組み

電圧定在波比（VSWR）は、伝送線路と接続部品間の信号反射と電力伝達効率を定量化するRFシステム設計における重要なパラメータです。これは伝送線路における最大電圧振幅と最小電圧振幅の比率を表し、インピーダンスのミスマッチを示します。反射係数 (Γ) は、インピーダンスの不連続性によって反射されて戻ってくる入射電力の割合を表します。伝送線路の特性インピーダンスが負荷インピーダンスと異なる場合、信号エネルギーの一部が反射し、定在波が発生して信号が劣化する可能性があります。リターン・ロスはこれらの反射をデシベル単位で測定するので、システム・マッチングの品質を把握できます。VSWR 値が低い (1 に近い) ほどインピーダンスマッチングが良くなり、RF 回路、アンテナ、通信システムにおける信号損失や潜在的なシグナルインテグリティの問題が最小限に抑えられます。

計算例

VSWRが1.5のアンテナシステムを備えたワイヤレス通信システムを考えてみましょう。反射係数、リターンロス、ミスマッチロスを計算します。まず、反射係数 Γ= (1.5-1)/(1.5+ 1) = 0.2 を計算します。次に、リターンロスを計算します。リターンロス = -20·log10 (0.2) = 14 dB。最後に、ミスマッチロスを求めます。ミスマッチロス = -10·log10 (1-0.2²) = 0.4 dB。これらの計算から中程度のインピーダンス・ミスマッチが明らかになり、この RF システムにおける信号伝達特性は許容範囲内ではあるが理想的ではないことが示唆されます。

実践的なヒント

  • ✓包括的なインピーダンスの特性評価にはベクトル・ネットワーク・アナライザを使用
  • ✓RF マッチングネットワークを設計する際は、環境要因を考慮してください
  • ✓スタブチューニングやトランスネットワークなどのインピーダンスマッチング技術を実装

よくある間違い

  • ✗実際のシステムでは、VSWR が 1 であれば常に達成可能であると仮定します。
  • ✗インピーダンスマッチングにおける温度と周波数の変動を無視する
  • ✗周波数範囲を考慮しないシングルポイントVSWR測定の使用

よくある質問

一般に、2:1 未満のVSWRは、ほとんどのRFアプリケーションに適していると考えられます。クリティカルなシステムでは、1. 5:1 またはそれ以上の低い値が必要になることがあります。
VSWRが高いほど信号の反射が大きくなり、電力伝達効率が低下し、信号の歪みや機器の損傷を引き起こす可能性があります。
はい、インピーダンスマッチングとVSWRは周波数に依存するため、RF設計ではブロードバンドマッチングが困難です。
伝送ライン、コネクタ、アンテナ間のインピーダンスのミスマッチ、または特性インピーダンスの急激な変化により、VSWRが高くなる可能性があります。
リターンロスは通常、反射信号と入射信号のパワー比を表す負のデシベル値として表されます。

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