Stehwellenverhältnis

Stehwellen entstehen in Kabeln, wenn diese nicht mit der Kabelimpedanz abgeschlossen sind oder wenn an ein vorhandenes Kabel ein weiteres mit einer abweichenden Impedanz angeschlossen ist.

Entstehung einer Stehwelle an einem Abschluss mit falscher Impedanz

Die im Kabel hinlaufende Welle wird dann am Kabelende oder an der Verbindung zwischen den Kabeln reflektiert und läuft im Kabel zurück. Die rücklaufende Welle beeinträchtigt die hinlaufende mit der sie sich überlagert. Je nach Phasenlage von hin- und rücklaufender Welle können sich beide Wellen zu einer größeren addieren oder zu einer geringeren subtrahieren. Dadurch bilden sich auf dem Kabel in regelmäßigen Abständen Wellenberge und Wellentäler aus. Bei extremer Fehlanpassung, beispielsweise dann, wenn das Kabel am Ende offen oder kurzgeschlossen ist, entsteht eine Totalreflexion die dazu führen kann, dass sich die beiden Wellen zu einer doppelt so großen Welle addieren oder sich gegenseitig auslöschen.

Das Stehwellenverhältnis (VSWR) wird aus dem Verhältnis von maximaler zu minimaler Spannung errechnet. Die maximale Spannung entspricht der Summe aus der hin- und rücklaufenden Spannung, die minimale Spannung wird aus der Differenz von beiden ermittelt.

Bestimmung des Stehwellenverhältnisses (VSWR) mit Spannungsmaxima und -minima

Ist beispielsweise das Kabel mit dem richtigen Wellenwiderstand optimal abgeschlossen und wird der hinlaufenden Welle der Spannungswert "1" zugeordnet, dann hat die rücklaufende Welle, dadurch dass keine Spannung reflektiert wird, den Spannungswert "0". Die Summe beider Spannungswerte bleibt somit "1", die Differenz und das Stehwellenverhältnis ebenfalls. Das Stehwellenverhältnis von "1,00" entspricht also der optimalen Anpassung.

Bei Fehlanpassungen steigt das Stehwellenverhältnis an, bis es bei totaler Fehlanpassung nach unendlich geht.

Zusammenhang zwischen Reflexionsfaktor und VSWR

Das Stehwellenverhältnis kann auch über das Verhältnis der Impedanzen ermittelt werden. Ist beispielsweise ein 75-Ohm-Kabel mit 100 Ohm abgeschlossen, dann ist das Stehwellenverhältnis 100/75 bzw. 1,33.

Als grafische Darstellung für das Stehwellenverhältnis bietet sich die Smith-Chart, die die komplexen Impedanzen und Admittanzen mit ihren realen und imaginären Anteilen darstellt.

Es gibt einen unmittelbaren Bezug zwischen dem Stehwellenverhältnis und dem Reflexionsfaktor sowie der Rückflussdämpfung.