SWR 미터

정재파비 측정기(영어: standing wave ratio meter), SWR 미터(영어: SWR meter), ISWR 미터(영어: ISWR meter, 전류 "I" SWR), 또는 VSWR 미터(영어: VSWR meter, 전압 SWR)는 전송선로의 정재파비 (SWR)를 측정한다.^[a] 이 측정기는 전송선로와 부하(일반적으로 안테나) 사이의 불일치 정도를 간접적으로 측정한다. 전자 기술자들은 이를 사용하여 무선 송신기와 안테나, 급전선을 임피던스 매칭시켜 제대로 작동하도록 조정하고, 다른 임피던스 매칭 노력의 효과를 평가한다.

시민 밴드 라디오 장비용 SWR 미터

지향성 SWR 미터

지향성 SWR 미터는 지향성 결합기를 사용하여 순방향 및 반사파의 크기를 각각 개별적으로 감지하여 측정한다. 그 후 계산을 통해 SWR을 산출한다.

간단한 지향성 SWR 미터

위 다이어그램에서 송신기(TX)와 안테나(ANT) 단자는 내부 전송선로를 통해 연결된다. 이 주선은 두 개의 작은 감지선(지향성 결합기)과 전자기적으로 결합된다. 이 감지선들은 한쪽 끝에는 저항으로, 다른 쪽 끝에는 다이오드 정류기로 종단되어 있다. 일부 측정기는 세 개의 평행 트레이스를 가진 인쇄 회로 기판을 사용하여 전송선로와 두 개의 감지선을 만든다. 저항은 감지선의 특성 온저항과 일치한다. 다이오드는 순방향 및 역방향 파동의 크기를 각각 FWD 및 REV 단자에 DC 전압으로 변환하며, 이 전압은 커패시터에 의해 평활화된다.^{[1](p. 27‑21)} FWD 및 REV 단자에 연결된 측정기 또는 증폭기(표시되지 않음)는 필요한 드레인 저항 역할을 하며, 측정기 판독값의 체류 시간을 결정한다.

SWR 미터 내부 모습. 세 개의 평행 결합선이 보인다. 다이오드, 커패시터, 종단 저항은 감지선 끝에 장착되어 있다.

SWR을 계산하려면 먼저 반사 계수를 계산한다:

${\displaystyle \Gamma ={\frac {V_{rev}}{\;V_{fwd}\;}}}$

(전압은 상대 위상 계수를 포함해야 한다).

그런 다음 SWR을 계산한다:

${\displaystyle {\mathsf {SWR}}={\frac {1+|\Gamma |}{1-|\Gamma |}}~.}$

수동 측정기에서는 일반적으로 비선형 눈금으로 표시된다.

무선 통신사의 SWR 미터

수십 년 동안^[2][3] 무선 통신사들은 간단한 튜닝 및 진단 도구로 SWR 미터를 제작하고 사용해 왔다. 차폐가 손상된 경우, 충분히 가깝게 배치된 한 쌍의 동축 케이블 또는 트윈 라인 전송선로는 누화를 겪는다. 구동선에서 이동하는 파동은 측정선에 파동을 유도한다. 평행하게 배치된(직선 또는 느슨하게 감긴) 구동파는 같은 방향 또는 반대 방향으로 유도된 파동을 강화하거나 상쇄시킨다. 케이블 쌍이 반파장을 초과하면 상쇄가 완료되고, 정합된 종단에서 소산되는 전력은 순방향 및 반사 전력에 대략 비례한다.

이 근사는 누화가 약해지고 고조파 수가 증가할수록 향상된다. 시간이 지남에 따라 비선형 고이득 증폭기가 비선형 전기 기계식 운동(이전에는 백열전구)을 대체하여 누화를 줄이고 선형 주파수 범위를 개선했다.

최소 이상의 모든 주파수가 기여하기 때문에 측정된 비율은 단일 주파수 품질 측정값이며, 실제 SWR뿐만 아니라 의도하지 않은 고조파 및 스퓨리어스 방출과 함께 증가한다. 비유적으로 말하면, 측정 케이블은 더러운 방출로 인해 간섭을 받을 수 있는 모든 무선 수신기를 나타내는 광석 라디오 (비식별 수신기)이다. SWR 미터라고 불리지만, 낮은 측정 비율은 양호한 매칭뿐만 아니라 과도한 고조파나 스퓨리어스(채널 외) 전력 없이 깨끗한 A3, F3 또는 G3 방출을 나타낸다.

SWR 브리지

SWR은 임피던스 브리지를 사용하여 측정할 수도 있다. 브리지는 테스트 임피던스가 기준 임피던스와 정확히 일치할 때만 균형이 잡힌다(검출기 전체에 0V). 전송선로가 부정합되면(SWR > 1:1) 입력 임피던스가 특성 임피던스에서 벗어난다. 따라서 브리지를 사용하여 낮은 SWR의 존재 여부를 결정할 수 있다.

정합 여부를 테스트하기 위해 브리지의 기준 임피던스는 예상 부하 임피던스(예: 50옴)로 설정되고, 전송선로는 미지의 임피던스로 연결된다. 무선주파수 전력이 회로에 인가된다. 선 입력의 전압은 순방향파와 부하에서 반사된 파의 벡터 합을 나타낸다. 선의 특성 임피던스가 50옴이라는 것을 알면 순방향파의 크기와 위상을 알 수 있다. 이것은 검출기의 반대편에 존재하는 동일한 파동이다. 선 입력의 파동에서 이 알려진 파동을 빼면 반사파가 나온다. 적절히 설계된 브리지 회로는 정합을 나타낼 뿐만 아니라 불일치 정도도 나타낼 수 있어 SWR을 계산할 수 있다. 이는 일반적으로 기준파와 반사파를 전력계에 교대로 연결하고 결과 편향의 크기를 비교하는 것을 포함한다.^{[1](p. 27‑03)}

한계

SWR 미터는 부하의 실제 임피던스(저항 및 리액턴스)를 측정하는 것이 아니라 불일치 비율만 측정한다. 실제 임피던스를 측정하려면 안테나 분석기 또는 이와 유사한 다른 RF 측정 장치가 필요하다. 정확한 판독을 위해서는 SWR 미터 자체도 선의 임피던스(일반적으로 50 또는 75옴)와 일치해야 한다. 여러 임피던스를 수용하기 위해 일부 SWR 미터에는 감지선에 적합한 임피던스를 선택하는 스위치가 있다.

SWR 미터는 안테나에 가능한 한 가깝게 선에 연결해야 한다. 모든 실용적인 전송선로에는 일정량의 손실이 있어 반사파가 선을 따라 되돌아올 때 감쇠시킨다. 따라서 SWR은 부하에 가장 가까울 때 가장 높으며, 부하로부터의 거리가 멀어질수록 개선되어 정합된 시스템이라는 잘못된 인상을 준다.^{[1](p. 28‑07)}

내용주

1. ISWR(전류 정재파비) 및 VSWR(전압 정재파비)이라는 용어는 측정 방법을 강조하기 위해 사용되기도 하지만, 측정 오류가 없는 한 두 숫자는 동일하다. 잘못된 정밀도를 피하기 위해 신중한 용어인 SWR이 선호된다.^[1]