[ Home > 電気製品の EMC/安全適合性 > 用語 ]

電圧定在波比 (VSWR)

伝送線路インピーダンスの不整合があると、 進行波の一部がその点で反射され、逆方向に伝搬する波 (反射波) を生じる。 進行波と反射波は、互いに逆方向に伝搬しながら足し合わされたり打ち消しあったりし、 その振幅に波を生じる。 この波 (定在波) の最大の振幅と最小の振幅の比率を定在波比 (standing wave ratio; SWR) と言い、 特に電圧については電圧定在波比 (voltage standing wave ratio; VSWR) と言う。

例えば、進行波の 20% が反射された (すなわち、反射波の振幅が進行波の振幅の 0.2倍の) 場合、 進行波と反射波が足し合わされる時の振幅は元の進行波の振幅の 1.2倍、 進行波と反射波が打ち消し合う時の振幅は元の進行波の振幅の 0.8倍となり、 その VSWR は 1.2 / 0.8 = 1.5 となる。

一般に、電圧反射係数 (voltage reflection coefficient)、 すなわち進行波の振幅に対する反射波の振幅の比率を Γ とすると、

VSWR = (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|)
となる。 逆に、電圧反射係数の絶対値 |Γ| は、VSWR から、
|Γ| = (VSWR − 1) / (VSWR + 1)
として求められる。 また、線路の 特性インピーダンスZ0、 負荷のインピーダンスZ とすると、 電圧反射係数 Γ は、
Γ = (ZZ0) / (Z + Z0)
によって求められる。

例えば、Z0 = 50Ω、Z = 75Ω の場合、

Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = +0.2
VSWR = (1 + |+0.2|) / (1 − |+0.2|) = 1.2 / 0.8 = 1.5
となる。

また、極端な例として、伝送線路の負荷端が開放の場合を考えると、

Γ = (∞ − Z0) / (∞ + Z0) = +1
VSWR = (1 + |+1|) / (1 − |+1|) = 2 / 0 = ∞
また短絡の場合を考えると、
Γ = (0 − Z0) / (0 + Z0) = −1
VSWR = (1 + |−1|) / (1 − |−1|) = 2 / 0 = ∞
となり、いずれの場合も VSWR は無限大となる。 これは、反射率が 100% の場合 (開放の場合は同相で反射されるため +100%、 短絡の場合は逆相で反射されるため −100% となる)、 進行波と反射波が完全に打ち消しあってゼロとなる箇所が生じるためである (伝送線路が充分に長く、また伝搬損失が無視できると仮定した場合)。

逆に、完全に整合している場合には、反射がなく、振幅は一定となる (減衰は無視して) ので、 その場合の反射率は 0、VSWR は 1.0 となる。

高周波で使用するコネクタ、ケーブル、アッテネータ終端器などは、 使用を意図した周波数範囲での VSWR が規定されていることが多い。 だが、1GHz を超えるような高い周波数においては特に、 僅かなダメージ (コンタクトの変形や汚れ、ケーブルの過度の曲げや押し潰し、など) によって VSWR が著しく悪化し、その特性に悪影響を及ぼすことがあるので、 その取り扱いには注意が必要となる。

インピーダンス整合の程度は、 反射減衰量 (リターン・ロス) によって表現されることもある。

インピーダンス不整合、反射係数、反射減衰量、VSWR

Z0 = 50Ω に対する電圧反射係数、反射減衰量、VSWR
Z (Ω) 電圧反射係数 反射減衰量 (dB) VSWR
0 -1 0
5 -0.8182 1.743 10
10 -0.6667 3.522 5
15 -0.5385 5.377 3.333
20 -0.4286 7.36 2.5
25 -0.3333 9.542 2
30 -0.25 12.04 1.667
35 -0.1765 15.07 1.429
40 -0.1111 19.08 1.25
45 -0.05263 25.58 1.111
50 0 1
60 0.09091 20.83 1.2
70 0.1667 15.56 1.4
80 0.2308 12.74 1.6
90 0.2857 10.88 1.8
100 0.3333 9.542 2
150 0.5 6.021 3
200 0.6 4.437 4
300 0.7143 2.923 6
400 0.7778 2.183 8
500 0.8182 1.743 10
600 0.8462 1.451 12
700 0.8667 1.243 14
800 0.8824 1.087 16
900 0.8947 0.9661 18
1000 0.9048 0.8693 20
1 0


by Tom Sato, 2008-05-18