홍라이프 계산기VSWR·반사 손실·반사 계수 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
안테나나 증폭기 입력 같은 부하의 임피던스가 급전 선로와 맞지 않으면 신호의 일부가 되돌아옵니다. 이 계산기는 그 부정합 정도를 데이터시트와 분석기 화면에서 쓰는 다섯 가지 방식, 즉 반사 계수, 전압 정재파비(VSWR), 반사 손실, 부정합 손실, 반사 전력 비율로 나타냅니다.
계산 방법
- 반사 계수: |Γ| = |(Z_L − Z₀) / (Z_L + Z₀)|이며 0(완전 정합)부터 1(전반사)까지입니다.
- VSWR: (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|)이며 1 이상입니다.
- 반사 손실: RL = −20 log₁₀|Γ| dB로, 클수록 좋습니다.
- 부정합 손실: ML = −10 log₁₀(1 − |Γ|²) dB로, 부하에 전달되는 전력의 감소분입니다.
- 반사 전력: |Γ|² × 100%입니다.
Z_L은 부하 임피던스, Z₀는 선로 임피던스(Ω)이며 이 계산기는 저항성(실수) 값만 다룹니다.
원리
선로를 진행하는 파동은 전압과 전류의 비가 Z₀여야 하지만, 부하 끝에서는 Z_L에 대한 옴의 법칙을 따라야 합니다. 두 값이 다르면 두 조건을 동시에 만족하기 위해 입사파의 Γ배인 반사파가 생깁니다. 입사파와 반사파는 곳에 따라 보강되거나 상쇄되어 정재파를 만들고, VSWR은 선로 위 전압 최댓값과 최솟값의 비입니다. 전력은 전압의 제곱에 비례하므로 반사 전력은 |Γ|²이고, 전압비인 반사 손실에는 20 log를 씁니다.
예제 풀이
- Γ = (75 − 50) / (75 + 50) = 25 / 125 = 0.2입니다.
- VSWR = 1.2 / 0.8 = 1.5입니다.
- 반사 손실 = −20 log₁₀(0.2) ≈ 13.98 dB입니다.
- 반사 전력 = 0.2² = 4%입니다.
- 부정합 손실 = −10 log₁₀(1 − 0.04) ≈ 0.177 dB입니다.
| 선로 임피던스 (Ω) | VSWR |
|---|---|
| 12.5 | 6 |
| 25 | 3 |
| 37.5 | 2 |
| 50 | 1.5 |
| 62.5 | 1.2 |
| 75 | 1 |
| 100 | 1.333333333 |
결과 해석
VSWR 1.5(반사 손실 약 14 dB)는 대부분의 용도에서 양호한 정합입니다. VSWR 2.0은 |Γ| = 0.333, 반사 손실 9.54 dB, 반사 전력 약 11%, 부정합 손실 0.51 dB로 안테나의 흔한 합격 기준입니다. 약 3:1을 넘으면 많은 송신기가 보호를 위해 출력을 줄입니다. 부하가 너무 커도, 너무 작아도 같은 VSWR이 나온다는 점에 유의하십시오. 50 Ω 선로에서 25 Ω과 100 Ω은 모두 2:1입니다.
흔한 실수
- 반사 손실을 음수로 읽는 경우(관례상 양수이고 S11은 같은 값에 음의 부호를 붙입니다)
- 반사 전력 4%가 모두 열로 사라진다고 생각하는 경우
- 리액턴스 성분을 무시하는 경우(복소 부하는 복소 Γ가 필요합니다)
- 손실이 큰 케이블의 송신기 쪽에서 측정해 안테나가 실제보다 좋아 보이는 경우
자주 묻는 질문
안테나 VSWR은 얼마면 괜찮나요?
1.5 미만이면 매우 좋고 2.0 미만이면 대체로 합격이며, 3.0을 넘으면 보통 조정이 필요합니다.
반사 손실을 VSWR로 어떻게 바꾸나요?
|Γ| = 10^(−RL/20)을 구한 뒤 VSWR 식에 넣습니다. 20 dB이면 |Γ| = 0.1, VSWR 1.22입니다.
출처: Pozar, Microwave Engineering, 전송 선로 이론 장 · The ARRL Handbook for Radio Communications, 전송 선로 장