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VSWRとは?―電波の“流れ”のムダを可視化する指標

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VSWRとは?―電波の“流れ”のムダを可視化する指標

【アンテナ基礎講座】VSWRをわかりやすく解説

このコラムでは、アンテナ用語の中でも感覚的にわかりにくい「VSWR (電圧定在波比)」を、数式を使わずにわかりやすく解説します。

ポイント!

VSWRは電波の「流れのムダ」を見える化する指標です。
値が1に近いほど良く、通信品質向上のためにチェックすることが重要です。

1

VSWRは水道のホースをイメージ

蛇口は信号の発信源(無線機)、ホース部分は同軸ケーブル、先端がアンテナに相当します

VSWRを理解する場合、「水道のホース」をイメージすると分かりやすくなります。

水道ホースのアナロジー

蛇口は信号の発信源(無線機)、ホース部分は同軸ケーブル、先端がアンテナに相当します。

電波とホースの類似点

電波の流れを「水の流れ」に置き換えることで、折れや曲がりがあれば流量がわかるように、電波もロス(反射)が起こるイメージをつかみやすくなります。

水道ホースと同様に、電波の経路にも障害があるとスムーズに通りません。

2

VSWRは電波の「流れのムダ」を見える化する指標

VSWRは流れのムダの指標

VSWRは、この「電波の流れ」におけるムダ(反射)の割合を見える化する指標です。 「どれだけロス(反射)が発生しているか」をチェックするのではなく、どれだけ通り道で電波が押し戻され、それを数値化したものだと考えてください。

VSWRとは具体的には?

日本語では「電圧定在波比」と呼ばれ、アンテナへの入力信号(送った電波)と反射信号(戻ってきた電波)の比率を表します。 電波の流れがスムーズであれば反射が少なく、VSWRの値は低くなります。

実用イメージ

VSWRはアンテナとケーブル間の統合性信号の遅延効率を評価する際に重要な指標です。ケーブルやアンテナの設計・検討時に確認されます。

VSWRは電波の伝送効率を数値化し、通信品質の良し悪しを判断する重要な指標です。

3

VSWRは比率なので単位がない

VSWRは単位無し

VSWRは日本語で電圧定在波比という名前の通り、
比率を表すため、mWやVなどの単位はありません。

VSWRの表記方法

例「VSWR=1.5」と表記します。これは入射波(届いた電波)と反射波(戻って来る電波)の比率を意味し、純粋な数値として考慮されます。

他の無線パラメータとの違い

電力(mW)や電圧(V)などは特定の単位を持ちますが、VSWRは比率のみを表すための単位はありません。

VSWRは単位がない比率であり、数値が小さいほど良いことを示します。

設計アンテナでお困りですか?

VSWRを改善して通信品質を高めたい、アンテナの検討に取り組んでいるなど、どんな細かいことでもお気軽にご相談ください。スタッフ株式会社では、用途や環境に合わせたアンテナ設計・評価のサポートを行っています。

4

VSWRは1が最も良い

VSWRは1が最も良い

VSWR=1というのは、入力した電力のほとんどがアンテナから放射され、反射によるロスがゼロであることを示す理想的な状態です。

1 3 10
理想的な
状態
反射
大きい
0% 25% 67%
VSWR = 1
0%

反射なし(理想状態)

VSWR = 3
25%

中程度の反射

VSWR = 10
67%

反射が非常に大きい

💡

VSWRの値が1から大きくなるほど、「水道のホースが詰まった」ようにエネルギーが無駄になります。数値が1に近いほど「良いアンテナ」と言えるでしょう。

VSWRは1が理想的で、値が大きくなるほど反射が大きく、無駄が多いです。

5

VSWR=1のイメージ

VSWR=1は入れた水が無駄なく出る

ホースの接続がしっかりしていて、途中や曲がり曲がりがなければ、水はスムーズに流れます。 アンテナに代わって、電力をムダなく放射・受信している状態で、反射によるロスはほとんどありません。

VSWR=1とは

実際にはこの状態を完全に実現するのは難しいですが、
可能な限りVSWRを低くすることで、アンテナの効率を高めることができます。

理想的な状態の例

  • アンテナとケーブルの特性が完全に一致
  • コネクタやケーブルの接続が完璧
  • アンテナ周辺に干渉物がない理想的な環境

現実的な目標値

例えばLTEでは広帯域になるため、VSWR=3~4以下を目標に、極めて低いことを目指します。(値は状況により変わります。)

VSWR=1の状態は理想的な電波の流れを意味し、実用上は可能な限り1に重点が目標です。

6

VSWRは1から大きくなる現実

VSWRの実際

コネクタやケーブル(中継経路)のトラブルで電波のロス(反射)が増え、VSWRは上昇してしまいます。

実例:ケーブル長とVSWRの関係

ケーブルが長くなるほど信号の減衰が途中、VSWRの測定値に影響します。例えば、実際のアンテナのVSWRが2.0であっても、ケーブルが長くなると測定値が1.8や1.5に見えることがあります。これは改善ではなく、ケーブルによる減衰です。

注意: ケーブルが長いとVSWRが良く見えることがありますが、実際には信号が弱っているだけで、放射効率が低下しています。

実用上のVSWRは様々な制約で理想値1より大きくなりますが、適切な設計・調整で最小化できます。

7

VSWRグラフは低いほど良い

VSWRのグラフ

このグラフはVSWRを横軸=周波数縦軸=VSWRの値で示したものです。一番下(0ではなく1)に近いほどVSWRが小さく、理想的な状態に近いことを表します。例えば、VSWR =3なら約25%が反射されてしまい、VSWR=10になると約67%が反射されることになります。

VSWRグラフの見方

良いグラフの特徴

  • 使用周波数帯全体でVSWRが低い
  • グラフが比較的平坦で大幅な変化がない
  • 周波数帯の中心で最も低いVSWRを示す

注目すべきポイント

  • 帯域幅の確認
  • 最小VSWRが現れる周波数
  • グラフの傾向(なだらかさ)

VSWRと反射率の対応表

VSWR 反射率(%) 実際にアンテナから放射される電力 (%)
1 0 100
1.5 4 96
2 11 89
3 25 75
6 50 50
10 67 33

VSWRグラフでは、周波数帯域全体で最も低い値(1に近い)になっていることが理想的です。

📚

関連記事

VSWRのまとめ

 
1

VSWRは電波の「流れのムダ」を継続する指標

VSWRは電波の進行における反射の度合いを示す指標です。水道ホースのように、曲がりや曲がりがなければ電波もスムーズに流れ、VSWRの値は低くなります。

2

1が理想的、低いほど良い評価

VSWRは1が理想的で、数値が大きくなるほど反射が多く、ロスが大きくなります。

VSWR改善のチェックポイント
今後統合を確認

統合回路でアンテナの境界を合わせる

物理的な問題を排除する

ケーブルの折れ曲がり、コネクタの緩みがないか

環境的な配慮を考慮

アンテナ周辺の金属物や障害の影響を大事に

IoTアンテナの設計で大切なポイント

IoT用アンテナは、ただ性能の良いものを端末に組み込めば解決というわけではありません。 実際には、サイズの材質や内部構造、搭載する場所、利用周波数帯との統合など、多くの要素がVSWRに影響を与えます。

IoTデバイスのアンテナ設計ポイント

1

まずは統合の重要性

正しく正しい統合を行うことで、VSWRを低減し、通信効率と信頼性が向上します。 アンテナと給電回路の設計時に重視すべきポイントです。

2

筐体との相互作用

特に小型IoT機器では、筐体やPCB基板、内部コンポーネントとアンテナの相互作用が大きく、実機でのVSWR測定とチューニングが必要ありません。

3

設置環境を考慮した設計

実際の使用環境(金属面への取り付け、据え込み、様々な設置角度など)を想定し、それらの条件下であってもVSWRが許容範囲内に収まるように設計する必要があります。

4

サイズと性能のバランス

小型化と性能は相対的に要求されますが、適切な設計と実装で両立が可能です。特に低周波(サブGHz帯)のIoT機器では、効率的なアンテナ設計が鍵となります。

正しい手順でアンテナを検討・配置し、統合調整を行うことが、通信品質向上や省電力化において非常に重要です。「アンテナをどこにどう組み込むか?」は製品開発の大きな課題でもあります。

、IoT 端末へのアンテナ組み込みや VSWR の最適化にチャレンジしてみたい方は、ぜひスタッフ株式会社へお気軽にお問い合わせください。豊富な経験を踏まえ、最適なアンテナ設計や検討、ケーブル構成などをサポートいたします。

オリジナルアンテナの組み込みヒント

続きはアンテナの組み込み方をわかりやすくまとめた資料を配布中です。詳しくは下記のページをご確認下さい。

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これにより、アンテナを組み込む際に安心して市場にリリースできるように、利得を測定し、電波法範囲に定められるように調整が可能です。

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平日 9:00〜12:15、13:00〜17:30

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  • 通信距離・品質向上のご提案

そのような技術サポートが必要な場合は、当社の窓口またはお取引のある商社様までお問い合わせください。

私たちは、お客様の無線端末におけるアンテナの組み込みや性能最適化を支援し、より高性能な無線通信を実現します。

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