VSWR·Return Loss 해석

안테나, RF 케이블, 커넥터, 필터 등의 데이터시트를 보면 VSWR 1.5:1 이하, Return Loss 14 dB 이상 같은 표현을 자주 볼 수 있습니다. 두 값은 모두 신호가 얼마나 잘 전달되고, 얼마나 적게 반사되는지를 보여주는 지표입니다.

차이는 표현 방식입니다. VSWR은 비율, Return Loss는 dB로 나타냅니다.

VSWR이란?

VSWR은 Voltage Standing Wave Ratio, 즉 전압 정재파비입니다.

전송선로와 부하의 임피던스가 완벽하게 일치하면 반사되는 신호가 거의 없고 VSWR은 1:1에 가까워집니다.

반대로 임피던스가 맞지 않으면 신호 일부가 되돌아오면서 정재파가 발생하고 VSWR 값이 커집니다.

따라서 일반적으로는

VSWR이 1에 가까울수록 임피던스 정합이 좋다

고 이해하면 됩니다.

Return Loss란?

Return Loss는 입사한 신호에 비해 얼마나 적은 신호가 반사되어 돌아오는지를 dB로 나타낸 값입니다.

계산식은 다음과 같습니다.

Return Loss = -20 log₁₀|Γ|

여기서 Γ는 반사계수(Reflection Coefficient)입니다. Keysight는 Return Loss가 클수록 반사되는 전력이 적고 임피던스 정합이 더 좋다고 설명합니다.

즉 Return Loss는 VSWR과 반대로

숫자가 클수록 좋습니다.

VSWR과 Return Loss의 관계

두 값은 반사계수를 통해 서로 변환할 수 있습니다.

VSWR = (1 + |Γ|) ÷ (1 – |Γ|)

Return Loss = -20 log₁₀|Γ|

대표적인 관계를 보면 다음과 같습니다.

VSWR	Return Loss	반사계수
1.1:1	약 26 dB	약 0.05
1.2:1	약 20.8 dB	약 0.091
1.5:1	약 14 dB	0.20
2.0:1	약 9.5 dB	약 0.33
3.0:1	약 6 dB	0.50

예를 들어 안테나 데이터시트에

VSWR ≤ 1.5

라고 적혀 있다면 해당 조건에서 Return Loss가 대략 14 dB 이상인 상태로 이해할 수 있습니다.

반사되는 전력은 얼마나 될까?

반사계수의 제곱은 반사전력의 비율과 관련됩니다.

예를 들어 VSWR이 1.5:1이라면 반사계수는 약 0.2입니다.

따라서 반사전력 비율은

0.2² = 0.04

즉 약 4% 수준입니다.

반대로 약 96%의 전력이 부하 방향으로 전달되는 조건이라고 단순화해 볼 수 있습니다.

VSWR 2:1에서는 반사계수가 약 0.333이므로 반사전력은 약 11% 수준으로 증가합니다.

따라서 VSWR 차이가 작아 보여도 RF 시스템에서는 반사전력에 의미 있는 차이가 생길 수 있습니다.

VSWR 1.0이면 가장 좋은 것일까?

이론적으로는 맞습니다.

VSWR 1:1은 반사가 전혀 없는 완벽한 정합상태를 의미하며 Return Loss는 이론적으로 무한대가 됩니다. 반대로 완전한 반사가 발생하면 Return Loss는 0 dB에 가까워집니다.

하지만 실제 RF 시스템에서는 커넥터, 케이블, PCB 패턴, 안테나 등 여러 요소가 영향을 주기 때문에 모든 주파수에서 정확히 1.0을 유지하기는 어렵습니다.

그래서 실제 제품에서는

VSWR ≤ 1.5

또는

Return Loss ≥ 14 dB

처럼 허용 기준을 설정하는 경우가 많습니다.

주파수 조건을 반드시 확인해야 한다

VSWR이나 Return Loss를 볼 때 숫자 하나만 보는 것은 부족합니다.

예를 들어 안테나 사양이

VSWR ≤ 1.5 @ 2.4~2.5 GHz

라고 표시되어 있다면, VSWR 1.5 이하라는 조건이 2.4~2.5GHz 대역에서 적용된다는 의미입니다.

다른 주파수에서는 값이 달라질 수 있습니다.

따라서 데이터시트에서는 다음을 함께 확인하는 것이 좋습니다.

• 사용 주파수 대역
• VSWR
• Return Loss
• 기준 임피던스
• 커넥터와 케이블 조건
• 측정 기준면

S11과 Return Loss는 어떤 관계일까?

VNA(Vector Network Analyzer) 측정에서는 S11이라는 값을 자주 봅니다.

S11은 입력 포트로 들어간 신호 중 얼마가 다시 입력 쪽으로 반사되는지를 나타내는 복소 반사계수입니다. Keysight는 2포트 네트워크에서 S11을 입력 반사계수, S22를 출력 반사계수로 설명합니다.

예를 들어 VNA 화면에서

S11 = -20 dB

라고 표시된다면 흔히 Return Loss는 20 dB라고 표현합니다.

즉 실무에서는

S11 = -20 dB

와

Return Loss = 20 dB

를 같은 반사 수준을 서로 다른 부호 관례로 표현한 것으로 볼 수 있습니다.

Return Loss 측정에도 규격이 있을까?

RF 커넥터의 Return Loss 측정에서는 측정장비와 불확도 관리도 중요합니다.

IEC는 IEC TS 61169-1-51:2020에서 VNA를 사용한 RF 커넥터 Return Loss 측정의 불확도와 측정절차를 다루고 있습니다.

따라서 고주파 영역에서 아주 작은 반사 차이를 비교할 때는 단순히 VNA 화면의 숫자만 보는 것이 아니라 교정 상태와 측정 기준면, 케이블 및 어댑터의 영향도 함께 고려해야 합니다.

정리

VSWR과 Return Loss는 모두 RF 시스템의 임피던스 정합과 반사 정도를 나타내는 지표입니다.

핵심은 다음과 같습니다.

VSWR → 1에 가까울수록 좋음

Return Loss → dB 값이 클수록 좋음

대표적으로

VSWR 1.5:1 ≈ Return Loss 14 dB

수준으로 대응됩니다.

안테나나 RF 부품의 사양서를 볼 때는 단순히 숫자 하나만 비교하지 말고 주파수 대역 → 기준 임피던스 → VSWR/Return Loss → 측정조건까지 함께 확인하는 것이 중요합니다.

공식 참고 규격: IEC TS 61169-1-51:2020, RF connector return loss measurement uncertainty specification.