一款DIY矢量网络分析仪:NanoVNA
简 介: 调试高频电路离不开一件很好的VNA(矢量网络分析)仪器。通常情况下这类设备都比较昂贵,但是NanoVNA是一款DIY的开源的硬件。现在在网络有很多放置模块,对于业余情况下调试高频电子线路具有很好的作用。本文对刚刚购买到的一款NanoVNA的使用进行介绍。特别是给出了在PC端应用程序的下载和使用。大大方便了测量数据记录与分析。可惜的是,折磨好的模块,现在已经下架了。我只在这个价位购买到一个。可惜了。
关键词
: VNA,矢量网络分析,淘宝
01 矢量网络分析仪
矢量网络分析(VNA)仪 作为高频电路分析的有力工具,被广泛应用在高频电路设计、器件性能测试、通讯网络调整等方面。下面是从 TB 购买到的NanoVNA模块(¥:131) 模块,今天(2021-04-30)刚刚到手,打开测试使用一下。
○ 备注: 现在后悔只购买一个了。在后面使用完之后,知道它真的好用的时候,再去同样的TB购买,发现已经下架了。其他商铺的价格都比他昂贵。
在 NanoVNA Basic 介绍了NanoVNA的机关功能。VNA测量DUT的反射功率和传输功率的频率特性,它通过测试:
- Input Voltage I/Q signal
- Reflected Voltage I/Q signal
- Pass Voltage I/Q Signal
从而可以计算DUT的 S11(反射系数),S21(传输系数)。从而可以计算出反射损失,接入损失,复阻抗等。
关于 NanoVNA 的设计开发是由 edy555 设计,也公布了 NanoVNA 的软件 。在 Computer & RF Technology 给出了最原始的设计资料。
▲ 打开电源开关,屏幕就开始动态扫描了
在原有的液晶屏表面有一个保护塑料薄膜,将NanoVNA的前盖的四个螺丝钉取下之后,打开前盖,便可以将液晶屏上的保护塑料薄膜取下,可以增加触摸屏的清晰度和触摸的灵敏度。
▲ 将液晶屏前面的保护膜去掉
1.基本介绍
(1)描述
简单实用的PC控制软件,您可以通过PC软件导出用于各种无线电设计和仿真软件的Touchstone(snp)文件。改进的频率算法可以使用si5351的奇次谐波扩展来支持高达900MHz的测量频率。金属屏蔽罩旨在减少外部干扰并提高测量精度。 si5351直接输出的50535-300MHz频率范围提供了优于70dB的动态性能。扩展的300M-600MHz频段提供了优于60dB的动态,而600M-900M频段则提供了优于50dB的动态。
▲ 匹配的校正负载端子
这是一个DIY产品,可提供信用卡大小的完美矢量网络测量功能。它包括一个2.8英寸触摸屏和500mAh电池,可以离线使用2小时。要进行更长的测量,请连接外部电源或与我联系以制作更大的电池版本。 TX / RX方法可以测量完整的S11和S21参数。如果需要获取S12和S22,则需要手动更换收发器端口接线。
▲ nanoVNA 主要机体和配件
(2)基本表现
● PCB:54mm x 85.5mm x 11mm(不带连接器,开关)
● 测量频率:50KHz〜300MHz(50KHz -900MHz,启用扩展固件)
● 射频输出:-13dbm(最大-9dbm)
● 测量范围:70dB(50kHz-300MHz),60dB(300M-600MHz),50dB(600M-900MHz)启用扩展固件);
● 端口SWR:<1.1
● 显示屏:2.8英寸TFT(320 x240)
● USB接口:USB Type-C通讯模式:CDC(串行)
● 电源:USB 5V 120mA,内置300mAh或500mAh电池,最大充电电流0.8A
● 扫描点数:101(固定)
● 展示跟踪:4
● 标记:4
● 设置保存:5
● 测量S参数,电压驻波比,相位,延迟,史密斯圆图…
▓ 问题: 从哪儿下载栓口软件呢?
2.上电测试
打开NanoVNA侧面的电源开关,VNA便开始工作了。它内部有一个锂电池(容量不详),不过坚持不了多一会儿便没有电了,使用自带的Type-C USB连接连接外部的5V电源可以给模块供电,并进行充电。
※ 建议:通过Type-C USB线先对NanoVNA进行充电半小时,使其电量充足之后在进行后面的操作。
▲ 在nanoVNA侧面有电源开关
屏幕带有触摸屏,可以调出六个菜单:
- 触摸屏菜单:
-
Display
Marker
Stimulus
Cal
Recall
Config
▲ 触摸屏的菜单
3.NanoVNA基本操作
下面是从 About NanoVNA 网站上给出的关于NanoVNA的基本操作。
- Start Measure :选择频率范围,进行校正,连接DUT
- Calibration VNA
如下是在 NanoVNA Menu Structure MAP 网页中给出的NanoVNA菜单结构图:
说实在的,现在手边的这款NanoVNA比较小,使用起来对于眼神不好的我还是有点吃力。下面还是寻找一下它 与PC之间的连接软件。
02 NanoVNA PC软件
1.将NanoVNA接入PC
使用自带的Type-C USB电缆将NanoVNA接入PC(我使用的Window7)USB端口。Windows硬件管理中会出现STMicroelectronics Virtual COM Port(COMxx)。
▲ NanoVNA对应的ST虚拟串口
2.下载NanoVNA PC软件
使用 NanoVNA PC software
在bing中进行搜索,可以找到 nanoVNA software ,点击页内跳转 PC Apps 可以得到 NanoVNA PC软件下载页:nanovna-users@groups.io | NanoVNASharp MOD v3 released 。
从网页 NanoVNASharp MOD v3 released 中可以下载 NanoVNA Sharp MOD ZIP 文件。( CSDN 站内下载链接 )
加压缩运行便可以得到NanoVNA MOD3运行界面:
▲ NanoVNA MOD3 软件界面
关于软件的使用,大都可以通过界面上的按钮通过摸索而获得。
3.对比测试
下面通过NanoVNA测试一些常见器件的RLC数值。对比之前所使用的 DG8SAQ 的测试结果。
(1)测试自行绕制工字型电感
这是在 选频放大电路对于150kHz导航信号进行放大检波 实验中所使用的用于接收150kHz的电磁波的天线电感。使用DG8SAQ测量原边的结果为:
- 绕制电感参数:
-
电感:L= 188.75 uH
串联电阻:Rs = 0.680.02Ω
品质因数:Q=262
▲ 使用DG8SAQ测量绕制电感的参数
使用NanoVNA测试的结果如下:
▲ 工字型电感测试结果
在150kHz的时候,显示电感为125uH,电阻为117欧姆。这这两个结果相差甚远!
(2)测量电阻
测量一个已知电阻,使用DM3068测量对应的阻值为473.6Ω。使用NanoVNA测量的SerialRLC对应的阻值为167.33欧姆。这相差的也太离谱了。
4.原因寻找
在前面对比测试的时候,出现NanoVNA测试的结果偏差太多,只要原因还是校正的问题。
如果进行校正之后,在进行测试量,结果就变得刚刚的了。
▲ 校正之后测试的结果
※ 分析总结 ※
对于NanoVNA的使用进行了解和测试。特别是通过下载对应的PC软件,可以大大提高测试和数据记录的方便特性。
需要最终强调的是,在每一次测量之前需要对于NanoVNA进行校正,这对于结果的准确性特别关键。
1.制作50欧姆标准电阻
由于校正对于测量的结果的准确性非常重要,所以设定满足校正的负载是非常重要的。在校正的负载(0Ω,∞,50欧姆),50欧姆是很重要的。下面给出了制作50欧姆校正电阻的两个方案:
- 通过将2.5kΩ与51欧姆并联,形成49.98Ω,成为标准负载;
- 通过将戴个100欧姆电阻并联,形成50欧姆的校正电阻;
2.NanoVNA MOD3软件
D:\zhuoqing\DesignCenter\Software\nanoVNA_mod_v3\NanoVNA.exe
3.模块下架了
这个小小的模块可真的是一个很好的模块,借助于它进行 150kHz选频放大电路的调试 ,获得了更高的增益。同时在 讨论工字型接收线圈天线不同匝数对于低频定位信号检测影响:150kHz导航信号实验中也测试了相关的放大器的输入、输出阻抗以及器件的参数,对于电路设计、分析、调试都起到非常关键的作用。
很可惜,我再向购买 一个的时候,它的网站显示已经下架了。早知道,应该多买几个了。
搜索同样的模块,都比他贵。
■ 相关文献链接:
- 矢量网络分析(VNA)仪
- TB购买到的NanoVNA
- NanoVNA Basic
- NanoVNA
- Computer & RF Technology
- NanoVNA 的软件
- About NanoVNA
- Start Measure
- Calibration VNA
- NanoVNA Menu Structure MAP
- nanoVNA software
- nanovna-users@groups.io | NanoVNASharp MOD v3 released
- NanoVNA Sharp MOD ZIP
- CSDN nanoVNA 软件下载
- DG8SAQ 矢量网络分析
- 选频放大电路对于150kHz导航信号进行放大检波
- 讨论工字型接收线圈天线不同匝数对于低频定位信号检测影响:150kHz导航信号
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