NanoVNA

 

1. Εγχειρίδιο χρήσης NanoVNA στα Ελληνικά (Μετάφραση από το Ιαπωνικό κείμενο) Κατεβάστε το σε PDF

 Nanovna vector network analyzer 

NANOVNA Made Simple

The NanoVNA, a beginners guide to the Vector Network Analyzer

 

 

NanoVNA Calibration

 

Tuning antenna with nanoVNA

NanoVNA R.F.M.

ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ NanoVNA

Βαθμονόμηση πρέπει να κάνουμε μετά από κάθε αλλαγή συχνότητας για να έχουμε σωστές ενδείξεις. Επίσης μπορούμε να έχουμε αποθηκευμένες βαθμονομήσεις με ορισμένο εύρος συχνοτήτων και να τις ανακαλούμε από την μνήμη.

2. Επαναφέρουμε την τρέχουσα κατάσταση βαθμονόμησης

Πατάμε CAL μετά RESET (γίνεται πράσινο) και BACK

3. Επιλέγουμε την μέτρηση που θέλουμε να κάνουμε. Πχ Στάσιμα και ωμική αντίσταση.

Ορίζουμε το εύρος των συχνοτήτων που θέλουμε. Από ….. Έως…...

4. Στην θύρα CH0 συνδέουμε το βύσμα OPEN (κίτρινο χωρίς καρφάκι)

Μετά πατάμε CAL μετά CALIBRATE μετά OPEN. Αυτόματα το μενού πάει στο

παρακάτω κουτάκι.

5. Στην θύρα CH0 συνδέουμε το βύσμα SHORT (κίτρινο ΜΕ καρφάκι)

Μετά πατάμε το SHORT.

6. Στην θύρα CH0 συνδέουμε το βύσμα LOAD (ασημί ΜΕ καρφάκι , είναι 50 Ω τεχνικό φορτίο)

Μετά πατάμε LOAD

7. Στην θύρα CH1 συνδέουμε το βύσμα LOAD (η θύρα CH0 κενή)

Μετά πατάμε ISOLN

8. Συνδέουμε με ένα καλώδιο τις θύρες CH0 και CH1 μεταξύ τους.

Μετά πατάμε THRU

9. Ολοκληρώνουμε τη βαθμονόμηση πατώντας DONE.

Αν θέλουμε μπορούμε να σώσουμε τη βαθμονόμηση σε μιά μνήμη , Save 0,1,2,3,4

απλά πατώντας πάνω στο αντίστοιχο κουτάκι. Το κουτάκι γίνεται πράσινο και το μενού σβήνει.

Μετά στο πλάγιο αριστερά (κάθετο) μενού βλέπεις την Κατάσταση βαθμονόμησης.

Κατάσταση βαθμονόμησης.

Εμφανίζονται ο αριθμός δεδομένων της ανάγνωσης βαθμονόμησης και η διόρθωση σφαλμάτων.

• C0 C1 C2 C3 C4: Κάθε δείχνει ότι έχει φορτωθεί ο αντίστοιχος αριθμός δεδομένων βαθμονόμησης.

• c0 c1 c2 c3 c4: Κάθε δείχνει ότι έχει φορτωθεί ο αντίστοιχος αριθμός δεδομένων βαθμονόμησης, αλλά το εύρος συχνοτήτων έχει αλλάξει μετά τη φόρτωση και υποδεικνύει ότι χρησιμοποιείται αντιστάθμιση για διόρθωση σφαλμάτων.

• D: directivity Υποδεικνύει ότι εφαρμόζεται διόρθωση σφάλματος

• R: παρακολούθηση διόρθωσης Υποδεικνύει ότι εφαρμόζεται διόρθωση σφάλματος

• S: match match Υποδεικνύει ότι εφαρμόζεται διόρθωση σφάλματος

• T: παρακολούθηση μετάδοσης Υποδεικνύει ότι εφαρμόζεται διόρθωση σφάλματος

• X: η απομόνωση (crosstalk) υποδεικνύει ότι εφαρμόζεται διόρθωση σφάλματος

Καλές Μετρήσεις SY2CYZ

-------      ---------        ---------       -----------

Ακριβής μέτρηση μήκους καλωδίου με NanoVNA

Τώρα μπορείτε να σχεδιάσετε την σύνθετη αντίσταση σε σχέση με την γραφική παράσταση απόστασης/χρόνου. Η ύπαρξη ενός VNA ανοίγει τόσες πολλές δυνατότητες. Μόλις την περασμένη εβδομάδα, εξέτασα το nanoVNA και βρήκα ότι ήταν μια ενδιαφέρουσα συσκευή. Έχοντας χειριστεί ακριβούς αναλυτές Vector Network (VNA) στο παρελθόν και το παρόν, ο ενθουσιασμός μου μεγάλωσε πάρα πολύ για να το συγκρίνω με το Keysight FieldFox N9952A 50 GHz VNA. Αφού πέτυχα συγκρίσιμα αποτελέσματα, η χαρά μου δεν είχε όρια γιατί ήξερα ότι θα μπορούσα να αναπτύξω και να δοκιμάσω τα κυκλώματα ραδιοσυχνοτήτων στο σπίτι μου χωρίς να χρειάζεται να τα πάω στο χώρο εργασίας μου. Η μέτρηση της ανακλαστικής μέτρησης του πεδίου χρόνου (TDR) στο FieldFox τυχαίνει να είναι ένα από τα αγαπημένα μου. Χρησιμοποιώ ακόμη και TDR τακτικά για διάφορες περιπτώσεις δοκιμών. Μία από τις περιπτώσεις δοκιμής είναι η μέτρηση μήκους καλωδίου μίας θύρας. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε μερικά μαθηματικά σχετικά με την εξαγωγή απόκρισης TDR με δεδομένα VNA. Επιπλέον, θα σας εξηγήσω μερικές περιπτώσεις χρήσης όπου η ακριβής μέτρηση μήκους καλωδίου είναι χρήσιμη. Φυσικά, σε αυτό το άρθρο θα σας δώσω ένα σενάριο Python για να τα δοκιμάσετε όλα αυτά στο σπίτι.

Απόκριση χρόνου από την απώλεια επιστροφής .

Θυμηθείτε ότι το VNA κάνει τις μετρήσεις του στον τομέα συχνότητας. Ο άξονας Χ αντιπροσωπεύει τη συχνότητα ενώ ο άξονας Υ αντιπροσωπεύει το μέγεθος της απώλειας επιστροφής ή της απώλειας εισαγωγής σε dB. Όλοι γνωρίζουμε τη βασική σχέση συχνότητας και χρόνου.

𝐹=1𝑡

Εάν μετατρέψουμε τα δεδομένα του τομέα συχνότητας σε τομέα χρόνου, θα πρέπει να δούμε τη φύση του τομέα χρόνου της μέτρησής μας. Για να το κατανοήσουμε αυτό, πρέπει να κατανοήσουμε την έννοια της απώλειας επιστροφής. Φανταστείτε ότι έχετε ένα ομοαξονικό καλώδιο ανοιχτού άκρου συνδεδεμένο στον πομπό του ασυρμάτου σας. Εάν τύχει να μεταδώσετε μέσω αυτού του ανοιχτού καλωδίου, ολόκληρο το σήμα θα διαδοθεί μέχρι το τέλος του καλωδίου και θα αντανακλάται πίσω προς τον πομπό σας. Όπως όλοι γνωρίζουμε, το VSWR ενός ανοιχτού καλωδίου ή ενός βραχυκυκλώματος είναι πάντα πολύ υψηλό. Όσον αφορά την απώλεια επιστροφής, θα δούμε 0dB στα γραφήματα μας. Έτσι, εάν η απώλεια επιστροφής μας λέει για το ανακλώμενο σήμα, θα πρέπει επίσης να μας πει κάποιες πληροφορίες για την πηγή ανάκλασης. Η απάντηση σε αυτό βρίσκεται στη φάση του σήματος επιστροφής. Χρησιμοποιώντας το μέγεθος και τη φάση του σήματος που μετράται σε όλη τη σάρωση συχνότητας, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση από το σημείο όπου σημειώθηκε η ανάκλαση.

Λίγα μαθηματικά

Μερικοί από εσάς ίσως γνωρίζετε ότι ο διακριτός μετασχηματισμός Fourier (DFT) μας βοηθά να οπτικοποιήσουμε τα σήματα μας στον τομέα της συχνότητας. Ο καταρράκτης ή το φάσμα που βλέπετε με τη βοήθεια του RTL-SDR χρησιμοποιεί Fast Fourier Transform, κοινώς γνωστό ως FFT (A faster DFT algorithm). Εν ολίγοις, ο μετασχηματισμός Fourier μας βοηθά να μετατρέψουμε το σήμα του τομέα χρόνου μας στον τομέα συχνότητας. Στην περίπτωση των μετρήσεων με το VNA μας, τα δεδομένα απώλειας επιστροφής βρίσκονται ήδη στον τομέα συχνότητας. Πώς δουλεύουμε από εκεί; Έχουμε αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier που θα μετατρέψει τα δεδομένα του τομέα συχνότητας πίσω στην αναπαράσταση του τομέα χρόνου. Θα χρησιμοποιήσουμε ακριβώς αυτή την αρχή στο μικρό μας πείραμα εδώ.

Απώλεια επιστροφής → IFFT → Απόκριση Time Domain

Το μέγιστο μήκος καλωδίου που μπορούμε να μετρήσουμε εξαρτάται από το μέγεθος του βήματος συχνότητας. Για παράδειγμα, το nanoVNA μπορεί να μετρήσει μόνο 101 σημεία σε οποιοδήποτε δεδομένο εύρος συχνότητας. Εάν ορίσουμε το εύρος συχνότητας να ξεκινά από 10 MHz και να τελειώνει στα 295 MHz, το μέγεθος του βήματος συχνότητας θα είναι 2,82 MHz.

Δ𝐹 = Stop Frequency – Start Frequency / Number of points

Therefore, Δ𝐹=295MHz – 10MHz101=2.82𝑀𝐻𝑧

Τώρα που γνωρίζουμε το μέγεθος του βήματος της συχνότητας, μπορούμε να υπολογίσουμε τον μέγιστο χρόνο ανάκλασης που μπορούμε να μετρήσουμε.

Μέγιστος χρόνος ανάκλασης = 1Δ𝐹 = 12.82MHz = 354.6𝑛𝑠

Μετατροπή χρόνου σε απόσταση

Το αποτέλεσμα της παραπάνω εξίσωσης προκύπτει με αριθμό λίγων εκατοντάδων νανοδευτερόλεπτων. Θυμηθείτε, ακόμα μιλάμε από άποψη χρόνου και συχνότητας. Πρέπει ακόμα να υπολογίσουμε το μέγιστο μήκος καλωδίου. Το μέγιστο μήκος καλωδίου θα διαφέρει από καλώδιο σε καλώδιο. Αυτό συμβαίνει επειδή το σήμα ταξιδεύει με διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικούς τύπους καλωδίων. Για παράδειγμα, το σήμα ταξιδεύει με ταχύτητα 83% της ταχύτητας του φωτός. Στην περίπτωση του RG405, το σήμα ταξιδεύει με ταχύτητα 70,3% ταχύτητας φωτός. Στις γραμμές εκπομπής αναφέρεται ως “ταχύτητα διάδοσης” ή “Velocity factor” και οι τιμές της είναι από 0,66 έως 0,80 (της ταχύτητας του φωτός) Αυτή η ταχύτητα διάδοσης συμβολίζεται μαθηματικά ως 𝑣𝑝.

Επομένως, μέγιστο μήκος καλωδίου = 𝑣𝑝×c

Δεν υπάρχει τίποτα να φοβηθείς. Όλοι γνωρίζουμε τη σχέση ταχύτητας, απόστασης και χρόνου.

Ταχύτητα = απόσταση / χρόνο

Τώρα, προσπαθήστε να το συσχετίσετε με την εξίσωση που αναφέρθηκε προηγουμένως για να υπολογίσετε το μέγιστο μήκος καλωδίου. Τα βασικά μας είναι πλέον ξεκάθαρα, επομένως θα πρέπει να προχωρήσουμε στον χειρισμό των πραγματικών δεδομένων από το VNA. Τώρα, πώς αποκτούμε πρόσβαση στα δεδομένα απώλειας επιστροφής; Όπως είπαμε μαζί με το nanoVNA, θα χρησιμοποιήσουμε την εφαρμογή nanoVNA σε windows ή nanovna-saver σε Linux. Βεβαιωθείτε ότι έχετε βαθμονομήσει τη συσκευή σας πριν προχωρήσετε περαιτέρω. Τώρα, επιστρέφοντας στην κύρια ερώτησή μας, πώς έχουμε πρόσβαση στα δεδομένα απώλειας επιστροφής; Η εφαρμογή μας επιτρέπει να αποθηκεύσουμε ένα αρχείο παραμέτρων S touchstone. Επισημαίνεται ως "S1P" σε ένα από τα κουμπιά. Θα χρησιμοποιήσουμε αυτή τη δυνατότητα για να ανακτήσουμε τα δεδομένα.

Η ρύθμιση

Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, επιτρέψτε μου να εξηγήσω τη ρύθμιση.

Ρύθμιση για μέτρηση μήκους καλωδίου με VNA

Το μόνο που χρειάζεστε είναι το κιτ nanoVNA και ένα κομμάτι καλωδίου με βύσμα στο ένα άκρο που μπορεί να συνδεθεί στο VNA. Ω, θα χρειαστείτε επίσης έναν υπολογιστή για να εκτελέσετε την εφαρμογή VNA και το σενάριο python.

Χρησιμοποιήστε το κουμπί που επισημαίνεται με κόκκινο για να αποθηκεύσετε τα δεδομένα παραμέτρου S της μιας θύρας Όπως υποδεικνύεται παραπάνω, βαθμονομήστε το VNA σας και συνδέστε ένα κομμάτι καλωδίου στη θύρα VNA. Βεβαιωθείτε ότι το άλλο άκρο του καλωδίου είναι ανοιχτό και δεν είναι συνδεδεμένο πουθενά. Τώρα, κάντε κλικ στο κουμπί "Αποθήκευση S1P" για να αποθηκεύσετε τη μέτρηση απώλειας επιστροφής μιας θύρας.

Το σενάριο python

Έγραψα ένα μικρό σενάριο που κάνει τα εξής:

• Διαβάστε το αρχείο S1P και λάβετε δεδομένα παραμέτρων S 𝑆11

• Λάβετε το μέγεθος βήματος συχνότητας. Δ𝐹

• Υπολογίστε τον μέγιστο χρόνο ανάκλασης και με τη σειρά σας, υπολογίστε τη μέγιστη μετρήσιμη απόσταση

• Μετατρέψτε το 𝑆11 από τομέα συχνότητας σε τομέα χρόνου χρησιμοποιώντας τον Αντίστροφο Γρήγορο Μετασχηματισμό Φουριέ

• Βρείτε τα δεδομένα αιχμής στο χρόνο και την αντίστοιχη ώρα κατά την οποία συνέβη. Αυτή η κορυφή αντιστοιχεί στην ανάκλαση που εμφανίζεται από το ανοιχτό άκρο του καλωδίου

• Υπολογίστε την απόσταση πολλαπλασιάζοντας το 𝑣𝑝 με το χρόνο.

Για την διευκόλυνση όλων, επισυνάπτω ολόκληρο το σενάριο Python εδώ.

 

import skrf as rf

import matplotlib.pyplot as plt

from scipy import constants

import numpy as np

raw_points = 101

NFFT = 16384

PROPAGATION_SPEED = 70.3 #For RG405

_prop_speed = PROPAGATION_SPEED/100

cable = rf.Network('cable_open_2.s1p')

s11 = cable.s[:, 0, 0]

window = np.blackman(raw_points)

s11 = window * s11

td = np.abs(np.fft.ifft(s11, NFFT))

#Calculate maximum time axis

t_axis = np.linspace(0, 1/cable.frequency.step, NFFT)

d_axis = constants.speed_of_light * _prop_speed * t_axis

#find the peak and distance

pk = np.max(td)

idx_pk = np.where(td == pk)[0]

print(d_axis[idx_pk[0]]/2)

# Plot time response

plt.plot(d_axis, td)

plt.xlabel("Distance (m)")

plt.ylabel("Magnitude")

plt.title("Return loss Time domain")

plt.show()

Πραγματικά Αποτελέσματα

Όλοι πρέπει να ανυπομονούν να διαβάσουν αυτήν την ενότητα του άρθρου. Δοκίμασα αυτό το σενάριο συνδέοντας ένα μικρό καλώδιο RG405 36 ιντσών που φτάνει περίπου τα 0,91 μέτρα. Ο συντελεστής ταχύτητας για το καλώδιο RG405 είναι 70,3% που ορίζεται στον κωδικό στη γραμμή 8. Αφού κάνετε κάθε είδους υπολογισμό, η γραμμή 25 εκτυπώνει την απόσταση σε μέτρα.

Python script results

Η σύγκριση του πραγματικού μήκους του καλωδίου που είναι 0,91 μέτρα και στη συνέχεια η εξέταση των αποτελεσμάτων μας μου δίνει μεγάλη ικανοποίηση. Το σφάλμα είναι αρκετά μικρό και μπορεί ακόμη και να οφείλεται σε βαθμονόμηση ή μετατόπιση θερμοκρασίας. Φυσικά, ένα σφάλμα 3 εκατοστών είναι απαράδεκτο εάν εργάζεστε στην περιοχή GHz και δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε καν αυτό το όργανο εξαρχής. Ας μετρήσουμε ένα άλλο καλώδιο, αυτή τη φορά ένα LMR200. Τώρα, το ακριβές μήκος του καλωδίου που πρόκειται να δοκιμάσουμε είναι άγνωστο σε μένα. Σύμφωνα με τα σημάδια στο καλώδιο, θα πρέπει να είναι κάπου στην περιοχή από 9,5 έως 10 μέτρα.

Η κορυφή που δείχνει την αντανάκλαση από το ανοιχτό άκρο του καλωδίου μετατοπίστηκε προς τα δεξιά. Αυτό δείχνει ότι η ιδέα μας σίγουρα λειτουργεί.

Η πιο αξιοσημείωτη αλλαγή στο γράφημα είναι η μετατοπισμένη κορυφή. Η πηγή ανάκλασής μας, που είναι το ανοιχτό άκρο του καλωδίου και εκτείνεται περαιτέρω λόγω μεγαλύτερου μήκους καλωδίου. Ο χρόνος που χρειάζεται το σήμα για να περάσει μέσα από το καλώδιο είναι πολύ μεγαλύτερος. Από την άλλη πλευρά, το σενάριο μας υπολόγισε το μήκος του καλωδίου και ταιριάζει με τις προσδοκίες μας. Λαμβάνοντας υπόψη ένα σφάλμα 3 εκατοστών με βάση την προηγούμενη μέτρησή μας σε ένα μικρότερο καλώδιο, μπορούμε να πούμε ότι αυτή η ένδειξη είναι απολύτως ΑΠΟΔΕΚΤΗ! Η προσδοκία μας για το μήκος του καλωδίου ήταν κάπου μεταξύ 9,5 μέτρα έως 10 μέτρα και το σενάριο μας υπολόγισε το μήκος ως 9,639 μέτρα!

Πού σκοπεύω να το χρησιμοποιήσω;

Όταν κατασκευάζετε συστοιχίες κεραιών, το μήκος του καλωδίου τροφοδοσίας πρέπει να είναι ακριβές. Αυτό απαιτείται ώστε οι κεραίες να τοποθετούνται σωστά και με τη σειρά τους να λειτουργούν όπως σχεδιάστηκαν. Χωρίς να βασίζομαι σε ακριβό εξοπλισμό, μπορώ τώρα να κάνω προσαρμοσμένο μήκος καλωδίου καθισμένος στο σπίτι. Το μικρό μας σενάριο μπορεί επίσης να λειτουργήσει για να βρει ελαττωματικά καλώδια. Η απόσταση από το σφάλμα μπορεί να γίνει γνωστή κοιτάζοντας το γράφημα και παρατηρώντας τις μετρήσεις προσεκτικά. Επιπλέον, μπορούμε επίσης να καταλάβουμε κακές, ελαττωματικές συνδέσεις κοιτάζοντας το γράφημα τομέα χρόνου. Οι κακοκολλημένες συνδέσεις είναι αρκετά συνηθισμένες και μερικές φορές είναι δύσκολο να εντοπιστούν, αλλά όχι πια με το TDR! Η ύπαρξη ενός nanoVNA σίγουρα ανοίγει πολλούς δρόμους για τους χομπίστες. Ελπίζω ότι μόλις αρκετοί άνθρωποι πάρουν αυτή τη συσκευή στα χέρια τους, θα αρχίσουμε να βλέπουμε πολλά άλλα ενδιαφέροντα πειράματα να εμφανίζονται μέσα στο Διαδίκτυο. Για να μην ξεχνάμε, μπορεί να δούμε και ένα ΠΛΗΡΕΣ VNA 2 θυρών να εμφανίζεται κάποια μέρα, το οποίο θα μπορούσε να είναι προσιτό από χομπίστες όπως εγώ.

Πηγή:

Nuclearrambo

https://nuclearrambo.com/wordpress/accurately-measuring-cable-length-with-nanovna/

Μετάφραση - προσαρμογή : SY2CYZ

---------       ----------       ----------

Μέτρηση – εύρεση ωμικής αντίστασης ομοαξωνικού καλωδιου

με το nano VNA.

Ίσως ο ευκολότερος τρόπος να μετρηθεί η χαρακτηριστική αντίσταση κύματος ενός ομοαξονικού καλωδίου είναι η μέθοδος Lambda / 8:

Παρακάτω αναλυτικά η μέτρηση με το nanoVNA

1.Συνδέστε ένα κομμάτι ανοιχτού καλωδίου στο CH0 . (δεν χρειάζεται να γνωρίζετε το μήκος ή το Vf)

 2. Βάλτε στο μενου stimulus το εύρος των συχνοτήτων λειτουργίας. πχ. 120 έως 450 MHz

3. Βρείτε τη χαμηλότερη συχνότητα συντονισμού (= Λάμδα / 4). Εκεί η αντίσταση είναι η μικρότερη δυνατή περίπου κάτω από 10 Ohm έως 0 Ohm στα περισσότερα καλώδια.

4. Ρυθμίστε το stimulus στους μισούς MHz από τους παραπάνω, για να φτιάξετε το καλώδιο Λάμδα / 8. πχ αν είχατε τη χαμηλότερη αντίσταση στους 200 MHz βάλτε στο μενου stimulus - CW freq. 100 MHz

5. Διαβάστε την αντίδραση (reactance ) στο Λάμδα / 8.

Το μέγεθος της τιμής αντίδρασης (reactance) Λάμδα / 8 είναι η αντίσταση κύματος του καλωδίου.

Παράδειγμα: Στο Λάμδα / 8, διάβασα reactance = -51.4
Πρόκειται για ένα καλώδιο αντίστασης κύματος 51,4 Ohm.

Αν δεν αλλάξετε τις default τιμες στο display θα δείτε την τιμή της αντίστασης με πράσινα γράμματα. (CH0 SMITH...)

Best 73. 

Saimon / SY2CYZ