NanoVNA-F V2 это портативный векторный анализатор цепей, работающий на частотах до 3 ГГц. Он оснащен алюминиевым качественным корпусом и 4.3-дюймовым IPS LCD, встроенным Li-Ion аккумулятором 5000 mAh, обеспечивающим время непрерывной работы до 7 часов. Экран снабжен тачскрином.
Примечание: это перевод руководства пользователя Rev. 2.0 (для firmware V0.3.0) от SYSJOINT Information Technology Co., Ltd.
Дизайн NanoVNA-F V2 основан на edy555 NanoVNA и OwOcomm SAA-V2, программное обеспечение и интерфейс пользователя тщательно проработаны и оптимизированы. Принцип работы NanoVNA-F V2 совместим с NanoVNA-F. Диапазон частот измерений NanoVNA-F V2 расширен до 3 ГГц, динамический диапазон также расширен, результаты измерений более точны, работать стало удобнее.
Примечание: незнакомые термины и сокращения см. в Словарике, в конце статьи.
Основные функции NanoVNA-F V2:
● Размеры: 130x75x22 мм. ● Коннекторы SMA RF мама для подключения тестируемых устройств. ● Встроенная в корпус литиевая батарея 3.7V 5000mAh, время работы до 7 часов. ● Тачскрин с обработкой 3 одновременных нажатий. ● Поддерживается язык меню: English и Chinese. ● Настраиваемая яркость экрана. ● Обновление Firmware через виртуальный диск U через кабель USB Type-C. ● В комплекте качественные калибровочные SMA-насадки и кабель RG405. ● Выходной порт питания 5V/1A USB. ● Зарядка осуществляется через разъем USB Type-C, максимальный ток зарядки достигает 2A. ● Обеспечивается совместимость с программным обеспечением nanovna-saver. ● Поддерживается команда скриншота экрана.
Векторный анализатор цепей (Vector Network Analyzer, VNA) это специальный прибор, используемый обычно для проверки антенн (волновое сопротивление, коэффициент отражения), радиочастотных цепей, потери в кабеле, параметры фильтров, сплиттеров питания, трансформаторов, дуплексеров, усилителей и т. д.
Примечание: обратите внимание, что "network" здесь не относится к компьютерным сетям. Термин "network analyzer" появился задолго до появления компьютеров. Таким образом здесь "network" обозначает электрическую цепь, в данном контексте это радиочастотные устройства и компоненты.
NanoVNA-F V2 оборудован двумя радиочастотными портами (PORT1 TX и PORT2 RX), с помощью которых можно измерять параметры S11 цепи с одним входным портом, или измерять параметры S11 и S21 цепи с двумя портами. Если необходимо измерить параметры S22 и S12 двухпортовой цепи, то это можно сделать, поменяв порты друг с другом.
Внимание: перед проведением измерений VNA должен быть откалиброван, см. далее раздел "Калибровка".
Любой четырёхполюсник можно представить в виде "чёрного ящика" с набором некоторых параметров. Существуют системы параметров, связывающие токи и напряжения на зажимах четырёхполюсника, а также есть системы параметров, где четырёхполюсник анализируется с точки зрения падающих и отражённых волн (к ним относится описание через S-параметры).
S11 - коэффициент отражения от входа, при условии, что нагрузка на выходе энергию не отражает.
S22 - коэффициент отражения от выхода, при условии, что генератор имеет коэффициент отражения = 0.
S21 - коэффициент передачи "падающей волны" от входа к выходу.
S12 - наоборот, коэффициент передачи от выхода к входу.
Подробнее см. [4], а также Википедию.
Внешний вид прибора и органы управления:
Основной экран:
(1) Начальная частота (START).
(2) Конечная частота (STOP).
(3) Маркер, трасер. Под маркером понимается указатель на горизонтальном графике (трасер), отображающем какую-нибудь характеристику (диаграмма Смита, уровень и т. п.). Одновременно можно отображать до 4 трассировок. Активный маркер можно перемещать по трассировке вправо/влево. Это делается либо боковыми кнопками UP (◄) или DOWN (►), либо касаниями экрана (рекомендуется делать стилусом).
(4) Статус калибровки:
O: показывает выполнение калибровки OPEN. S: показывает выполнение калибровки SHORT. L: показывает выполнение калибровки LOAD. T: показывает режим калибровки THROUGH (тачскрин). C: показывает, что для устройства была выполнена калибровка. *: показывает, что калибровка выполнена и применена, но не была сохранена в энергонезависимую память. Если выключить питание без сохранения, то данные этой калибровки потеряются. c: показывает, что данные калибровки интерполированы. Cn: показывает, какие данные калибровки загружены (7 наборов данных, n = 0 .. 6).
(5) Reference position. Опорная позиция соответствующей трассы. Позицию можно поменять через 【DISPLAY】 → 【REF POS】.
(6) Таблица маркеров. Можно отображать до 4 наборов маркеров одновременно, каждый маркер устанавливается на информацию, включающую частоту и 2 других параметра. Квадратик с буквой A в начале маркера показывает, что он активен (можно управлять курсором маркера, передвигая его влево-вправо). Вы можете открыть, выбрать или закрыть маркер через меню:
You can open, select or close a marker by:
【MARKER】 → 【SELECT】 → 【MARKER n】
Для быстрой активации маркера вы можете ткнуть на регион значения частоты соответствующей строки маркера (рекомендуется использовать стилус). Таблицу маркеров можно перемещать вверх и вниз через меню:
【MARKER】 → 【SELECT】 → 【POSITION】
Таблицу маркеров можно перетащить при нажатии вниз и удерживании области измеренного значения в течение более 0,5 секунды. Если вы хотите сохранить настройку позиции таблицы маркеров, то это можно сделать через меню:
【RECALL/SAVE】 → 【SAVE】 → 【SAVE n】
(7) Статус-бокс трассировки. Показывает состояние каждого формата трассировки и значение, соответствующее активному маркеру. Например, если на экране показано: S21 LOGMAG 10dB/ 0.03dB, то это можно прочитать следующим образом:
Активен голубой трасер Channel: PORT2 (передача) Format: LOGMAG Scale 10dB/div (шкала 10 дБ на деление) Значение S21 на текущей частоте 0.03dB
Тычок на любой статус-бокс трассировки активирует соответствующий трасер. Если трасер активено, тычок на определенном регионе приведет к срабатыванию ярлычков:
Тычок на регионе "channel" (например S21) быстро переключит канал. Тычок на регионе "format" (например LOGMAG) быстро откроет меню FORMAT. Тычок на регионе "scale" (например 10dB/) быстро откроет меню SCALE и REFERENCE POSITION.
(8) Напряжение батареи. Если напряжение ниже 3.3V, то зарядите устройство.
(9) Левая ордината. Всегда показывает шкалу метки трасера 0. Тычок на область левой ординаты быстро установит шкалу trace 0.
(10) Правая ордината. Всегда показывает шкалу метки текущей активной трассировки. Тычок на область правой ординаты быстро установит шкалу активной трасировки.
(11) Sweep points. Показывает настроенное количество точек трассировки (на картинке 101, может быть увеличено до 201).
[Главное меню]
Меню можно открыть, если ткнуть показанную красным область на картинке выше, или если нажать на среднюю кнопку (■).
Панель виртуальной клавиатуры используется для прямого ввода частоты пределов сканирования (START или STOP). Она включает цифровые кнопки, кнопки единиц и кнопку ok. Кнопка Backspace (со стрелкой влево) используется для удаления одного введенного символа. Когда поле ввода пустое, то клик на кнопке Backspace закроет панель клавиатуры.
Кнопки выбора единиц (G, M, k) выбирают масштаб введенного числа (ГГц, МГц и кГц соответственно).
DISPLAY. Меню DISPLAY содержит пункты 【TRACE】, 【FORMAT】, 【SCALE】, 【REF POS】, 【CHANNEL】:
Тычок на выбранной трассировке, например на 【TRACE 2】, откроет и активирует TRACE 2, и маркер A будет отображаться напротив TRACE 2. Если ткнуть на другой пункт этого меню, например на 【TRACE 3】, то откроется и активируется TRACE 3, и маркер A теперь будет показывать, что активен "TRACE 3", и маркер на TRACE 2 поменяется на галочку. После этого будут открыты оба этих трасера, и активным останется TRACE 3.
Когда трасер активен, то регион канала этого трасера в статус-боксе будет подсвечен, как показано на рис. выше (подсвечен фиолетовый канал S11). Тычок на элемент меню с маркером A закроет соответствующий трасер. Отображаются трасеры, которые помечены или галочкой, или маркером A.
【FORMAT】 используется для установки формата трассировок. Существуют форматы LOGMAG, PHASE, DELAY, SMITH R+jX, SMITH R+L/C, SWR, Q FACTOR, POLAR, LINEAR, REAL, IMAG, RESISTANCE, REACTANCE.
LOGMAG: ордината соответствует логарифмической амплитуде, и абсцисса частоте. PHASE: ордината соответствует фазе, и абсцисса соответствует частоте. DELAY: ордината соответствует групповой задержке, и абсцисса частоте. Это значимо только для канала S21. SMITH R+jX: показывает импеданс диаграммы Смита. Импеданс отображается в форме R+jX. Это значимо только для канала S11. SMITH R+L/C: показывает импеданс диаграммы Смита. Импеданс отображается в форме R+L/C. где R это составляющая активного сопротивления, и L/C эквивалентное индуктивное или емкостное сопротивление. Это значимо только для канала S11. SWR: ордината соответствует величине стоячей волны (VSWR) и абсцисса частоте. Это значимо только для канала S11. Q FACTOR: ордината соответствует коэффициенту добротности Q, и абсцисса частоте. POLAR: показывает импеданс в полярных координатах. Это значимо только для канала S11. LINEAR: ордината соответствует линейной амплитуде, и абсцисса частоте. REAL: ордината соответствует реальной (real) части параметра S, и абсцисса частоте. IMAG: ордината соответствует мнимой (imaginary) части, и абсцисса частоте. RESISTANCE: ордината соответствует активному сопротивлению, и абсцисса частоте. REACTANCE: ордината соответствует реактивной составляющей сопротивления (емкостной или индуктивной), и абсцисса частоте.
Существует 3 способа активации трассировки:
- Через меню 【DISPLAY】 → 【TRACE】 → 【TRACE n】. - Тычком на области формата соответствующей трассировки в статус-боксе трассировки. - Тычком на любом маркере того же цвета, что и соответствующий трасер.
SCALE. Меню 【SCALE】 используется для установки шкалы ординаты (неприменимо к форматам SMITH и POLAR).
REF POS. Меню 【REF POS】 используется для установки опорной позиции трассировки (неприменимо к форматам SMITH и POLAR). По умолчанию опорная позиция REF POS установлена на 7, что соответствует седьмой горизонтальной оси, считая снизу вверх (0 соответствует нижней горизонтальной оси). REF POS можно установить на любое целое число.
CHANNEL.【CHANNEL】 предзназначен для переключения канала текущей активной трассировки.
MARKER. Меню 【MARKER】 содержит 【SELECT】, 【SEARCH】, 【OPERATIONS】, 【DRAG ON】.
Тычок на 【MARKER n】 (например 【MARKER 2】) откроет и активирует MARKER 2, метка A появится спереди "MARKER 2". Тычок на другом меню (например 【MARKER 3】) активирует MARKER 3, и в этот момент A появится спереди "MARKER 3", метка на "MARKER 2" поменяется на галочку, оба маркера MARKER 2 и MARKER 3 останутся открытыми, и MARKER 3 станет активным.
Тычок на элементе меню с меткой A закроет соответствующий маркер. Маркер может быть перемещен кнопками только когда он активен.
Существует 2 способа быстрой активации маркера (рекомендуется использовать стилус):
- Простой тычок на маркере, как показано красной стрелкой на рисунке выше. - Тычок на области значения частоты соответствующего маркера в таблице маркеров, как показано красным прямоугольником на картинке выше.
【ALL OFF】 выключит сразу все маркеры.
【POSITION】 используется для настройки позиции таблицы маркеров на экране. Таблица маркеров может быть смещена вверх или вниз, чтобы не перекрывать трассировки и маркеры. Таблицу маркеров можно перемещать перетаскиванием: убедитесь. что разрешен пункт 【DRAG ON】, затем кликните на регион значения маркера (как показано зеленым прямоугольником на рисунке выше) и удерживайте клик больше 1 секунды, после чего свободно перемещайте таблицу маркеров.
SEARCH. Меню 【SEARCH】 содержит 【MAXIMUM】, 【MINIMUM】, 【SEARCH < LEFT】, 【SEARCH > RIGHT】, 【TRACKING】 и все функции из этого меню относятся к текущему активному маркеру.
【TRACKING】 используется для автоматического отслеживания максимального или минимального значения трассировки. Как показано на рисунке выше, если вы хотите настроить MARKER 2 на автоматический трекинг минимального значения S11 LOGMAG, сначала вы должны активировать MARKER 2, и затем ткните 【MINIMUM】, и в завершение включите 【TRACKING】. После этого MARKER 2 автоматически переместится в нижнюю точку трассировки S11 LOGMAG после каждого прохода качания частоты (сканирования).
OPERATIONS. Меню 【OPERATIONS】 содержит 【>START】, 【>STOP】, 【>CENTER】, 【>SPAN】.
【>START】 установит частоту текущего активного маркера на начальную частоту сканирования.
【>STOP】 установит частоту текущего активного маркера на конечную частоту сканирования.
【>CENTER】 установит частоту текущего активного маркера на центральную частоту сканирования.
【>SPAN】 установит частотный диапазон между текущим активным маркером и следующим маркером в качестве диапазона сканирования. Если рядом с активным маркером никаких других маркеров, то SPAN установится в 0.
DRAG ON разрешит/запретит перетаскивание характеристики таблицы маркеров.
Ткните на 【START】 для установки начальной частоты сканирования. Также можно кликнуть внутри красного прямоугольника на рисунке выше, чтобы быстро установить начальную частоту.
Ткните на 【STOP】 для установки конечной частоты сканирования. Также можно кликнуть внутри желтого прямоугольника на рисунке выше, чтобы быстро установить конечную частоту.
Ткните на 【CENTER】 для установки центральной частоты. Также можно кликнуть внутри красного прямоугольника на рисунке выше, чтобы быстро установить центральную частоту.
Кликните на 【SPAN】 для установки частотного диапазона сканирования. Также можно кликнуть внутри желтого прямоугольника на рисунке выше, чтобы быстро установить SPAN.
Ткните на 【CW PULSE】 для установки частоты импульсов CW. Также можно кликнуть внутри красного прямоугольника на рисунке выше, чтобы быстро установить частоту CW.
Обратите внимание. что в этом режиме на выходе PORT 1 будет пульсирующий сигнал, не постоянно формируемая частота.
Генератор сигналов【SIGNAL GENERATOR】. NanoVNA-F V2 поддерживает функцию простого генератора сигнала, который может выдавать непрерывно заданную частоту в диапазоне от 50 кГц до 4400 МГц. Выходную мощность RF настраивается на частотах выше 135 МГц.
【RF OUT】 Включает/выключает вывод RF. 【FREQ】 Установка частоты. 【0dB】 Выходная мощность ослабляется на 0dB. 【-3dB】 Выходная мощность ослабляется на 3dB. 【-6dB】 Выходная мощность ослабляется на 6dB. 【-9dB】 Выходная мощность ослабляется на 9dB.
PAUSE SWEEP. Кликните на 【PAUSE SWEEP】 для постановки на паузу или продолжения сканирования.
[Калибровка]
Меню 【CAL】 содержит пункты 【CALIBRATE】, 【RESET】, 【APPLY】.
【APPLY】 по умолчанию включена, это значит, что данные калибровки применены. Ткните на 【APPLY】 чтобы это отключить. После отключения пропадет статус калибровки Cn в нижней части основного экрана, показывая тем самым, что результаты измерения некорректны.
Кликните 【RESET】 для очистки данных калибровки в памяти. После этого статус OSLT Cn в нижней части экрана пропадет, но данные калибровки, сохраненные во внутренней FLASH, не будут очищены. Вы можете вызвать обратно данные калибровки в память путем выбора 【RECALL/SAVE】 → 【RECALL】 → 【RECALL n】.
【CALIBRATE】 выполняет калибровку. Для этого используются следующие компоненты (они входят в комплект прибора):
（1） Заглушка SMA OPEN (разомкнутый вход). （2） Заглушка SMA SHORT (короткозамкнутый вход). （3） Заглушка SMA LOAD (50 Ом). （4） Кабель SMA-JJ RG405. （5） Переходник SMA мама-мама (его использовать необязательно).
Для уточнения калибровки сначала нужно выбрать соответствующий диапазон частот сканирования (START, STOP).
Ткните на 【CALIBRATE】 для входа в интерфейс калибровки, выполните последовательно следующие шаги:
Шаг 1. На этом шаге на PORT1 накручивается заглушка SMA OPEN. Кстати, её можно не накручивать, потому что она все равно ничего не делает. Ткните н OPEN, чтобы начать проверку открытого входа. Прибор пикнет, и через пару секунд выполнение этого шага завершится. Слева от OPEN появится галочка, в нижней части экрана появится буква "O", что покажет завершение на этом шаге калибровки.
Замечание: обычно DUT подключают к VNA кабелями, который может влиять на измерение, так как он будет представлять собой часть измерительной системы. Поэтому калибровку нужно производить через этот внешний кабель.
Шаг 2. Накрутите на PORT1 заглушку SMA SHORT, ткните на 【SHORT】, через несколько секунд калибровка на этом шаге завершится.
Шаг 3. Накрутите на PORT1 заглушку SMA LOAD, ткните на 【LOAD】, через несколько секунд калибровка на этом шаге завершится.
Шаг 4. Соедините друг с другом PORT1 и PORT2 кабелем, напрямую или через переходник SMA мама-мама, или через измерительный кабель.
Ткните на 【THROUGH】 для завершения калибровки.
Шаг 5. Ткните на 【DONE】, в нижней части экрана появится OSLT C*. Это показывает, что данные калибровки сгенерированы и применены, но пока не сохранены. В этот момент также справа появится меню сохранения. Ткните на 【SAVE n】 для сохранения данных калибровки, после сохранения данных калибровки в этом пункте меню также будет показан выбранный частотный диапазон калибровки.
После правильной калибровки VNA должен иметь следующие характеристики:
(1) Когда порт PORT1 оставлен открытым, маркер S11 диаграммы Смита окажется в крайней правой части экрана, по вертикали посередине (см. зеленый маркер 1 на картинке выше), трасса S11 LOGMAG будет находится около 0dB (на рисунке 0.01 dB), а для трассы S21 LOGMAG лучше всего самое нижнее положение (-87.79 dB). (2) Когда PORT1 короткозамкнут, маркер S11 диаграммы Смита переместится а левое положение круговой диаграммы, трасса S11 LOGMAG будет около 0dB, для трассы S21 LOGMAG нижнее положение самое лучшее. (3) Когда на PORT1 накручена 50 Ом нагрузка, указатель S11 диаграммы Смита переместится в центр экрана. Малые значения S11 и S21 самые лучшие. (4) Когда PORT1 и PORT2 соединены друг с другом кабелем, маркер S11 диаграммы Смита должен быть возле центра экрана, и трасса S21 LOGMAG должна показывать значение около 0dB. Для трассы S11 LOGMAG нижнее положение самое лучшее.
RECALL/SAVE. Меню 【RECALL/SAVE】 содержит пункты 【RECALL】 и 【SAVE】. Ткните на 【RECALL n】, чтобы загрузить сохраненные ранее данные калибровки из слота n. Галочка на маркере покажет, что данные были загружены. Ткните на 【SAVE n】, чтобы сохранить данные калибровки и текущие настройки в один из 7 слотов.
[TDR]
NanoVNA-F V2 может использоваться как TDR-рефлектометр, это работает только для S11.
Меню 【TDR】 содержит пункты 【TDR ON】, 【LOW PASS IMPULSE】, 【LOW PASS STEP】, 【BANDPASS】, 【WINDOW】, 【VELOCITY FACTOR】.
Ткните на 【TDR ON】 для разрешения режима TDR. Повторный клик запретит этот режим. Взаимосвязь между доменом времени и доменом частоты следующая.
● Повышение максимальной частоты повышает разрешающую способность по времени. ● Более короткий интервал измерительной частоты (т. е. снижение максимальной частоты), увеличивает максимальную длину по времени.
По этой причине максимальная длина по времени и максимальная разрешающая способность по времени должны находиться в компромиссе. Другими словами, длительность по времени соответствует измеряемой дистанции.
● Если вы хотите увеличить максимальное измеряемое расстояние, то должны уменьшить количество интервалов частот (frequency span / sweep points). ● Если нужно измерить расстояние более точно, то нужно увеличить диапазон частот.
Подключите проверяемый кабель к PORT1, оставив его противоположный конец разомкнутым или замкнутым. Переместите маркер на пиковое значение трассы S11, и на экране будет показана вычисленная длина кабеля.
Для TDR есть 3 вида режима цифровой обработки: 【LOW PASS IMPULSE】， 【LOW PASS STEP】, 【BANDPASS】, и режим по умолчанию 【BANDPASS】.
Диапазон, который может быть измерен, является конечным числом, и здесь существует минимальная частота и максимальная частота. Окно может использоваться для сглаживания этих прерывистых данных измерений и уменьшения звона.
Существует 3 уровня измерительного окна: 【MINIMUM】， 【NORMAL】, 【MAXIMUM】, по умолчанию используется 【NORMAL】.
VELOCITY FACTOR. Коэффициент скорости (velocity factor) определен как соотношение скорости распространения электромагнитных волн по линии передачи к скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.
Ткните на 【VELOCITY FACTOR】, чтобы установить коэффициент скорости. Например, типичный velocity factor кабеля RG405 равен 0.7, для него вы должны ввести 70 на виртуальной клавиатуре и нажать на Ok, после чего velocity factor будет установлен на 70%.
Замечание: используйте пониженную частоту, чтобы измерить длинные кабели, и повышенную частоту, чтобы измерять более короткие кабели с повышенной точностью.
[CONFIG]
Меню 【CONFIG】 содержит пункты 【ELECTRICAL DELAY】, 【L/C MATCH】, 【SWEEP POINTS】, 【TOUCH TEST】, 【LANGSET】, 【ABOUT】, 【BRIGHTNESS】.
ELECTRICAL DELAY используется для установки времени задержки в наносекундах (ns) или пикосекундах (ps) для компенсации задержки, которую добавляют коннекторы или кабели.
L/C MATCH. NanoVNA-F V2 поддерживает автоматическое вычисление параметров согласования L/C, соответствие импеданса нагрузки для источника сигнала 50 Ом.
Структура цепи согласования L/C показана на рис. ниже:
Пример: измеренный импеданс 31.9-58.5j, и VNA автоматически генерирует 4 группы подходящих параметров согласования:
1. Конденсатор 5.24 пФ для source shunt и 28.8 нГн для последовательной индуктивности. 2. Индуктивность 23.1 нГн для source shunt и 12 нГн последовательной индуктивности. 3. Индуктивность 97.5 нГн для load shunt и 23.3 нГн для последовательной индуктивности. 4. Индуктивность 15.3 нГн для load shunt и 5.21 пф последовательного конденсатора.
SWEEP POINTS. Это количество точек трассировки, можно конфигурировать в диапазоне от 11 до 201 (по умолчанию 101).
TOUCH TEST используется для проверки работы тачскрина.
LANGSET используется для выбора установленного языка: Chinese или English.
ABOUT. Покажет стартовый экран, где можно посмотреть версию аппаратуры, firmware version, серийный номер и информацию поддержки. У каждого NanoVNA-F V2 есть серийный номер, по которому SYSJOINT предоставляет послепродажный сервис.
STORAGE. Меню 【STORAGE】 содержит пункты 【S1P】, 【S2P】, 【LIST】.
S1P. Результаты теста S11 можно сохранить во внутреннюю память NanoVNA-F V2 в виде S1P-файлов, которые можно экспортировать на компьютер PC через кабель USB.
S2P. Результаты теста S11 и S21 можно сохранить во внутреннюю память NanoVNA-F V2 в виде S2P-файлов, которые можно экспортировать на компьютер PC через кабель USB.
LIST. Покажет все файлы SNP, сохраненные на устройстве.
NanoVNA-F V2 поддерживает отображение на экране загрузки (boot screen) пользовательской информации. Для этого используется следующий метод установки:
1. Создайте на PC файл callsign.txt. 2. Откройте файл callsign.txt в редакторе текста, и введите туда любой текст, который хотите показывать на стартовом экране. Здесь можно вводить только символы ASCII, например support@sysjoint.com. Длина строки должна быть не более 50 символов. 3. Переведите NanoVNA-F V2 в режим флешки (virtual u-disk mode), и скопируйте файл callsign.txt на virtual u-disk. 4. Перезапустите NanoVNA-F V2.
