nanovna/

В последнее время среди радиолюбителей и сочувствующих наблюдается ажиотаж вокруг NanoVNA. Данное устройство представляет собой портативный векторный анализатор цепей (vector network analyzer, VNA) на частоты от 50 кГц до 900 МГц, является отрытым железом . За сумму от 45$ до 110$, в зависимости от продавца и комплектации, нам обещают функционал, сравнимый с функционалом антенного анализатора FAA-450 (EU1KY) и анализатора спектра DSA815-TG , и в чем-то даже их превосходящий. Интуиция подсказывает, что где-то есть подвох. Давайте разбираться.

Fun fact! Основные компоненты NanoVNA — микроконтроллер STM32 , генератор Si5351 , смесители SA612 , 4-х канальный АЦП TLV320 и тачскрин 2.4″ 240 x 320 ILI9341 .

Некоторое время назад Kevin Loughin, KB9RLW опубликовал пару видео с обзором дешевых клонов NanoVNA с AliExpress: первое и второе . Если коротко, то качество устройств ни на что не годилось, и показывали они ерунду. Казалось бы, тему на этом можно и закрыть. Однако вскоре NanoVNA был замечен в магазине Nooelec , широчайше известной в очень узких кругах компании.

Nooelec приводит графики , демонстрирующие, что их NanoVNA не сильно врет по сравнению со «взрослым» векторным анализатором цепей Tektronix TTR506A , розничная цена которого составляет порядка 18 000$. Кроме того, Nooelec является единственным авторизованным продавцом NanoVNA, который платит отчисления разработчикам, а еще дает шестимесячную гарантию на свои продукты и имеет адекватную службу поддержки. В комплекте с NanoVNA они кладут пару кабелей LMR-200 ( даташит [PDF] ), обжатых под SMA, а также набор для калибровки, комплект аттенюаторов и что-то там еще по мелочи.

В общем, любопытство взяло вверх, и было решено приобрести себе один экземпляр на пробу. Далее приведены соответствующие фотографии и сриншоты с небольшими пояснениями.

КСВ антенны Nagoya NA-771 в диапазоне 70 см (баг в отрисовке вам не кажется):

Само собой разумеется, измерение антенны производилось в вертикальном положении. Затем график был заморожен, после чего я и сделал фото.

Входное сопротивление той же антенны на диаграмме Смита :

АЧХ режекторного фильтра на 88-108 МГц, который мы несколько раз использовали ранее:

В NanoVNA есть нормализация с поправкой на потери в кабелях. Без нее подобные измерения были бы совершенно бессмысленны.

АЧХ и ФЧХ фильтра высоких частот из заметки Продвинутые аналоговые фильтры :

Также к NanoVNA есть GUI-клиент под названием NanoVNASaver. Он написан на Python и в MacOS устанавливается так:

Скриншот клиента (кликабельно, PNG 2880 x 1800, 570 Кб):

Что тут сказать. NanoVNA работает и показывает что-то похожее на правду. К GUI-клиенту нет никаких претензий, он великолепен.

А вот что не совсем великолепно, это интерфейс NanoVNA. К нему, так скажем, нужно привыкнуть. Например, я долго не мог понять, как попасть в режим прямого ввода частоты. Оказывается, это можно сделать либо долгим удержанием кнопочки (на фото — справа вверху), либо нажав на пустую белую область в правом нижнем углу от частоты. User Guide с устройством не идет, но его можно найти онлайн. Описывает ли он этот момент? Не описывает.

Еще я не мог выяснить, почему при включении NanoVNA предлагает мне частоту 144 МГц в режиме анализатора спектра, хотя я точно знаю, что последний раз использовал его на 7 МГц в режиме антенного анализатора. Обычно мне нужен именно последний режим. Оказалось, что NanoVNA использует настройки, сохраненные в меню RECALL SAVE. Там доступно пять настроек с номерами от 0 до 4. После включения устройство всегда использует нулевую настройку.

Из прочего по интерфейсу — в редких случаях на графиках появляются артефакты, как было продемонстрировано выше. Кнопочка достаточно часто не срабатывает. К счастью, при помощи тачскрина в устройстве можно делать все за исключением плавного перемещения курсоров. Последнее делается нажатием кнопочки влево и вправо, которое срабатывает нормально. Тачскрин, надо отметить, работает хорошо, притом без стилуса.

Как вы поняли по приведенным фотографиям, в NanoVNA нет возможности сохранять скриншоты графиков. Для меня это важный функционал, потому что я постоянно использую скриншоты в своих статьях. Впрочем, для большинства людей это, скорее всего, не будет проблемой.

Все графики строятся по 101-ой точке. Это не критично при использовании устройства в режиме антенного анализатора, но крайне мало при анализе фильтров, и всякого такого. Например, вы хотите определить частоту, в которой фильтр пропускает сигнал с уровнем -3 дБ. Будьте морально готовы либо к погрешности порядка ±1 МГц, либо к тому, что придется много раз повторять сканирование с разными параметрами.

Никакой математики с трейсам, изменения resolution bandwidth, video bandwidth или уровня сигнала следящего генератора, поиска пиков, встроенного аттенюатора и преамплифаера, ровно как и большинства других привычных функций анализатора спектра NanoVNA не имеет. Проблему 101-ой точки отчасти можно решить при помощи NanoVNASaver, если указать значение segments большее, чем 1. В этом случае сканирование по частоте будет разбито на несколько интервалов, по 101-ой точке в каждом. Время сканирования при этом возрастает пропорционально числу segments.

Корпус устройства является полуоткрытым и на вид хрупок. Это в какой-то степени решается. На thingiverse.com есть готовые модели защитных бортиков для NanoVNA, которые можно напечатать на 3D-принтере .

Несмотря на озвученные моменты, в целом NanoVNA довольно хорош, особенно если рассматривать его в контексте отношения цены и качества. По моим представлениям, NanoVNA — это антенный анализатор . Очень неплохой антенный анализатор, который дополнительно может проверить фильтр (как АЧХ, так и ФЧХ) или измерить потери в кабеле . К тому же, маленький и легкий. Это вполне серьезный конкурент FAA-450.

Fun fact! NanoVNA также может быть использован для оценки диаграммы направленности антенны .

Если же вы ищите полноценный анализатор спектра или тем более VNA, то вынужден вас огорчить. Чудес не бывает. Подобный функционал в NanoVNA совсем базовый, можно даже сказать, что игрушечный. Поймите меня правильно. Это совершенно потрясающе, что он есть. Но для сколь-либо серьезных задач вам предстоит обзавестись устройством совершенно другого ценового класса.

В заключение отмечу, что кабели, аттенюаторы и эквивалент нагрузки, что шли в комплекте, я также проверил, используя Rigol DSA815-TG. По ним нет никаких претензий. В частности, КСВ эквивалента нагрузки на частоте 1.5 ГГц составляет 1.3, а на частотах до 650 МГц — не превышает 1.1.

Дополнение: Векторный анализатор цепей ARINST VNA-PR1