Записки программиста

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" 240x320 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 2880x1800, 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

Метки: Беспроводная связь, Девайсы, Любительское радио.