一款DIY矢量网络分析仪:NanoVNA

 

01 矢量网络分析仪

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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。

^{▲ nanoVNA矢量网络分析仪}

○ 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

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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：[email protected] | 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 ※

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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。

 

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■ 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
• [email protected] | 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