最近入手了一台 LiteVNA 设备,性价比非常高。因为之前没有接触过 VNA 这种测试仪器,所以准备好好研究一下。和它类似的一个项目是 NanoVNA6000,价格要高些,但可能性能要好点,另外,文档也要全一些。
LiteVNA 盒子
测量RF Kit

VNA 到底是什么?

VNA 是 Vector Network Analyzer 的缩写,以下是我的理解,如果不对请指出。Vector 体现在它可以测量信号的幅度和相位上,也就是测量的结果是矢量坐标(实部,虚部)、(幅度,相位)的形式,也就是在平面坐标或者极坐标中的一个点(二维空间),而不是像万用表那样只能测量得到一个单一的数值(一维空间)。而 Network 是指被测单元是一种网络结构,也就是电阻、电容、电感构成的任意电路。

VNA 能测量什么?

根据 《VNA6000 Manual》,可以测量的参数有:
• Impedance (of an antenna, capacitor, inductor, or any one or two port device)
• Return Loss
• Frequency Response and Phase Response (of a filter, amplifier, duplexer, or any two port device)
• Delay, velocity, or length (of a cable or other two port device)
• Characteristic impedance and material properties (using custom test jigs)

要测量天线的性能,可以测量 Return Loss (回波损失)。Return Loss 是回波损耗,是通信学概念,它表示信号反射性能的参数。回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源。回波损耗(Return Loss)是越小越好。回波损耗是反射功率与入射功率之比,以对数形式表示。当反射系数为1时,即所有入射功率都被反射回来,回波损耗为0dB。在通信系统中,希望信号能够尽可能多地传输到目的地,因此回波损耗越小越好。再结合X轴的频率值,就能知道天线的工作范围了。

下面是 RF Demo Kit 中的带阻滤波器 BSF 6.5MHz 测量结果。可以看到的确在 6.5MHz 处有Band-Stop。
BSF 6.5MHz
BPF 10.7MHz 带通滤波器:
BPF10.7MHz
LPF 400MHz:
LPF 400Mhz

HPF 高通滤波 500MHz, 但实际看 -3dB 处的频率是371.5MHz,而不是 500MHz!
HPF 500MHz
综上,VNA 可以用来测量带宽很宽的一个器件的“Frequency Response”和"Impulse Response"。

测量天线的 Return Loss 和 VSWR

对下图的天线用 LiteVNA 进行 VSWR 测量。
长天线
可以看到下面的VSWR(驻波比)和 Return Loss 都是在 192.710MHz 和 796.939MHz 处最小。
所以这个天线的工作频率是 187MHz->192.710MHz->200MHz 区间 和 796.939MHz 区间。
长天线的驻波比频段
中间天线的 VSWR,VSWR=1的频率是189.738MHz,VSWR=1.5的频率是 183.795MHz、189.738MHz:
中间天线的VWR
第二小的驻波比频率点 199.149MHz,不知道天线是否也可以带增益地接收这个频率点的信号。
第二小的驻波比频率点
对比售卖的天线增益频段:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
GSM天线
对于吸盘天线,长的这个天线说是 433MHz 的天线,但实际测试得到的 VSWR 在187MHz->192.710MHz->200MHz 区间,而不是433MHz,不知道是否理解正确。
最短粗的那个天线,应该是GSM天线,频段是 900MHz->2100MHz。VSWR 的确在1.5GHz到2.5GHz区间的VSWR<1.5。VSWR<1.5的频率区间是 1.59836GHz->2.32503GHz, 在614.419MHz 点也有一个小的 VSWR1.15!
短天线VSWR

PC 控制软件

LiteVNA 可以使用 NanaVNA 的PC端软件“nanovna-saver.exe”和“”。目前我成功运行、使用的是 nanovna-saver、vna-app 和 vna-qt。
nanovna-saver 代码地址是: https://github.com/NanoVNA-Saver/nanovna-saver

另外,nanovna-saver 的功能和易用性比 vna-qt 要好。
从使用角度看 nanavna-saver > nanovna-app > vna-qt。

关于射频连接器

目前遇到射频连接器有 SMA 插头、BNC 插头和特别小的 UFL 连接器。
参考这篇文章了解更多关于射频插头的知识。

UFL连接器,是日本厂商广濑电机所推出的小型同轴电缆连机器,其他公司的兼容连接器称为IPEX、MHF I、AMC或UMCC。
在这里插入图片描述

一些测量值的含义

VSWR 驻波比

VSWR = Voltage Standing Wave Ratio
参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/600187204

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