Тестируем плату RF Demo Kit for NanoVNA-F / forpes.ru

Главная
Тестируем плату RF Demo Kit for NanoVNA-F

Тестируем плату RF Demo Kit for NanoVNA-F +24

06.11.2025 09:20

FirstJohn 6 1400 Источник

Для тех, кто изучает векторный анализатор NanoVNA, в продаже есть недорогая и полезная на мой взгляд демонстрационная плата RF Demo Kit for NanoVNA-F. На ней смонтированы 18 схем для подключения к NanoVNA. Обладая только этой платой и векторным анализатором NanoVNA, вы сможете исследовать разные схемы без необходимости их собирать. Также на плате предусмотрены эталоны для калибровки.

В интернете мало информации об этой демонстрационной плате. Можно найти несколько обучающих роликов на английском языке, а также скачать с сайта разработчика небольшое руководство по RF Demo Kit for NanoVNA-F, состоящее всего из одной страницы. Также имеется краткий перечень схем с их назначением.

В этой статье я расскажу, как пользоваться платой, а также приведу результаты своих исследований смонтированных на ней схем, проведённых с помощью NanoVNA-H4 и программы NanoVNA Saver. Если вы никогда не работали с NanoVNA и программой NanoVNA Saver, рекомендую сначала прочитать мою статью «Векторный анализатор NanoVNA для радиолюбителей».

Калибровка NanoVNA

Перед началом измерений выполните калибровку NanoVNA-H4 в диапазоне от 10 КГц до 1500 МГц в программе NanoVNA Saver, как это описано в упомянутой выше статье. Для калибровки обязательно используйте кабели из комплекта RF Demo Kit for NanoVNA-F (рис. 1).

**Рис. 1. Кабели из комплекта RF Demo Kit for NanoVNA-F**

Также вместо эталонов из комплекта NanoVNA подключайте схемы 13 (Short), 14 (Open), 15 (Load) и 16 (Thru), расположенные на демонстрационной плате (рис. 2).

**Рис. 2. Эталоны на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F**

Калибровка с кабелями и эталонами из комплекта NanoVNA приведет к неверным результатам при работе с демонстрационной платой из-за использования не тех кабелей, с которыми будут проводиться измерения.

Предостережение: подключайте и отключайте разъемы кабелей платы RF Demo Kit for NanoVNA-F с осторожностью, чтобы их не повредить. Также размещайте кабели параллельно плате, избегая резких изгибов около разъёмов.

Исследование резисторов

На плате RF Demo Kit for NanoVNA-F есть две схемы, состоящие из резисторов сопротивлением 33 Ом и 75 Ом (рис. 3).

**Рис. 3. Схемы с резисторами на 33 Ом и 75 Ом**

Исследуем резистор сопротивлением 33 Ом

Выполнив калибровку анализатора NanoVNA, подключите схему 3 с резистором на 33 Ом ко входу PORT1 (рис. 4).

**Рис. 4. Подключение схемы с резистором на 33 Ом ко входу PORT1 анализатора NanoVNA**

Далее с помощью программы NanoVNA Saver запустите сканирование в диапазоне частот от 50 КГц до 100 МГц, включив для отображения диаграмму S11 Smith Chart и S11 VSWR (рис. 5).

**Рис. 5. Результаты сканирования резистора на 33 Ом в диапазоне частот от 50 КГц до 100 МГц**

Как и следовало ожидать, измеренное значение Parallel R в этом диапазоне примерно равно 33 Ом.

Обратите внимание, что значение КСВ (VSWR) равно 1.5, так как сопротивление резистора отличается от значения 50 Ом, необходимого для полного согласования. Проведём расчёты, чтобы проверить полученный результат.

Коэффициент стоячей волны (VSWR) связан с коэффициентом отражения Г таким образом:

$\text{VSWR} = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$

где

$|\Gamma| = \frac{|Z_L - Z_0|}{|Z_L + Z_0|}$

— нагрузка (в нашем случае 33 Ом);
— волновое сопротивление линии (50 Ом)

Определяем модуль коэффициента отражения:

$\displaystyle |\Gamma| = \frac{|33 - 50|}{|33 + 50|} = \frac{17}{83} \approx 0.2048$

После подстановки получаем значение VSWR:

$\displaystyle \mathrm{VSWR} = \frac{1 + 0.2048}{1 - 0.2048} = \frac{1.2048}{0.7952} = \mathbf{1.516}$

Это вполне соответствует результатам наших измерений.

Теперь обратим внимание на диаграмму Смита. Наша нагрузка не имеет реактивной составляющей, поэтому ей соответствует точка, расположенная на горизонтальной оси диаграммы (оси действительных сопротивлений). Напомню, что левая точка этой оси соответствует короткому замыканию, правая — разрыву цепи, а центральная — идеальному согласованию.

Поскольку у нас линия с волновым сопротивлением 50 Ом, центральная точка соответствует именно сопротивлению 50 Ом.

Для сопротивления 33 Ом соответствующая точка будет расположена левее центра, так как нормированное сопротивление . Это означает, что точка находится на пересечении горизонтальной оси с окружностью постоянного сопротивления (рис. 6).

**Рис. 6. Красная точка соответствует сопротивлению 33 Ом**

Также обратите внимание на левый верхний угол диаграммы (рис. 6). Там обозначены точки от Z1 до Z8, соответствующие разным значениям полного сопротивления. Например, точка Z0 соответствует короткому замыканию, Z2 — полному согласованию, Z3 — обрыву, Z4 — сопротивлению 150 Ом. Найдите эти точки на обратной стороне платы RF Demo Kit for NanoVNA-F.

Для более подробного изучения диаграммы будет полезна статья «Основы диаграммы Вольперта-Смита».

Подключаем резистор сопротивлением 75 Ом

Если провести такие же измерения для резистора 75 Ом, расположенного на схеме 4, то на диаграмме Смита можно заметить смещение точки по горизонтальной прямой вправо от центра (рис. 7).

**Рис. 7. Результаты измерений для резистора сопротивлением 75 Ом**

Как видите, значение КСВ осталось неизменным и равно 1.5.

Полное согласование с резистором 50 Ом

А что будет, если в качестве сопротивления использовать эталон Load, представленный схемой 15?

В этом случае мы увидим картину полного согласования (рис. 8).

**Рис. 8. Полное согласование при нагрузке 50 Ом**

Теперь значение КСВ равно 1, а на диаграмме точка, соответствующая нашей нагрузке, находится в центре горизонтальной линии.

Влияние паразитных ёмкостей и индуктивностей

Известно, что в реальном мире не бывает ничего идеального. Это относится и к схемам, расположенным на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F.

Если выполнить сканирование в диапазоне от 50 КГц до 1500 МГц, то можно обнаружить, что на высоких частотах стали проявляться паразитные эффекты (рис. 9).

**Рис. 9. Паразитные эффекты на высоких частотах**

Влияние паразитных ёмкостей и индуктивностей привело к появлению паразитных резонансов, которые обнаружил анализатор, встроенный в NanoVNA Saver (рис. 10).

**Рис. 10. Паразитные резонансы на высоких частотах**

Это напоминает, что к проектированию СВЧ устройств нужно относиться внимательно, учитывая наличие таких эффектов.

Исследование конденсатора

Схема с номером 9, расположенная на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F, представляет собой конденсатор неизвестной ёмкости (рис. 11).

Подключите эту схему к анализатору NanoVNA и выполните сканирование в диапазоне от 50 КГц до 300 МГц, включив диаграммы S11 Smith Chart и S11 Serial C (рис. 12).

**Рис. 12. Сканирование ёмкости в диапазоне от 50 КГц до 300 МГц**

Видно, что на частоте 50 КГц конденсатор ведет себя подобно обрыву, и его ёмкость в точке маркера 1 определить не удалось. На частоте маркера 2, равной 147 МГц, измеренная ёмкость Series C составила примерно 207 пФ. Начиная с частоты 150 МГц значение измеренной ёмкости начало повышаться и достигло значения примерно 1,3 нФ на частоте 300 МГц.

Если взглянуть на диаграмму Смита, то все точки результатов измерений на разных частотах находятся в нижней, “ёмкостной” половине диаграммы.

А теперь давайте расширим диапазон сканирования до 1500 МГц, чтобы увидеть паразитные эффекты. В расширенном диапазоне точки на диаграмме Смита стали заходить в верхнюю часть диаграммы, так как на этих частотах появилась паразитная индуктивность (рис. 13).

**Рис. 13. Паразитные эффекты на высоких частотах при исследовании ёмкости**

На высоких частотах в качестве паразитной может проявить себя, например, индуктивность выводов конденсатора или линий подключения конденсатора к остальным компонентам схемы.

Исследование катушки индуктивности

Под номером 10 на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F есть катушка (рис. 14).

**Рис. 14. Индуктивность на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F**

Значение индуктивности катушки не указано в документации на плату, однако его можно измерить с помощью NanoVNA.

Подключите схему 10 к векторному анализатору и запустите сканирование в диапазоне от 50 КГц до 30 МГц (рис. 15).

**Рис. 15. Результат сканирования катушки индуктивности в диапазоне от 50 КГц до 30 МГц**

На диаграмме Смита все точки результатов измерений находятся в верхней, «индуктивной» половине диаграммы.

Анализируя значение параметра Series L, видно, что на частоте 15 МГц измеренная индуктивность составляет примерно 5.3 мкГн. Однако на частоте 30 МГц результаты измерений показывают значение индуктивности, равное 7.3 мкГн.

Измеренный импеданс на этой частоте равен 11+j499 Ом. Отсюда следует, что паразитное последовательное сопротивление индуктивности на частоте 15 МГц составляет 11 Ом.

При расширении диапазона сканирования до 500 МГц начинает сказываться паразитная ёмкость. В результате этого на диаграмме Смита точки заходят в нижнюю половину диаграммы (рис. 16).

**Рис. 16. Проявление паразитной ёмкости в катушке на высоких частотах**

В качестве паразитной может выступать ёмкость между выводами и витками катушки.

Последовательное соединение резистора и конденсатора

Проведем исследование RC-цепочки, реализованной на схеме с номером 7 (рис. 17).

**Рис. 17. Последовательное соединение конденсатора и резистора**

Запустим сканирование в диапазоне от 50 КГц до 300 МГц, открыв диаграммы S11 Smith Chart и Serial C (рис. 18).

**Рис. 18. Исследование последовательной RC-цепочки**

Из диаграммы Смита видно, что все точки результатов измерений находятся в нижней половине, что соответствует ёмкостной составляющей.

Чтобы определить значения сопротивления и ёмкости, воспользуемся данными из поля Impedance:

Активная (резистивная) часть импеданса составляет примерно 51 Ом, а реактивная (ёмкостная) -5.91 Ом.

Чтобы получить эквивалентную последовательную ёмкость, используем формулу:

$\displaystyle C = \frac{1}{2\pi f |X|}$

После подстановки значений для частоты 149.653 МГц и реактивной части импеданса -5.91 Ом получаем результат:

$\displaystyle C = \frac{1}{2\pi \times 1.49653 \times 10^8 \times 5.91} = 1.79 \times 10^{-10}\ \text{Ф} = 0.179\ \text{нФ}$

Таким образом, по результатам измерений на частоте 150 МГц выяснилось, что RC-цепочка в схеме с номером 7 состоит из сопротивления 51 Ом и ёмкости 179 пФ.

На этой частоте КСВ (VSWR) составил 1.126, что означает почти полное согласование. На частоте 300 МГц значение КСВ ещё лучше — 1.061.

Если провести сканирование в диапазоне от 950 МГц до 1500 МГц, то видно проявление паразитных эффектов (рис. 19).

**Рис. 19. Проявление паразитных эффектов**

В этом диапазоне частот анализатор NanoNVA показал значительное количество паразитных резонансов (рис. 20).

**Рис. 20. Паразитные резонансы RC-цепочки на высоких частотах**

Видно, что даже простейшая RC-цепочка на высоких частотах может вести себя как схема с множественными резонансами.

Исследуем последовательный LC-контур

Схема с номером 8 представляет собой последовательный LC-контур (рис. 21).

Запуск сканирования

Чтобы определить характеристики LC-контура, подключите его к анализатору NanoVNA и запустите сканирование в диапазоне от 1 МГц до 600 МГц (рис. 22).

**Рис. 22. Результаты сканирования последовательного LC-контура**

Анализируя диаграммы S11 Smith Chart и S11 |Z| (представленную в логарифмическом масштабе), видим, что резонансная частота контура равна примерно 215 МГц.

Точка маркера 2, соответствующая этой частоте, находится на горизонтальной линии диаграммы Смита — при резонансе реактивные составляющие импеданса полностью компенсируются.

На частоте резонанса также наблюдается минимум на диаграмме модуля полного сопротивления S11 |Z|, что полностью согласуется с поведением последовательного колебательного LC-контура.

Изменим интервал сканирования для получения более точных результатов (рис. 23).

**Рис. 23. Установили интервал сканирования от 190 МГц до 240 МГц**

Определение добротности колебательного контура

Для колебательного контура важен такой параметр, как добротность. Чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери энергии за каждый период колебаний, и тем медленнее эти колебания затухают.

Добротность обозначается символом Q (quality factor). Она показывает, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем её потери за время изменения фазы на 1 радиан.

Программа NanoVNA Saver показывает параметр Quality factor. Он вычисляется из параметров эквивалентной RLC-модели через отношение реактивного и активного сопротивлений вблизи резонанса:

$\displaystyle Q = \frac{\omega_{0} L}{R}$

Или

$\displaystyle Q = R_{p} \sqrt{\frac{C}{L}}$

Вычислим для последовательного LC-контура значение классической добротности через ширину полосы пропускания:

$\displaystyle Q = \frac{f_{0}}{f_{2} - f_{1}}$

где:

$f_{0}$ — резонансная частота,
$f_{1}$ и $f_{2}$ — частоты, на которых уровень сигнала (или модуля импеданса)
снижается на −3 дБ относительно резонансного значения

Классическая добротность показывает, насколько «узким» является резонанс. Что же касается значения -3dB, то оно соответствует уменьшению мощности в два раза. Для последовательного контура это означает рост модуля импеданса до $\displaystyle |Z|_{3\text{дБ}} = |Z|_{\text{min}} \cdot \sqrt{2}$ , а для параллельного — уменьшение до $\displaystyle |Z|_{3\text{дБ}} = \frac{|Z|_{\text{max}}}{2}$ .

Чтобы определить частоты $f_{0}$ , $f_{1}$ и $f_{2}$ , экспортируем из NanoVNA Saver данные сканирования, показанные на рис. Х, и обработаем их программой, составленной на языке Python.

Для выгрузки щёлкните кнопку Files, расположенную в нижней части окна NanoVNA Saver. Появится окно Files (рис. 24).

Щёлкните здесь кнопку Save 1-Port file (S1P) и укажите путь для сохранения файла. Назовите файл Serial-LC.s1p.

Далее разместите в том же каталоге, куда был сохранён файл, программу analyze_vna.py:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import skrf as rf

filename = "Serial-LC.s1p"
Z0 = 50

ntw = rf.Network(filename)
freq = ntw.f
s11 = ntw.s[:, 0, 0]
Z = Z0 * (1 + s11) / (1 - s11)
Z_abs = np.abs(Z)

# Автоопределение типа контура
if Z_abs[0] > Z_abs[len(Z_abs)//2]:
    # если |Z| уменьшается к центру диапазона → последовательный контур
    f0_idx = np.argmin(Z_abs)
    contour_type = "последовательный"
else:
    f0_idx = np.argmax(Z_abs)
    contour_type = "параллельный"

f0 = freq[f0_idx]

# Уровень -3 дБ
Z_ref = Z_abs[f0_idx]
level_3db = Z_ref * np.sqrt(2) if contour_type == "последовательный" else Z_ref / np.sqrt(2)

# Поиск f1, f2
if contour_type == "последовательный":
    left_idx = np.where(Z_abs[:f0_idx] >= level_3db)[0]
    right_idx = np.where(Z_abs[f0_idx:] >= level_3db)[0]
else:
    left_idx = np.where(Z_abs[:f0_idx] <= level_3db)[0]
    right_idx = np.where(Z_abs[f0_idx:] <= level_3db)[0]

f1 = freq[left_idx[-1]] if len(left_idx) > 0 else np.nan
f2 = freq[f0_idx + right_idx[0]] if len(right_idx) > 0 else np.nan
Q = f0 / (f2 - f1) if not np.isnan(f1) and not np.isnan(f2) else np.nan

print("=== Результаты анализа ===")
print(f"Тип контура: {contour_type}")
print(f"Резонансная частота f0 = {f0/1e6:.3f} МГц")
if not np.isnan(Q):
    print(f"Частоты −3 дБ: f1 = {f1/1e6:.3f} МГц, f2 = {f2/1e6:.3f} МГц")
    print(f"Добротность Q = {Q:.2f}")
else:
    print("Не удалось определить частоты f1 и f2 на уровне −3 дБ.")

out = np.column_stack([freq, np.real(Z), np.imag(Z)])
np.savetxt("Serial-LC.csv", out, delimiter=",", header="Freq_Hz,Re(Z)_Ohm,Im(Z)_Ohm", comments="")
print(f"Файл сохранён: Serial-LC.csv  ({len(freq)} точек)")

plt.figure()
plt.plot(freq / 1e6, Z_abs, label="|Z|")
plt.axvline(f0 / 1e6, color="r", linestyle="--", label=f"f0 = {f0/1e6:.2f} МГц")
plt.axhline(level_3db, color="orange", linestyle=":", label="-3 dB уровень")
if not np.isnan(f1):
    plt.axvline(f1 / 1e6, color="g", linestyle=":")
if not np.isnan(f2):
    plt.axvline(f2 / 1e6, color="g", linestyle=":")
plt.xlabel("Частота, МГц")
plt.ylabel("|Z|, Ом")
plt.title(f"Импеданс ({contour_type} контур)")
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.show()

Эта программа анализирует данные S-параметров из файла Serial-LC.s2p, вычисляя модуль импеданса исследуемого контура. Она автоматически определяет тип контура (последовательный или параллельный), находит резонансную частоту, частоты на уровне −3 дБ и рассчитывает добротность (Q).

В программе используется модуль skrf, представляющий собой специализированную библиотеку Python для анализа, моделирования и визуализации радиочастотных (RF) и СВЧ-цепей. Она полезна при обработке данных, полученных с векторных анализаторов цепей, таких как NanoVNA, а также для расчёта S-параметров, импедансов, добротностей и так далее.

Перед запуском программы установите Python версии 3 и необходимые зависимости:

$ pip install numpy matplotlib scikit-rf

Программа выводит результаты анализа на консоль:

$ python3 analyze_vna.py
=== Результаты анализа ===
Тип контура: последовательный
Резонансная частота f0 = 214.298 МГц
Частоты −3 дБ: f1 = 209.091 МГц, f2 = 218.926 МГц
Добротность Q = 21.79
Файл сохранён: Serial-LC.csv  (606 точек)

Таже она сохраняет данные в файл Serial-LC.csv и показывает диаграмму зависимости |Z| от частоты (рис. 25).

**Рис. 25. Диаграмма зависимости |Z| от частоты**

На этой диаграмме отмечена частота резонанса и частоты, соответствующие уровню -3dB.

Файлы с расширениями имени s1p и s2p — это текстовые файлы в формате Touchstone (иногда называемом SnP-форматом). Такие файлы используются для хранения S-параметров (scattering-parameters) линейных устройств или сетей. Более подробное описание формата вы найдёте на странице SnP (Touchstone) File Format.

Последовательный RLC-контур с потерями

Для исследования последовательного RLC-контура с потерями подключите к сетевому анализатору NanoVNA схему с номером 1 (рис. 26).

Запустите сканирование этой схемы в диапазоне частот от 10 МГц до 130 МГц, включив диаграммы S11 Smith Chart и S11 |Z| (рис. 27).

**Рис. 27. Результаты сканирования в диапазоне от 10 МГц до 130 МГц**

По результатам сканирования на диаграмме Смита виден резонанс на частоте 72.876 МГц. Эту же частоту показывает анализатор, который можно запустить кнопкой Analysis (рис. 28).

**Рис. 28. Анализатор определил резонанс на частоте 72.876 МГц**

После измерений на резонансной частоте 72.876 МГц (маркер 2) получены такие характеристики контура:

Импеданс Z = 14.7 – j65.1 мОм = 0.0147−j0.0651 Ом
Series L = –142.12 пГн
Series C = 33.56 нФ
Parallel R = 14.724 Ом
Parallel X = 655.57 фФ (значение реактивного сопротивления, полученное NanoVNA-Saver)

Таким образом, активная часть R составляет 14.7 мОм, реактивная -65.1 мОм (ёмкостная).

Ёмкость, соответствующая измеренной реактивной части:

$\displaystyle C = \frac{1}{2\pi f |X|} = \frac{1}{2\pi \cdot 72.876 \times 10^6 \cdot 0.0651} \approx 33.55\ \text{нФ}$

Индуктивность определяем по формуле резонанса:

$\displaystyle L = \frac{1}{(2\pi f)^2 C} = \frac{1}{(2\pi \cdot 72.876 \times 10^6)^2 \cdot 33.55 \times 10^{-9}} \approx 142.17\ \text{пГн}$

Вычисляем добротность колебательного контура

Определим добротность колебательного контура с потерями через ширину полосы пропускания с помощью программы analyze_vna.py, как я это сделал для LC-контура. В результате вычислений получится значение, равное 1.61:

$ python analyze_vna.py
=== Результаты анализа ===
Тип контура: последовательный
Резонансная частота f0 = 62.959 МГц
Частоты −3 дБ: f1 = 46.893 МГц, f2 = 85.967 МГц
Добротность Q = 1.61
Файл сохранён: Serial-LC.csv  (606 точек)

На рис. 29 показана диаграмма |Z| LCR-контура с отмеченной частотой резонанса и частотами, соответствующими уровню -3dB.

**Рис. 29. Диаграмму зависимости |Z| от частоты RCL-контура**

На этой диаграмме отмечена частота резонанса, а также частоты, соответствующие уровню -3dB.

Определяем ёмкость и индуктивность

Параметр Series C, равный примерно 33.56 нФ, представляет собой ёмкость, включённую последовательно с контуром.

Теперь зная резонансную частоту, найдём индуктивность. Частота резонанса может быть рассчитана по такой формуле:

$\displaystyle f_{0} = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$

Из неё получим значение индуктивности:

$\displaystyle L = \frac{1}{(2\pi f_{0})^{2} C}$

После подстановки определяем величину индуктивности:

$f_0 = 46 \cdot 10^6\ \text{Гц},\ C = 2.6179 \cdot 10^{-9}\ \text{Ф},\ L = \frac{1}{(2\pi \cdot 46 \cdot 10^6)^2 \cdot 2.6179 \cdot 10^{-9}} \approx 4.58\ \text{нГн}$

Вычислим значения индуктивной и ёмкостной реактивности:

$\displaystyle X_{L} = 2\pi \cdot 46 \times 10^{6} \cdot 4.58 \times 10^{-9} \approx 1.325\ \text{Ом}$

$\displaystyle X_{C} = \frac{1}{2\pi \cdot 46 \times 10^{6} \cdot 2.6179 \times 10^{-9}} \approx 1.32\ \text{Ом}$

Таким образом, на частоте резонанса реактивности взаимно компенсируются.

LC-контур с шунтирующим сопротивлением

Схема под номером 2 представляет собой последовательный LC-контур с шунтирующим сопротивлением (рис. 30).

Запустите для этого контура сканирование в диапазоне частот от 10 МГц до 600 МГц (рис. 31).

**Рис. 31. Результат сканирования шунтированного LC-контура**

По результатам сканирования резонансная частота составила 44.1322 МГц.

Другие параметры на резонансной частоте:

Импеданс: 3.16+j726м Ом (получено от NanoVNA Saver)
Series L: 2.6194 нГн
Series C: 4.9652 нФ
Parallel R: 3.324 Ом
Parallel X: 52.103 нГн

Для расчёта ёмкости конденсатора C в колебательном контуре воспользуемся формулами:

$\displaystyle f_{0} = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$

Здесь $\displaystyle f_{0}$ — резонансная частота. Отсюда ёмкость C равна:

$\displaystyle C = \frac{1}{(2\pi f_{0})^{2} L}$

В качестве значения индуктивности подставляем данные из поля Series L, при этом резонансная частота равна 44.1322 МГц:

$\displaystyle C = \frac{1}{(2 \cdot 3.1416 \cdot 44.1322 \times 10^{6})^{2} \cdot 2.6194 \times 10^{-9}}$

Подставляя числа, получаем что ёмкость С равна 4.97 нФ — как и получено в результате измерений.

Теперь рассчитаем добротность последовательного LC-контура, шунтированного R:

$\displaystyle Q = R \cdot \sqrt{\frac{C}{L}}$

После подстановки значений получаем добротность:

$\displaystyle Q = \frac{3.324 \cdot \sqrt{4.97 \times 10^{-9}}}{2.6194 \times 10^{-9}} \approx 4.576$
``

Реактивное сопротивление на резонансной частоте можно вычислить так:

$\displaystyle X_{L} = 2\pi f_{0} L = 2 \cdot 3.1416 \cdot 44.1322 \times 10^{6} \cdot 2.6194 \times 10^{-6} \approx 725.5\ \text{Ом}$

$\displaystyle X_{C} = \frac{1}{2\pi f_{0} C} = \frac{1}{2 \cdot 3.1416 \cdot 44.1322 \times 10^{6} \cdot 4.97 \times 10^{-12}} \approx 726\ \text{Ом}$

Параллельное сопротивление $\displaystyle R_{p} = 3.324\ \text{Ом}$ частично шунтирует контур, снижая его добротность до значения .

Если установить диапазон сканирования от 10 МГц до 80 МГц, можно оценить ширину резонансной кривой (рис. 32).

**Рис. 32. Большая ширина резонансной кривой**

Результаты обработки данных программой analyze_vna.py представлены ниже:

$ python  analyze_vna.py
=== Результаты анализа ===
Тип контура: последовательный
Резонансная частота f0 = 42.859 МГц
Частоты −3 дБ: f1 = 39.388 МГц, f2 = 47.140 МГц
Добротность Q = 5.53
Файл сохранён: Serial-LC.csv  (606 точек)

В графическом виде эти результаты показаны на рис. 33.

**Рис. 33. Диаграмма зависимости |Z| от частоты**

Здесь отмечена частота резонанса и частоты, соответствующие уровню -3dB. Вычисленное значение добротности составило 5.53.

Фильтр нижних частот

Схема под номером 11 представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ, Low-pass Filter), который пропускает низкие частоты и задерживает высокие (рис. 34).

**Рис. 34. Схема фильтра нижних частот**

Чтобы исследовать этот фильтр, подключите его двумя кабелями из комплекта RF Demo Kit for NanoVNA-F. Один кабель нужно подключить к разъёму PORT1 анализатора NanoVNA, а другой — к разъёму PORT2.

Запустите сканирование в диапазоне частот от 10 МГц до 600 МГц, открыв диаграмму S21 Gain (рис. 35).

**Рис. 35. Результаты сканирования фильтра нижних частот**

Как видно из результатов исследования, а также по данным анализатора NanoVNA-Saver, частота среза этого фильтра составляет 357.174 МГц (рис. 36).

**Рис. 36. Определение частоты среза фильтра нижних частот**

Фильтр верхних частот

Займёмся исследованием фильтра верхних частот (ФВЧ, High Pass Filter), представленного на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F в схеме под номером 12 (рис. 37).

**Рис. 37. Схема фильтра верхних частот**

Запустите сканирование в диапазоне частот от 200 МГц до 900 МГц (рис. 38).

**Рис. 38. Результаты сканирования фильтра верхних частот**

С помощью анализатора можно определить, что частота среза этого фильтра составляет примерно 529.752 МГц (рис. 39).

**Рис. 39. Определение частоты среза с помощью анализатора**

Режекторный керамический фильтр

Под номером 5 на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F находится схема режекторного фильтра с центральной частотой 6.5 МГц (рис. 40).

**Рис. 40. Режекторный фильтр с центральной частотой 6.5 МГц**

Результаты сканирования с центральной частотой 6.5 МГц в полосе в полосе 2.5 МГц показаны на рис. 41.

**Рис. 41. Результаты сканирования режекторного фильтра на 6.5 МГц**

Надо сказать, что у этого фильтра я обнаружил большое затухание за пределами полосы подавления (рис. 42).

**Рис. 42. Диаграмма S21 Gain режекторного фильтра крупным планом**

Анализатор программы NanoVNA Saver не смог автоматически определить полосу подавления, сообщив, что ему не хватает данных. И это несмотря на увеличение количества сегментов в поле Segments до 6 и даже до 8. Видимо, всё же дело в очень сильном подавлении сигнала и плохом качестве фильтра.

Полосовой фильтр

На схеме под номером 6 на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F находится полосовой фильтр на частоту 10.7 МГц (рис. 43).

Первоначальные результаты сканирования полосового фильтра с центральной частотой 10.7 МГц и полосой 1 МГц меня удивили (рис. 44).

**Рис. 44. Странные результаты сканирования полосового фильтра на 10.7 МГц**

Однако присмотревшись повнимательнее к монтажу схемы, я обнаружил, что левый вывод фильтра плохо пропаян. Вооружившись паяльником, я решил проблему (рис. 45).

**Рис. 46. Результаты сканирования отремонтированной схемы с полосовым фильтром**

Тем не менее оказалось, что затухание в пределах полосы пропускания очень большое. Возможно, качество фильтра не очень высокое или же он неисправен. Анализатор NanoVNA Saver не справился с автоматическим определением полосы пропускания.

Аттенюаторы

Схемы с номерами 17 и 18 реализуют функции аттенюаторов с ослаблением на -10 dB и -3 dB, соответственно (рис. 46).

Анализ результатов сканирования аттенюаторов в диапазоне от 1 МГц до 1000 МГц показал ожидаемые результаты.

На рис. 47 представлены результаты для аттенюатора на -10 dB.

**Рис. 47. Результаты для аттенюатора на -10 dB**

В укрупнённом виде эти же результаты показаны на рис. 48.

**Рис. 48. Результаты для аттенюатора на -10 dB в укрупнённом виде**

За исключением одного небольшого всплеска, ослабление примерно одинаковое в диапазоне от 1 МГц до 1000 МГц.

Аналогичные результаты были получены и для аттенюатора с ослаблением -3dB (рис. 49).

**Рис. 49. Результаты для аттенюатора на -3 dB**

На диаграмме в укрупнённом виде также виден небольшой всплеск (рис. 50).

**Рис. 50. Результаты для аттенюатора на -3 dB в укрупнённом виде**

Отмечу, что значение КСВ этих фильтров близко к единице во всём диапазоне частот сканирования от 1 МГц до 1000 МГц. Это обеспечивает хорошее согласование с кабелями и нагрузками с волновым сопротивлением 50 Ом.

Итоги

Надеюсь, вам понравился процесс тестирования схем, размещённых на плате RF Demo Kit for NanoVNA-F, и теперь вы лучше понимаете принципы работы с векторным анализатором NanoVNA и программой NanoVNA Saver.

Вы смогли изучить приёмы исследования различных схем, не тратя время на их сборку — на демонстрационной плате уже есть все готовое, включая эталоны для калибровки векторного анализатора.

На примере определения реальной добротности последовательного LC-контура я показал способ получения данных сканирования от NanoVNA через экспорт из программы NanoVNA Saver. Полученные данные можно обрабатывать, например, с помощью программы на Python, описанной в этой статье, или других инструментов.

Пишите в комментариях, что бы вы ещё хотели узнать о NanoVNA и его применении.

Автор @AlexandreFrolov

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.

Комментарии (6)

Moog_Prodigy
06.11.2025 13:38
#29072592
Хотелось бы узнать, что там в виртуальном com порту бегает, которым приборчик общается с Saver-ом. Хотелось бы написать утилитку-рефлектометр для измерения длины провода по отражению, в Savere это реализовано довольно криво и неудобно.
1. AlexandreFrolov
  06.11.2025 13:38
  #29074720
  Сам не пробовал, но возможно, будет полезен раздел "6 - Appendix II – USB data interface" описания "User Manual - NanoVNA V2".

AlexAV1000
06.11.2025 13:38
#29072836
А как им усилители смотреть? Надо на входе NanoVNA аттенюатор ставить?
1. AlexandreFrolov
  06.11.2025 13:38
  #29074710
  В общем случае да. Надо еще смотреть какой усилитель, не будет ли он перегружен сигналом от NanoVNA. А то может быть придется ставить два аттенюатора - перед усилителем и после него (10–20 дБ).
  Убедитесь, что с выхода усилителя на вход NanoVNA не будет подано постоянное напряжение.

Gudd-Head
06.11.2025 13:38
#29077154
Килогерц сокращается так: кГц (а не КГц).
1. AlexandreFrolov
  06.11.2025 13:38
  #29077424
  Благодарю за уточнение

Тестируем плату RF Demo Kit for NanoVNA-F +24

Калибровка NanoVNA

Исследование резисторов

Исследуем резистор сопротивлением 33 Ом

Подключаем резистор сопротивлением 75 Ом

Полное согласование с резистором 50 Ом

Влияние паразитных ёмкостей и индуктивностей

Исследование конденсатора

Исследование катушки индуктивности

Последовательное соединение резистора и конденсатора

Исследуем последовательный LC-контур

Запуск сканирования

Определение добротности колебательного контура

Последовательный RLC-контур с потерями

Вычисляем добротность колебательного контура

Определяем ёмкость и индуктивность

LC-контур с шунтирующим сопротивлением

Фильтр нижних частот

Фильтр верхних частот

Режекторный керамический фильтр

Полосовой фильтр

Аттенюаторы

Итоги

Комментарии (6)

Moog_Prodigy

AlexandreFrolov

AlexAV1000

AlexandreFrolov

Gudd-Head

AlexandreFrolov