NanoVNA

NanoVNA – Der Antenne unter den Rock geschaut

Der NanoVNA ist ein Vector Network Analyzer, der uns dabei helfen kann unsere vorhandenen Antennen auf Tauglichkeit zu überprüfen und Selbstbauantennen erfolgreich abzustimmen. Dabei ist er mit einem Preis um 50€ unschlagbar günstig.

Der NanoVNA arbeitet in einem Bereich von 50kHz bis 900 MHz und eignet sich damit sehr gut für das europäische SRD-Band in dem LoRaWAN arbeitet. Der normale Anwender wie ich, wird wohl am häufigsten den S11 Wert bestimmen wollen. Dieser ist der Reflektions Koeffizient und beschreibt wie viel Energie die Antenne wieder reflektiert. Die reflektierte Energie wird von der Antenne nicht abgestrahlt und ist somit unnütz, da sie wieder im Sender landet. Das Ziel ist es also bei 868 MHz einen möglichst geringen S11-Wert zu haben, da so ein Maximum der Sendeleistung auch von der Antenne abgestrahlt wird.

Bei eurer Anschaffung solltet ihr auf die Abschirmbleche achten. Bei vielen Kopien sind diese nicht vorhanden. Mein Exemplar hat sie und macht auch ansonsten einen guten Eindruck.

Firmwareupdate des NanoVNA

Da ihr normalerweise einen NanoVNA mit veralteter Firmware erhalten werdet, starten wir erst mal mit einem Update. Es gibt drei größere Varianten, die je nach Hardware, nutzbar sind. Das Original von eddy ist fir den nanoVNA gedacht. Hugen hat die Platine angepasst und liefert dafür ebenfalls Firmware. Diese Varianter nennt sich NanoVNA-H. Daneben gibt es noch NaonVNA-Q für die H-Hardware. Ihr solltet erst mal die Firmware nutzen, mit der euer VNA auch ausgeliefert wird, später könnt ihr dann auch mal die anderen testen. Meiner wurde mit NanoVNA-H ausgeliefert, also beziehen sich alle meine Erfahrungen auf diese Variante.

  1. NanoVNA von eddy555
  2. NanoVNA-H von hugen
  3. NanoVNA-Q für NanoVNA-H

hugen bietet zusätzlich noch eine AA-Variante an. AA steht für Antenna Analyzer und bietet anstelle der vier Traces nur zwei, dafür aber einen größeren Font. Diese Version solltet ihr jedenfalls mal testen, wenn ihr nur eure Antenne analysieren wollt.

In beiden Varianten wird die Firmware mittels DfuSe auf den VNA geladen. Bei der Variante von Eddy müsst ihr vorher das Firmware-File in ein Dfu-File wandeln. Dazu nutzen wir den Dfu File Manager, welcher zusammen mit DfuSe installiert wird. Startet den File Manager und wählt „GENERATE a DFU file“. Das File öffnet ihr mittels „S19 or HEX“ und verweist auf die build\ch.hex aus dem Firmware-Archiv. Mittels „Generate“ erzeugt ihr das File welches ihr nun abspeichert.

Nun können wir das eigentliche Update mittels DfuSe durchführen. Zuerst müsst ihr euren NanoVNA mit dem PC verbinden und in den DFU Mode versetzen. Für Windows 10 sind keine weiteren Treiber notwendig. Neuere NanoVNAs können per Menü in den DFU Mode gesetzt werden, bei älteren geht das nur über einen Jumper/Drahtbrücke. Ich hatte Glück und konnte dem Modus über Config -> DFU-> Reset and enter DFU in den DFU Mode bringen. Anschließend starten wir DfuSe.

Unter Available DFU Devices sollte euere STM Device auftauchen. Über Choose wählt ihr nun eure Firmware und startet dann das Update über Upgrade. Nach dem Meldung Upgrade successfull ist der Vorgang abgeschlossen und ihr könnt euren NanoVNA resetten.

Kalibrierung des NanoVNA

Nach jedem Firmware Upgrade sollte der NanoVNA kalibriert werden. Wenn ihr ein ordentliches Paket gekauft habt, dann sollte auch ein Kalibrierungs-Set mitgeliefert worden sein. Ich bin dabei nach dieser Anleitung vorgegangen. Wichtig ist dabei im Menü CAL auch vorher RESET auszuwählen.

Zusätzlich zu dieser Breitband-Kalibrierung, könnt ihr noch drei weitere Presets abspeichern. Es macht Sinn hier für seinen Anwendungsfall einen Frequenzbereich zu definieren. Für LoRaWAN in EU wäre das zum Beispiel ein Bereich von 800 bis 900 MHz. Wiederholt also nochmals die Kalibrierung und legt sie auf einen anderen Speicherplatz ab. Über RECALL könnt ihr dann diese Presets immer wieder abrufen.

Wichtig ist das ihr nach der Kalibrierung folgende Werte am Seitenrand seht, dabei muss das C groß sein. Die Zahl steht für den Speicherplatz.

Anzeige der Korrekturwerte

Testen von Antennen

Nach dem der VNA upgedatet ist und auch justiert wurde, muss er auch mal benutzt werden.Ich habe dann sogleich alle meine Antennen zusammen gesucht um sie durchzumessen. Die Ergebnisse findet ihr in der Tabelle. Je kleiner der S11-Wert ist, desto besser ist die Antenne. Besonders gespannt war ich auf die Werte meiner selbst gebauten Ground Plane Antenne, welche ich nach dieser Berechnungshilfe gebaut habe.

TTGOT-BeamDragino BeeIMSTChina 1China 2Ground Plane
S11-8dB -10,5dB-24dB-15dB-25dB-8dB-20dB

Ich lasse die Werte jetzt hier mal so unkommentiert stehen, da ich mich in einem zweiten Beitrag näher mit dem Thema befassen werde und meine gemachten Beobachtungen dazu. Ohne ein Messgerät ist jedenfalls die Antennennutzung ein Blindflug.

NanoVNASaver

Der NanoVNASaver, ist eine Software um die Daten des NanoVNA auswerten zu können. Daneben ermöglicht er es die Messungen in Segmente zu unterteilen, um die 101 Messpunkte Limitation zu umgehen. Zusätzlich könnt ihr die Daten und Diagramme besser am PC auswerten.

Videomaterial

Folgendes Videos sind für den Einsteiger interessant, mir haben sie jedenfalls geholfen.

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