NanoVNA-FV2をスペアナにしよう

廉価版ベクトルネットワークアナライザー(NanoVNA)をスペアナの様に使う方法。

何かと便利なスペクトラムアナライザーの機能をNanoVNAでも使うことができます。

手始めに基準となる測定器のと比較

どのくらい正確か？

基準になる計測器を準備します。標準器は正確な0dBｍが確認できる計測器

標準器

校正用　０dB を設定する パワーメーター　ML83A

0dBmは高周波電圧の基準になる値です

高周波電圧計で測定する場合の測定インピーダンスはOpenで、信号発生器の出力設定が０dBmを測定すると６dB Upで447.2mVと読めます。（＋6dBは2倍　－6㏈は1/2倍)

高周波電圧計の測定インピーダンス50ΩではなくOpenの理由は、基板上の発信回路の出力などを測定すると低インピーダンス（50Ω）で測定した場合、発信停止や周波数のズレなどが発生するためです。

高周波電圧計で信号発生器の出力を測定

信号発生器の出力を高周波電圧計で測定すると　信号発生器の０dB  223.6mV が　+６dB  447.2mVと表示される

理論値になっていますね

かなりややこしいので今回の検証はdBmで比較します。

基準器

無線機の規格表を見るとｄBmや dBμとｄBfといろいろありますが下表の関係性が有ります。

高周波レベル換算表

低周波でも使われるdBm

高周波では50Ωの終端負荷で0dBmは1.0ｍW（223.6ｍV)、低周波では600Ωの負荷で0dBmは1.0ｍW(0.775V）です。

0dBmは基本単位になります。オームの法則を覚えている人は簡単に理解できますね。

負荷端子電圧を2乗した値を抵抗 (50Ωまたは600Ω）で割った値がWになります。

負荷端子電圧が５Vの場合（5×5)/50＝0.5W　10Wの送信機のアンテナ端子電圧は22.36Vで100Wの場合は70.71Vです。

実際にスペアナと比較してみましょう

SGの出力をスペアナで測定してNanoVNAと比べました

基準器（比較基準器）

標準器の校正

標準器の出力が0ｄBであることの確認

0.00に合わない場合左のコネクター右にあるトリマーで0.00に合わせる。

これで標準機の出力が0.00ｄBｍ/107ｄBμ/113ｄBf/223.61ｍV/1ｍWの標準出力が確保されました

基準器の校正

SGのレベル合わせをします

SGの出力をパワーメーターで測定

信号発生器のレベルが-0.1ｄBmで基準器の入力レベルが+0.02ｄBmですのでSGのズレは-0.12ｄBmずれています。正規な校正でないのでこれで良しとしましょう。

-0.12dBmはどのくらい低いの？

ｄBに単位は比較単位です223.6ｍVに対して3.1ｍVで約1.4％のズレです。

計算は対数を使います。223.6+3.1＝226.7ｍV　　20×Log(226.7/223.6)＝0.119ｄB　信号発生器は0.119ｄB高い信号が出ています

1.4％の許容差は許せる範囲と考えます🙇

これを基準にアッテネーターで基準器（スペアナ）の確認をします

まず-10ｄBm

-20ｄBm

-30ｄBm

-40ｄBｍ

-50ｄBm

50ｄB以下はNoiseフロアです。測定確度は-50ｄBが限度ですね。60ｄB(1/1000）きつそうです。電波暗室で測定すればもう少し・・・・・

NanoVNAではどうだ！！

3MHｚまで測定可能なNanoVNAFV2

S21端子で測定開始

0ｄBm

-10ｄBm

-30dBm

-40ｄBm

-50ｄBm

コスパは1/10ですこれ以上欲張っても仕方がないですね。

NanoVNAの　S21測定端子の測定手順

1.画面を軽くタッチしてDISPLAYを出す→右上のDisPLAYをクリック

2.TRACE削除→Trace1から4のうち1Chだけを選定

3.画面上に表示の4Chから不要なグラフを削除

　　S11/S21の文字の反転表示が削除有効になる

削除アイコンの☑とAマークを削除して必要なChだけにする

BACKをクリックしてChannelがS21（THRU)になっていることを確認

4.FORMAT設定

FORMATキーを押して画面を変えてLOGMAGをクリックしたらSCALE設定（数値10.0）を打ち込むと10ｄB刻みのラインが出る

5.　周波数設定

BACKで前に戻りSTMULUSをクリックしてCENTERで測定周波数とSPANで測定周波数範囲を設定するとスペアナと同じような波形が出てきます。

注意！！　　SPANを狭くするとイメージが発生してPeekが沢山出てきます

フィルター特性の評価やプリアンプの性能などS21の端子を有効活用してください。

NanoVNAでCut＆Tryの高周波の電子工作が楽しいものになります。

このほかにインピーダンスや位相なども測定できTDRやインパルス、Step応答などの過渡特性の測定可能な小型でローコストの測定器です。