Der NanoNVA V2
Ein Vector Network Analysator (VNA) besteht aus einem durchstimmbaren Hochfrequenzgenerator und einem synchron durchgestimmten Empfänger. Der Empfänger misst an jeder Stelle die Amplitude und die Phase des Signals. Damit kann man den realen Teil des Signals und den imaginären Teil messen, oder eben Betrag und Phasenwinkel, die man zusammen als einen Vektor darstellen kann, daher das V im VNA. Network meint eine beliebige Schaltung mit Widerständen Kondensatoren und Induktivitäten. Der VNA hat zwei Anschlüsse, einen Ausgang und einen Eingang. Dazwischen kann man z.B. ein Bandpassfilter legen, dessen Frequenzgang gemessen werden soll.
Zum ersten Mal habe ich so etwas gesehen, als
ich vor vielen Jahren einen Freund besucht habe, der als HF-Techniker auf einem
Fernseh-Sendeturm arbeitete. Er hat so ein Gerät zu Hause, seit auf der Arbeit
ein neueres Gerät angeschafft wurde. Das war ein riesig großer, schwerer
Kasten, vollgepackt mit Röhren. Und der praktische Einsatz hat mich damals noch
nicht überzeugt. Wir wollten einen Schwingkreis für eine bestimmte Frequenz im
Kurzwellenbereich bauen, um einen DRM-Sender zu empfangen. Weil die Anschlüsse
des VNA eine Impedanz von 50 Ω
hatten, mussten extra Koppelwicklungen an den Schwingkreis gebracht werden. Wir
haben das hinbekommen, aber ich dachte, viel zu viel Aufwand, ich nehme einfach
ein Dipmeter, oder ich schätze die Windungen der Spule ab und mache die
Feinabstimmung mit dem Schraubkern.
Inzwischen gibt es kleine, kompakte und preiswerte Geräte wir den NanoVNA V2 mit ganz hervorragenden Eigenschaften. Und jetzt habe ich die Vorteile eines solchen Geräts kennengelernt. Der Weg dahin war allerdings nicht ganz einfach, denn am Anfang fand ich das Display und die vielen Menüfunktionen sehr verwirrend. Ich bin noch immer nicht damit durch. Aber ich habe eine Software gefunden, mit der ich alles am PC bedienen kann: VNA View.
Achtung,
bitte beachten: Das mitgelieferte weiße USB-Kabel ist nur ein Ladekabel
ohne Datenleitungen. Zu Anfang sollte man damit den internen Akku voll
aufladen, weil er vermutlich für den Versand aus Sicherheitsgründen nur
schach vorgeladen wurde. Dann mus man ein vollwertiges USB-Kabel z.B.
von einem Smartphone einsetzen.
Zuerst muss man das USB-Kabel anstecken und im Device-Menü die passende COM wählen. Sobald die Verbindung hergestellt ist, verschwindet die Anzeige auf dem NanoVNA V2, und es erscheint dort die Meldung USB MODE.
Die erste praktische Messung sollte eine kleine UHF-Modellantenne untersuchen. Die Sweep-Parameter wurden daher für den Messbereich 300 MHz bis 3000 MHz mit 450 Messpunkten vorgegeben.
Vor jeder Messung muss das Gerät kalibriert werden, und zwar genau mit den Anschlusskabeln, die bei dieser Messung verwendet werden sollen. Jedes Kabel hat auch Kapazität und Induktivität, die durch die Kalibrierung herausgerechnet werden. Meist verwendet man die mitgelieferten Koaxkabel mit SMA-Steckern. Die Antenne sollte direkt auf eines der beiden blauen halbarten Verbindungskabel aufgesetzt werden. Deshalb wurde der NanoVNA mit diesem Kabel kalibriert. Dazu gibt es drei Endkappen für die drei Fälle Kurzschluss, offene Leitung und 50Ω-Abschluss. Mit einem Klick auch Clear Measurements löscht man die alte Kalibrierung. Dann setzt man zuerst die Kurzschlusskappe auf und klickt auf Short. Die Messung dauert relativ lange, weil eine große Zahl von Messpunkten angegeben wurde. Am Ende wird die Short-Schaltfläche blau. Dasselbe wird dann mit offener Leitung (Open) und dem 50Ω-Abschluss (Load) wiederholt. Wenn alle drei Felder blau sind, ist die Kalibrierung beendet. Man muss dann nur noch auf Apply klicken, damit sie für die folgenden Messungen wirksam wird.
Nun kann die Antenne aufgesetzt werden. Sie bestand in diesem Fall aus einer Groundplain mit zwei schräg nach unten abgewinkelten Radials. Alles wurde aus 0,6 mm dickem versilberten Kupferdraht gebildet. Sowohl der Lambdaviertel-Strahler als auch die beiden Radials waren genau 10 cm lang. Man kann also eine Wellenlänge von 40 cm und eine Frequenz von 750 MHz erwarten.
Die Testantenne
Impedanzverlauf der Testantenne
Die Messung zeigt tatsächlich eine scharfe Resonanz bei 739 MHz. Der Fußpunktwiderstand liegt erfreulich nahe bei 50 Ω. Und ein paar kleine Versuche haben gezeigt, dass man ihn durch eine Veränderung des Winkels beider Radials verändern kann. Ein Abgleich auf genau 50 Ω ist leicht machtbar.
Die Messung zeigt darüber hinaus eine zweite Resonanz bei etwa der dreifachen Frequenz, also bei der Dreiviertel-Lambda-Resonanz, genauer bei 2272 MHz. Hier liegt die Impedanz bei ca. 97 Ω. Nun könnte man die Antenne kürzen, um eine höhere Frequenz zu erreichen. Das ist ein im Amateurfunk häufig angewandtes Verfahren. Man macht die Antenne zuerst etwas zu lang und kürzt sie dann schrittweise, bis die Resonanz genau auf der Wunschfrequenz liegt. Antennenmessungen sind eine der häufigsten Anwendungen des NanoVNA.
Eine 2m Antenne
Eine Innenantenne für das 2m-Band wurde auch durchgemessen. Sie besteht aus einem Lambdaviertel-Stab und zwei Radials auf dem Ständer einer Stehlampe. Ich wusste zwar, dass sie funktioniert, kannte aber bisher nicht die genaue Resonanz. Gemessen wurde nun 144,9 MHz, das passte sehr gut.
