NanoVNA w praktyce: kalibracja i pomiar czterech anten przy 869,618 MHz

Cykl: NanoVNA i tinySA Ultra w praktyce: anteny, nadajniki i pomiary radiowe. Część 1 z 3. Wszystkie opublikowane części cyklu znajdziesz na stronie tagu „NanoVNA i tinySA”.

Dołączone nagranie jest skróconą wersją audio tej części poradnika.

1. Przygotuj analizator i anteny

Do próby użyłem NanoVNA-H, niewielkiego wektorowego analizatora sieci (VNA, od angielskiego vector network analyzer) z firmware’em 1.2.44 oraz czarnego przewodu dostarczonego z analizatorem. Ten sam przewód służył do kalibracji i wszystkich pomiarów anten. Sprawdziłem TX868-JKD-20, giętką antenę Gizont 16 cm, antenę z zestawu T-Echo oznaczoną „868M” i – dla porównania – Diamond SRH805S na 144/433 MHz.

Interesował mnie SWR, czyli współczynnik fali stojącej. Radio, przewód i antena są projektowane na impedancję 50 Ω. Impedancja to opór, jaki obwód stawia prądowi zmiennemu o danej częstotliwości. SWR pokazuje, jak bardzo antena od tej wartości odbiega: im bliższy 1, tym mniejsze niedopasowanie w miejscu pomiaru i tym mniej mocy wraca od anteny do radia.

UWAGA: antenę odłącz od radia. Nie podłączaj do NanoVNA wyjścia pracującego nadajnika. Na obudowie mojego egzemplarza widnieją limity „+10 dBm RF” i „10 VDC Max”. To nadrukowane wartości maksymalne, a nie zalecany poziom pomiaru ani zgoda na podłączenie nadajnika.

Przewód podłącz do PORT1 z oznaczeniem S11 na obudowie. W menu odpowiada mu kanał CH0 – to port pomiaru odbicia. Parametr S11 opisuje sygnał, który wraca od anteny. Sprawdź, czy złącza pasują do siebie i czy mają środkowe styki.

Pomiary wykonałem w ogrodzie. Anteny ustawiałem pionowo na pustej plastikowej obudowie do companiona, czyli węzła MeshCore łączonego z telefonem, bez elektroniki wewnątrz. Obudowa służyła jako uchwyt. Bliskość gruntu, przewód i sposób zamocowania mogą wpływać na wynik.

2. Ustaw częstotliwość przed kalibracją

W moim węźle MeshCore ustawiona jest częstotliwość 869,618 MHz. W NanoVNA wybrałem STIMULUS → CENTER → 869,618 MHz i SPAN → 20 MHz. Daje to zakres 859,618–879,618 MHz; ekran pokazuje 101 punktów pomiarowych. W swoim zestawie wpisz rzeczywistą częstotliwość radia, zamiast kierować się samym napisem „868 MHz” na antenie.

Kalibracja polega na podłączeniu kolejno trzech wzorców: rozwarcia (OPEN), zwarcia (SHORT) i obciążenia 50 Ω (LOAD). Analizator zapisuje wyniki dla znanych wzorców i wykorzystuje je do skorygowania wpływu toru pomiarowego.

Instrukcja NanoVNA zaleca kalibrację po każdej zmianie zakresu. Wzorce podłączaj na końcu przewodu, tam, gdzie później będzie antena – ja kalibrowałem na końcu czarnego przewodu z zestawu. Podczas porównania zachowaj ten sam przewód i przejściówki.

3. Wykonaj kalibrację OPEN, SHORT i LOAD

Przed kalibracją sprawdziłem wzorce miernikiem uniwersalnym między stykiem środkowym a ekranem złącza: OPEN wykazał przerwę, SHORT – zwarcie, a LOAD – 49,1 Ω. Było to sprawdzenie wzorców, a właściwą kalibrację analizatora wykonałem następnie w NanoVNA.

Odczyt rezystancji multimetrem nie opisuje całej impedancji przy częstotliwości radiowej. Nie rozpoznawaj wzorców wyłącznie po długości obudowy lub obecności pinu – wykonania zestawów różnią się.

Wynik kalibracji najłatwiej obejrzeć na wykresie Smitha. To okrągły wykres, na którym analizator zaznacza impedancję podłączonego obciążenia: środek koła odpowiada dokładnie 50 Ω, prawy skraj – rozwarciu, a lewy – zwarciu.

Nazwy menu mogą różnić się zależnie od firmware’u. W moim analizatorze kolejność była następująca:

1. Otwórz CAL → RESET, następnie CALIBRATE.
2. Załóż OPEN na koniec przewodu, poczekaj na ustabilizowanie wskazania i wybierz OPEN.
3. Zamień go na SHORT i wybierz SHORT.
4. Podłącz LOAD 50 Ω i wybierz LOAD.
5. Wybierz DONE, a następnie zapisz kalibrację przez SAVE w wybranej pamięci.

Do pomiaru odbicia anteny wystarczy kalibracja jednego portu, dlatego pominąłem kroki ISOLN (izolacja) i THRU (przejście między portami). Służą one do pomiaru transmisji S21, czyli sygnału przechodzącego z jednego portu do drugiego. Ten pomiar opisuję dalej, przy sprawdzaniu przewodu i tłumika.

Po kalibracji ponownie podłącz wzorce i sprawdź wykres Smitha. Taka kontrola pokazuje, że kalibracja jest spójna; dokładności samego analizatora nie potwierdza. Na zdjęciach z mojej próby marker M1 i środek zakresu wynoszą 869,618 MHz.

4. Zastąp wzorzec anteną i ustaw marker

Dla aktywnego przebiegu wybierz DISPLAY → CHANNEL → CH0 REFLECT oraz DISPLAY → FORMAT → SWR. Pozostaw jeden przebieg. Przesuń marker M1 na 869,618 MHz i sprawdź jego częstotliwość w prawym górnym rogu. Samo ustawienie CENTER nie oznacza, że marker znajduje się na środku.

Zmieniaj anteny, zachowując ustawienie stanowiska i przewodu. Odczytuj wynik po odsunięciu dłoni. Dla JKD-20 sprawdziłem, że odsunięcie ręki nie zmieniało wskazania.

W tej próbie Gizont i JKD-20 miały znacznie mniejsze niedopasowanie niż pozostałe egzemplarze. Diamond jest anteną na 144/433 MHz i został użyty jako przykład, dlaczego nie należy stosować anten przeznaczonych na inne częstotliwości.

T-Echo i Diamond po odkręceniu i ponownym przykręceniu dawały podobne wskazania. Dla Diamonda wynik opisuję jako około 69; liczba cyfr na ekranie nie oznacza takiej dokładności pomiaru. Oba wysokie wyniki wychodzą poza widoczną skalę wykresu do 3.

5. Jakie wartości SWR uznać za dobre?

Poniższe przedziały to orientacyjna skala oceny dopasowania w tym poradniku, a nie norma bezpieczeństwa nadajnika. Pierwszeństwo mają wymagania producenta radia i anteny.

Udziały obliczono ze wzoru:

[(SWR − 1)/(SWR + 1)]² × 100%

To procent mocy padającej, który ulega odbiciu, nie procent utraconego zasięgu ani bezpośrednia miara sprawności anteny.

Analizatory pokazują to samo niedopasowanie także jako stratę odbicia, po angielsku return loss, w decybelach – im więcej decybeli, tym mniej mocy wraca. Obie wielkości wyjaśnia artykuł SWR i strata odbicia to dwa sposoby opisu tego samego niedopasowania anteny.

6. Dlaczego warto mierzyć przed podłączeniem do radia?

Niedopasowana antena odbija część energii zamiast ją przyjmować. Może to osłabiać sygnał i pogarszać łączność. Duże niedopasowanie może również powodować nadmierne napięcia i nagrzewanie w stopniu mocy nadajnika, a w skrajnym przypadku jego uszkodzenie.

Niektóre wzmacniacze mają zabezpieczenie zwane foldback: gdy moc odbita rośnie, wzmacniacz sam zmniejsza moc wyjściową. Nie należy jednak zakładać, że każde radio LoRa je ma. Ryzyko zależy od konstrukcji, zabezpieczeń, mocy, czasu nadawania i charakteru obciążenia; SWR powyżej 3 nie oznacza automatycznie awarii.

7. Sprawdź przewód i tłumik – pomiar S21

NanoVNA przydał mi się również przy kontroli toru użytego później do pomiarów nadajników. Tutaj potrzebny jest pomiar S21, który pokazuje, ile sygnału przechodzi między dwoma portami analizatora. PORT1/S11 odpowiada kanałowi CH0, a PORT2/S21 – kanałowi CH1. Badany tor włącz między PORT1 a PORT2: pierwszy port podaje sygnał, a drugi odbiera go po przejściu przez badany element. W formacie LOGMAG wynik jest podawany w decybelach.

Kontrolę przewodu i połączenia z tłumikiem wykonałem 14 października 2026 r. Ustawiłem zakres 860–880 MHz i 101 punktów skanu. Marker wskazywał 869,6 MHz – najbliższy dostępny punkt do 869,618 MHz.

To osobny pomiar, z innym połączeniem i kalibracją niż wcześniejsze sprawdzanie anten. Tym razem oprócz OPEN, SHORT i LOAD wykorzystałem także ISOLN oraz THRU.

UWAGA: podczas tej kontroli radio pozostaje odłączone. NanoVNA sprawdza sam przewód lub tłumik, bez sygnału z nadajnika.

1. Odłącz radio i tłumik. Ustaw START: 860 MHz, STOP: 880 MHz oraz wykres S21 LOGMAG.
2. Podłącz przewód pomocniczy do PORT1 (S11). Jego drugi koniec będzie miejscem podłączania wzorców. Wybierz CAL → RESET, potem CALIBRATE.
3. Na wolnym końcu przewodu zakładaj kolejno OPEN, SHORT i LOAD 50 Ω. Po każdym podłączeniu poczekaj na ustabilizowanie wykresu i naciśnij przycisk o tej samej nazwie.
4. Zostaw LOAD na końcu przewodu. Jeśli masz drugie obciążenie, załóż je na PORT2 (S21); przy jednym pozostaw PORT2 wolne. Naciśnij ISOLN.
5. Zdejmij obciążenia. Wolny koniec przewodu połącz z PORT2 i naciśnij THRU, następnie DONE → SAVE. Wybierz numer pamięci, np. 0.
6. Przy takim połączeniu sprawdź odczyt bliski 0 dB. Dopiero wtedy dodaj badany przewód lub tłumik. Nie kalibruj ponownie z badanym elementem w torze.

Kolejność odpowiada procedurze kalibracji NanoVNA. Po kalibracji przewód pomocniczy połączony bezpośrednio między portami dawał odczyt bliski 0 dB. Następnie dodawałem badane elementy bez ponownej kalibracji.

Pierwszy wynik obejmuje przewód razem ze złączką, a drugi całe dodane połączenie z tłumikiem. Wahania wskazań przy około −50 dB i ograniczenia pomiaru NanoVNA nie pozwalają traktować odczytu −50,42 dB jako dokładnego pomiaru tłumienia. Dlatego w obliczeniach mocy nadajników pozostaję przy nominalnych 50 dB.

8. Co sprawdzić przed kolejnym pomiarem?

Każdą nową antenę warto sprawdzić na częstotliwości pracy radia. Pomiar powtórz po zmianie przewodu, złączy lub montażu. Jeśli SWR jest wysoki, skontroluj połączenia i przeznaczenie anteny przed rozpoczęciem nadawania.

Te wyniki dotyczą czterech egzemplarzy w pokazanym ustawieniu, nie wszystkich anten danego modelu. Oznaczenie „868M” nie zastępuje sprawdzenia dopasowania, a pomiar Diamonda przy 869,618 MHz nie ocenia jego pracy w innych pasmach.

Niski SWR nie dowodzi dużego zysku ani zasięgu. Zwykły rezystor 50 Ω analizator pokaże jako idealnie dopasowany, choć do nadawania jest bezużyteczny. Zachowaj odczyty i opis stanowiska, a później porównaj łączność przy tych samych ustawieniach radia i w tych samych punktach terenowych. Takiego testu zasięgu w tej próbie nie robiłem.

Przy kontroli przewodu i tłumika sprawdź najpierw połączenie odniesienia, następnie dodaj badany element, a po jego odłączeniu ponownie skontroluj wskazanie bliskie 0 dB. Pozwoli to zauważyć zmianę połączenia lub problem ze złączem, zanim wynik trafi do obliczeń.

Wszystkie odczyty pochodzą z moich pomiarów. Kalibrację i obsługę analizatora opisałem na podstawie instrukcji NanoVNA, zależność między SWR a mocą odbitą – na podstawie materiałów Rohde & Schwarz, a uwagę o granicach pomiaru SWR – na podstawie dokumentacji Meshtastic. Zdjęcia dokumentujące wyniki wykonałem sam; zmienione tła są oznaczone przy ilustracjach.

Skrócona wersja wideo ze slajdami na YouTube: Część 1/3 — kalibracja NanoVNA i pomiar anten.

YouTube · RadioMesh NanoVNA i tinySA Ultra w praktyce (1/3): kalibracja NanoVNA i pomiar anten Otwiera film na innej stronie