tinySA Ultra w praktyce: moc pięciu węzłów LoRa i przegląd harmonicznych

Cykl: NanoVNA i tinySA Ultra w praktyce: anteny, nadajniki i pomiary radiowe. Część 2 z 3. Wszystkie opublikowane części cyklu znajdziesz na stronie tagu „NanoVNA i tinySA”.

Dołączone nagranie jest skróconą wersją audio tej części poradnika.

Liczba w polu „TX Power” nie zawsze odpowiada mocy na złączu antenowym. W urządzeniu z dodatkowym wzmacniaczem sygnał z układu radiowego jest jeszcze wzmacniany przed wyjściem na antenę. Dlatego takie samo ustawienie 22 dBm może dać różną moc na wyjściu. Jednostka dBm opisuje moc względem 1 mW.

W próbie z 13 października 2026 r. porównałem GAT562 30S Mesh Kit, BQ Station G3, zestaw WisMesh High Power Booster Starter Kit, fabryczny T-Deck Plus oraz XIAO nRF52840 z modułem Wio-SX1262. Dalej używam krótszych nazw: GAT, G3, RAK, T-Deck i XIAO.

Urządzenia podłączałem przewodem przez tłumik do analizatora, bez anteny w tym połączeniu. Sprawdzałem moc na wyjściu radia. Wyniki dotyczą badanych egzemplarzy; nie opisują ich zasięgu ani pracy z anteną.

1. Stanowisko i ustawienia radia

Użyłem tinySA Ultra w wersji sprzętowej V0.4.5.1.1. Na ekranie widniała wersja oprogramowania v1.4-219. Tłumik miał oznaczenie 50 dB, 10 W, DC–3 GHz. Do obliczeń przyjąłem 50 dB z etykiety.

Tor pomiarowy wyglądał tak:

Wyjście radiowe urządzenia → tłumik 50 dB → przewód SMA → wejście RF tinySA Ultra. Złącze CAL jest wyjściem sygnału odniesienia do kalibracji i podczas pomiaru nadajnika pozostaje wolne.

Na obudowie mojego tinySA Ultra widnieją limity „+6 dBm RF” i „5 VDC Max”. To nadrukowane wartości maksymalne, a nie poziom zapewniający dokładny pomiar. Nie zastępują doboru tłumika ani ochrony przed napięciem stałym.

Tłumik znajdował się przy nadajniku. Ten sam czarny przewód z zestawu tinySA służył także do kontroli i kalibracji analizatora. W zestawie z XIAO między radiem a tłumikiem był dodatkowo cienki przewód antenowy z adapterem, więc cały tor nie był identyczny dla wszystkich urządzeń.

W radiach ustawiłem 869,618 MHz, szerokość pasma 62,5 kHz, SF8 oraz CR 4/8. SF, od angielskiego spreading factor, to współczynnik rozpraszania sygnału. CR, od coding rate, określa ilość dodatkowych danych pomagających korygować błędy odbioru. Ustawienie TX wynosiło 22 dBm we wszystkich pięciu urządzeniach.

GAT, G3 i RAK pokazywały wersję MeshCore v1.17.1-d929643 z datą kompilacji 14 sierpnia 2026 r. XIAO również pracował z MeshCore v1.17.1, a T-Deck Plus z WADAMESH beta 92.

Badany zestaw RAK składał się z trzech części: modułu sterującego RAK3401 z mikrokontrolerem Nordic nRF52840 i Bluetooth, modułu radiowego RAK13302 oraz płyty bazowej RAK19007, która łączy moduły i pozwala rozbudować urządzenie. RAK13302 zawiera układ LoRa Semtech SX1262, wzmacniacz mocy SKY66122 oraz filtry radiowe. Producent podaje moc wyjściową do 1 W, czyli około 30 dBm.

Nazwa RAK3401 widoczna w oprogramowaniu odnosiła się więc do modułu sterującego, a za tor radiowy ze wzmacniaczem odpowiadał RAK13302.

2. Podłączenie i kontrola analizatora

UWAGA: wyjścia nadajnika nie wolno łączyć bezpośrednio z tinySA. Zewnętrzny tłumik musi mieć odpowiednie tłumienie, impedancję, zakres częstotliwości i zapas dopuszczalnej mocy. Korekcja wpisana w menu zmienia liczby na ekranie, ale nie chroni wejścia. Przewody przepinam przy wyłączonym nadawaniu.

Z odczytu G3 i przyjętych 50 dB wynikało około 6,9 W. To blisko dopuszczalnych 10 W podanych na tłumiku, dlatego wysyłałem tylko krótkie pakiety. Przed dłuższą próbą trzeba sprawdzić obciążalność i chłodzenie tłumika. Do ponownego pomiaru G3 warto użyć tłumika z większym zapasem mocy i większym tłumieniem.

Dokumentacja tinySA zaleca poziom na wejściu poniżej −25 dBm, by pomiar był najdokładniejszy. G3, RAK i GAT dawały silniejszy sygnał. W takich warunkach trudniej wiarygodnie ocenić słabe dodatkowe sygnały, w tym harmoniczne.

Na czas kontroli odłącz radio i tłumik. Potrzebny jest tylko krótki przewód SMA łączący oba złącza tinySA.

1. Połącz wyjście CAL z wejściem RF samym krótkim przewodem, bez tłumika. To połączenie do testu i kalibracji; radio pozostaje odłączone.
2. Wybierz CONFIG → SELF TEST i poczekaj na zakończenie. W mojej próbie wszystkie 14 testów miało wynik Pass. Jeśli test zgłosi błąd, sprawdź przewód i złącza przed dalszym pomiarem.
3. Wybierz CONFIG → LEVEL CAL i uruchom kalibrację dla standardowego zakresu zgodnie z komunikatami na ekranie. U mnie zakończyła się komunikatem Calibration complete.
4. Odłącz przewód od CAL. Przywróć połączenie pomiarowe: radio → tłumik 50 dB → przewód → RF. CAL pozostaje wolne.
5. Ustaw ponownie parametry pomiaru opisane w następnym punkcie. Kalibracja mogła zmienić wcześniejsze nastawy.

SELF TEST i LEVEL CAL sprawdzają i kalibrują analizator. Do pracy powyżej 800 MHz, czyli także przy 869,618 MHz, włączyłem tryb Ultra: CONFIG → MORE → ENABLE ULTRA, kod 4321. W niektórych wersjach menu opcja jest dostępna bez przechodzenia przez MORE.

3. Pomiar mocy podczas pakietu

W trybie zero span analizator pozostaje na jednej częstotliwości i pokazuje poziom w czasie. Łatwiej wtedy trafić na stabilny odcinek transmisji i nie odczytać szumu między wiadomościami.

1. Ustaw FREQUENCY → CENTER: 869,618 MHz, następnie ZERO SPAN.
2. Ustaw RBW: 300 kHz. To szerokość filtra pomiarowego, większa od pasma badanego sygnału 62,5 kHz.
3. W LEVEL wyłącz LNA, czyli wewnętrzny wzmacniacz wejściowy, i ustaw EXT GAIN: 0 dB. Tłumienie wewnętrzne ustawia się w LEVEL → ATTENUATE; w próbach używałem 10 lub 20 dB.
4. Ustaw REF LEVEL: 0 dBm oraz wyzwalanie LEVEL → TRIGGER → NORMAL, próg −50 dBm, zbocze UP. Zacznij od okna około 1 s; krótsze okno można dobrać po złapaniu transmisji.
5. Wyślij wiadomość, zatrzymaj przebieg i przesuń marker na płaski odcinek pakietu, z dala od jego początku i końca. Powtórz próbę i zachowaj zdjęcie wraz z nastawami.

W późniejszych próbach okno pomiaru skróciłem do około 17,5–17,8 ms. Dlatego czas na zdjęciach ekranu jest różny. Odczytywałem moc podczas nadawania, bez uśredniania jej z przerwami między wiadomościami.

4. Wyniki mocy i sposób przeliczenia

Przy EXT GAIN: 0 dB do odczytu dodaję 50 dB z etykiety tłumika:

P wyjściowa [dBm] ≈ odczyt tinySA [dBm] + 50 dB

Moc w watach obliczam ze wzoru:

P [W] = 10^((P [dBm] − 30) / 10)

Tłumienia wewnętrznego 10 czy 20 dB nie dodaję ponownie: analizator uwzględnia je we wskazaniu.

Odczyty −28 dBm dla T-Deck i XIAO są przybliżone. Specyfikacje T-Deck Plus i Wio-SX1262 podają moc do 22 dBm, czyli około 158 mW. Fabryczny T-Deck Plus i XIAO z Wio-SX1262 należą do tej samej klasy mocy – około 0,16 W.

Limit 0,5 W e.r.p. w podpaśmie 869,4–869,65 MHz dotyczy mocy wypromieniowanej przez antenę. Skrót e.r.p. oznacza moc wypromieniowaną w odniesieniu do anteny dipolowej. Nie oznacza to, że każde radio LoRa osiąga 0,5 W na wyjściu.

GAT wymagał kilku powtórzeń. Przy tłumieniu wewnętrznym 10 dB odczyt po kalibracji wyniósł −23,0 dBm, a przy 20 dB późniejszy odczyt −22,2 dBm. Po podłączeniu zasilania analizator pokazał −21,6 dBm i ten poziom powtórzył się w kolejnych próbach. Różnice warunków nie pozwalają przypisać całej zmiany samemu zasilaniu.

Specyfikacja tinySA Ultra podaje dokładność pomiaru poziomu po kalibracji ±2 dB. Dla wyniku GAT 0,69 W oznacza to zakres około 0,44–1,10 W, jeśli uwzględnię tylko błąd analizatora. Mieści się w nim 1 W, ale nie mogę twierdzić, że dokładnie tyle osiąga urządzenie.

5. Przegląd drugiej i trzeciej harmonicznej

Harmoniczne leżą na wielokrotnościach częstotliwości podstawowej. Dla 869,618 MHz druga wypada przy 1739,236 MHz, a trzecia przy 2608,854 MHz. Zrobiłem orientacyjny przegląd obejmujący wszystkie trzy częstotliwości.

1. Ustaw FREQUENCY → START: 800 MHz, STOP: 2700 MHz, RBW: 300 kHz.
2. Pozostaw tłumik 50 dB, ATTENUATE: 20 dB, LNA: OFF i EXT GAIN: 0 dB.
3. Wybierz LEVEL → TRIGGER → AUTO. W TRACE pozostaw FREEZE wyłączone i ustaw CALC → MAX HOLD.
4. Przed zmianą urządzenia wyczyść zapis maksimum przez CALC → OFF, potem ponownie MAX HOLD. Wyślij kilka krótkich pakietów.

MAX HOLD zachowuje największy odczyt dla każdego punktu częstotliwości, a analizator dalej skanuje. Przy szerokim zakresie analizator odwiedza różne częstotliwości w różnym czasie, więc może ominąć krótki pakiet. Pik, który pojawił się raz, trzeba sprawdzić ponownie i ustalić, czy ma związek z nadawaniem.

Ten skan służył do szukania dodatkowych sygnałów. Wyniki mocy z pierwszej tabeli pochodzą z pomiaru w zero span. Przy tak szerokim zakresie marker może też pokazywać zgrubną częstotliwość, np. 867,7 MHz. Nie oznacza to, że radio nadawało na innej częstotliwości niż ustawiona.

Przy G3 pojawił się pojedynczy pik o poziomie −59,8 dBm, w pobliżu trzeciej harmonicznej. Marker wskazał około 2606,9 MHz. Po zawężeniu zakresu pik już się nie pojawił, więc nie zaliczyłem go do wyników. Różnica 47,7 dB między tym pikiem a sygnałem podstawowym (−12,1 dBm) nie jest potwierdzonym tłumieniem harmonicznej.

Na części ekranów pojawiał się komunikat REDUCED LINEARITY, ostrzegający o ograniczonej liniowości pomiaru. Dlatego nie wiem, jak słabą harmoniczną udałoby się pewnie wykryć w tej próbie. Mogę zapisać: nie potwierdziłem wyraźnej, powtarzalnej drugiej ani trzeciej harmonicznej. To przegląd widma, nie badanie zgodności z normą.

6. Jak sprawdzić wynik i uniknąć fałszywego odczytu

Kontrola przewodu i połączenia z tłumikiem za pomocą NanoVNA dała wynik orientacyjnie zgodny z oznaczeniem tłumika. W obliczeniach pozostaję przy nominalnych 50 dB; nie traktuję tej kontroli jako dokładnej kalibracji. Procedurę, odczyty i ograniczenia opisałem w części 1, w sekcji 7 „Sprawdź przewód i tłumik – pomiar S21”.

Gdy widać tylko tło, najpierw trzeba złapać sygnał podstawowy. W mojej próbie przewód pozostał po wcześniejszej diagnostyce na złączu CAL; po przełożeniu go do RF wrócił oczekiwany poziom. Druga przyczyna pustego wykresu to pominięcie pakietu podczas skanowania. Pomaga kontrola w zero span albo zawężenie zakresu wokół częstotliwości pracy.

Podejrzany pik sprawdzam po wyczyszczeniu MAX HOLD: najpierw bez transmisji, potem podczas kilku pakietów. Następnie zawężam zakres wokół jego częstotliwości. Jeśli pik nie wraca, nie wpisuję go do tabeli harmonicznych. Przy powtarzalnym piku trzeba jeszcze sprawdzić, czy nie powstaje wewnątrz analizatora.

7. Pomiar na stole a praca z anteną

Opisane ustawienia służyły do prób z tłumikiem. Przed podłączeniem anteny trzeba dobrać moc i czas nadawania do przepisów, uwzględniając zysk anteny oraz straty przewodu.

Dla urządzeń bliskiego zasięgu ogólnego stosowania w zakresie 869,4–869,65 MHz obowiązuje limit 500 mW e.r.p. Warunki obejmują również dostęp do kanału i ograniczanie zakłóceń; jedną z dopuszczonych możliwości jest ograniczenie czasu nadawania do 10%. Ponieważ e.r.p. uwzględnia antenę, sam wynik na złączu radia nie wystarcza do sprawdzenia limitu.

Urządzenie, które na złączu daje 1 W lub kilka watów, z typową anteną przekroczy dopuszczalne 500 mW e.r.p. Przed pracą z anteną trzeba więc zmniejszyć moc nadawania; przekraczanie limitu jest w Polsce i UE niedozwolone.

W Polsce te zasady dotyczą użytkowników urządzeń bliskiego zasięgu pracujących bez pozwolenia radiowego, w tym węzłów LoRa spełniających wymagane warunki. Krajową podstawą jest § 3 ust. 1 pkt 6 lit. a oraz załącznik nr 1 do rozporządzenia Ministra Cyfryzacji z 9 lutego 2022 r. w sprawie urządzeń, które mogą być używane bez pozwolenia radiowego – Dz.U. z 2022 r. poz. 567, ze zmianami.

Do porównania zachowuję osobno zdjęcia pakietów, skany harmonicznych, ustawienia radia i warunki zasilania. Dzięki temu przy kolejnym pomiarze można odtworzyć stanowisko i porównać wyniki dla tego samego urządzenia.

Sprzęt wykorzystany w próbie jest prywatny. Pomiary i zdjęcia dokumentujące wyniki wykonałem sam. Ilustracje poglądowe wykonano z użyciem AI na podstawie moich fotografii. Wyniki dokumentują oryginalne zdjęcia ekranów.

Skrócona wersja wideo ze slajdami na YouTube: Część 2/3 — pomiar mocy LoRa i harmonicznych.