Обзор любительских векторных анализаторов (nanoVNA и их разновидности)

Векторные анализаторы цепей предназначены для измерений комплексных коэффициентов передачи и отражения (элементов матрицы рассеяния) многополюсников. Область применения – проверка, настройка и разработка различных радиотехнических устройств в условиях промышленного производства и лабораторий, в том числе в составе автоматизированных измерительных стендов.

Сейчас это довольно доступные по цене приборы, и я хочу сделать краткий обзор того что есть на рынке в данный момент.

Серия любительских векторных анализаторов NanoVNA позволяет измерять коэффициенты передачи и отражения S11 и S21 (проводить полуторопортовые измерения).

На основе этих коэффициентов можно рассчитать такие параметры как импеданс, КСВ, фаза и др.

Почти все приборы из обзора у меня есть, для большинства из них я делал прошивку (остальные в той или иной мере использует эту прошивку).

Краткий обзор серии NanoVNA:

Серия V1 – работа до 300МГц (1.5ГГц на гармониках с падением производительности)

NanoVNA – и клоны (в виде бутерброда плат, это самая первая версия, много клонов) 2,8 дюймовый экран до 300МГц (позже на гармониках получили работу до 1.5ГГц, но с падением характеристик реальная работа до 900МГц)

Из за довольно слабого процессора сильно ограничен в количестве точек измерения и быстродействию.

NanoVNA-H

это уже версия от Hugen (Zeenko tech), на данный момент в нее добавлена карта памяти, улучшено согласование и схемы питания последняя версия rev3.6 MS

MS – значит заменен генератор с SI5351 на аналог MS5351 (в прошивке нужно выбрать этот генератор в конфиге и сохранить выбор.

Это мой первый прибор, и для него я начал активно развивать прошивку (оптимизацию, функционал, шрифты), на данный 

момент в ней есть все что и в старших версиях NanoVNA (несмотря на довольно слабый процессор)

NanoVNA-H4

это дальнейшее развитие серии после H, добавлен 4 дюймовый экран, более быстрый процессор, больше памяти и за счет этого 401 точка измерений, за счет размера чуть лучшая развязка и диапазон и быстродействие. Это оптимальный за свою цену прибор до 1,2ГГц (и очень хорош до 300МГц)

Это был следующий мой прибор, на нем я добавил поддержку карт памяти (она позже появилась и на H версии) весь основной функционал от LiteVNA портируется и сюда.

Deepelec (Sysjoint) NanoVNA-F

это уже 4.3 дюймовый вариант от DeepElec, лучший и качественный экран (не слепнет на солнце), железный корпус, более емкая батарея. 

По характеристикам аналог H4, но функционалу слабее, основная проблема у всей платформы F (по моему мнению) это очень неотзывчивый интерфейс, попытка использовать экран с большим разрешением приводит к более долгому обновлению экрана (даже за счет того что графики реально выводятся в увеличении х2 что дает разрешение 400х240 все очень медленно, код слабо оптимизирован)

Эта версия сейчас не выпускается.

Позже Deepelec перевыпустили эту модель как DeepVNA 101

Так как права на F серию принадлежали копании Sysjoint
 

Перейдем к серии V2
Компанией NanoRFE была разработана NanoVNA V2, с открытой лицензией, это своя архитектура, но код прошивки был заимствован от NanoVNA. Позже многие производители на основе этой архитектуры выпустили свои варианты устройств.

NanoVNA V2

самая первая версия, 2.8 дюймовый экран, работа до 3ГГц (без гармоник, предел 4.4ГГц, но там очень существенно падают характеристики)

С этой модели я делал модификацию на 4 дюймовый экран, и так же оптимизацию кода, которую использует уже V2Plus4. Модель устарела.

На основе V2 Zeenko выпустили SAA2 и SAA2N версии с железным корпусом (N версия на 4 дюйма и с N-type коннекторами). NanoRFE позиционирует их как клоны из-за конфликта интересов.

Они имеют аналогичные характеристики как V2.

По функционалу в моей прошивке для этих приборов есть все что и в более старшей версии LiteVNA (с ограничением по железу) и 401 точка измерений (оригинал 201).

У них хорошая комплектация с чехлом, у N версии там и калибровки N типа.
 

Кратко по другим клонам, все они использует открытую прошивку от V2 со своими нюансами

3.2" «black and gold» чуть больший экран, в виде бутерброда плат

3.2" HDMB «V2 Pro», тоже самое но уже в хорошем корпусе

Другие клоны не рассматриваю, они по характеристикам тоже что и V2. 

Перейдем уже к другим разработкам на основе V2

NanoRFE выпустила V2Plus и V2Plus4, V2Plus4Pro, это дальнейшее улучшение их архитектуры V2, в них введена защита от клонирования (привязка к процессору и перенос основного функционала в защищенный загрузчик)

V2Plus

улучшенная версия V2, быстрее, лучший динамический диапазон, но все еще 2.8 экран и без корпуса и до 3ГГц (в целом она уже работает до 4.4ГГц, но после 3.5ГГц характеристики падают). 

V2Plus4

это уже отличный аппарат до 4.4ГГц, неплох по быстродействию, 4 дюймовый экран, металлический корпус.

V2Plus4Pro еще более продвинутая версия

Мои прошивки их не поддерживают (только первые версии V2Plus4 где еще не заменен LCD. Имеет 201 точку измерения.

VNA6000-A и VNA6000-B это уже заявка на профессиональное использование, но и цены там соответствующие (у меня их не было, сужу только по характеристикам)

LiteVNA62 и LiteVNA64 это уже дальнейшая разработка серии V2 от Zeenko Tech, заменен генератор (теперь работа до 6.3-6.4 ГГц, а на гармониках до 9ГГц с падением характеристик) улучшено питание, уменьшены шумы, добавлена карта памяти, 1024 точки измерений и калибровок, более мощный процессор, поддержка карт памяти (сохранить/посмотреть скриншоты, результаты измерений, сохранить калибровки).

LiteVNA62 это 2.8 экран (корпус как у H)

LiteVNA64 это 4 дюймовый экран (корпус как у H4)

Прошивка для этих устройств полностью переписана мной. Код от нее портируется на H/H4 версии и некоторые варианты от V2. Все основные функции (и исправление ошибок) мной сначала добавляются тут, потом уже портируются на другие устройства.

По характеристикам аналогичен или чуть лучше V2Plus4 / Pro.

Компания Sysjoint является владельцем марки F, выпускает на основе архитектуры V2 и платформы F свои варианты устройств:

NanoVNA F V2 

Как платформа это F версия, но ВЧ тракт от V2, ПО свое (процессор они взяли уже AT32F403A такой же как у Lite)

Характеристики аналогичны V2Plus
 

NanoVNA F V3

тут тоже самое, заменен генератор, теперь до 6.3ГГц

Шаг частоты 10к, не позволяет делать узкополосные измерения.

Про данный девайс мне сложно судить (мне возможно попался брак, характеристики у моего плохие)

SV4401A

модель с металлическим корпусом, экраном на 7 дюймов (сенсорный тач), N коннекторами (внутри SMA) отличный формат для настольного прибора.

Работает до 4.4ГГц, по характеристикам эквивалентен V2Plus / F V2.

ПО собственное, довольно неплохое, хотя хотелось бы добавить несколько функций. Интерфейс очень отзывчивый и удобный.

Комплектация хорошая, есть чехол для переноски (но калибровки все равно SMA и предлагают использовать переходники)
 

Более старшая модель SV6301A в ней заменен генератор до 6.3ГГц (по характеристикам аналогичен F V3)

Тут проблем как на моем F V3 я не наблюдаю, довольно неплохой аппарат, но за его цену хотелось бы гораздо лучшую скорость и характеристики (по ним он проигрывает LiteVNA)
Но в целом 7 дюймовая серия мне понравилась из за отзывчивого и продуманного интерфейса, удобного корпуса для настольных измерений.

Как итог серия V2 разделена состоит из трех вариантов, на генераторе ADF с частотами до 3ГГц + оптимизированная по железу и режимам до 4.4ГГц Plus версии, и с заменой на генератор MAX2870 до 6.3ГГц (там не только генератор но и ВЧ часть должна быть на более высокие частоты).

Цены и итоги (цены буду рассматривать с Aliexpress):

Серия V1

NanoVNA / NanoVNA H – от 35$ (покупать лучше H версию, комплектация и корпус гораздо лучше), если хотите посмотреть что это такое, хороший выбор

NanoVNA-H4 – от 60$, лучше экран, больше точек измерения из за большего размера чуть лучше по характеристикам чем H

Первая версия отличный выбор для тех кому не нужны частоты выше 300МГц (хотят что то измерять до 1ГГц), мне оптимальным кажется H4 как по характеристикам, так и по функциям. Приборы отлично подходят для узкополосных измерений.

Серия V2

Все эти варианты по железу имеют характеристики V2 до 3ГГц

NanoVNA V2 — устарела, без корпуса, не продается

NanoVNA V2 3.2" «black and gold» — от 65$ 

NanoVNA V2 SAA-2 от 62$ только если не устраивает H4 по частотам.

NanoVNA V2 SAA-2N — от 90$, хорошая комплектация, но стоит рассмотреть только если нужен недорогой прибор с N разъемом (он более надежен)

NanoVNA-F V2 — от 110$ (очень медленный, не отзывчивый интерфейс, экран 4.3 дюйма и хорошо читаем на ярком свете, но большее разрешение делает только хуже в части скорости обновления и из за того что графики выводятся с х2 увеличением, все выглядит как на экране 320х240)

SV4401A – от 330$, до 4.4ГГц, металлический корпус и N-Type разъемы, 7 дюймовый экран, комплектация (хотелось бы калибровки N-type а не SMA), удобный и отзывчивый интерфейс. Неплохой выбор для настольного прибора.

Эти версии V2 уже до 4.4ГГц

V2Plus4 / Pro – 200$ и 500$ до 4.4ГГц, отличные характеристики, но цена большая, по функционалу проигрывают. Узкополосные измерения провести не получится из за особенностей обработки сигнала (V2Plus4 точно, Pro версия нет данных).

VNA6000-A и VNA6000-B там цены 750$ и 1500$ рассчитаны на проф сегмент пользователей, но и заявленные характеристики впечатляют.

Обновленная линейка от компании Sysjoint до 6.3ГГц

NanoVNA-F V3 – от 230$ (в части ПО в аналогичен F V2 с теми же замечаниями), у меня попался очень плохой вариант в части измерений (надеюсь это проблема конкретного экземпляра).

SV6301A — от 800$, до 6.3ГГц, металлический корпус и N-Type разъемы, 7 дюймовый экран, комплектация (калибровки SMA), удобный интерфейс, но цена очень большая (замена генератора не стоит того, возможно скоро подешевеют?).

По F V3 / SV6301A cкладывается впечатление что кроме замены генератора тут ничего не сделано для улучшения характеристик (очень напоминают первые инженерные версии LiteVNA где просто заменили генератор). Основные шумы (в сравнении с LiteVNA) — в измерении фазы, но и по динамическому диапазону чуть проигрывают. Минимальный шаг частоты 10кГц (провести узкополосные измерения не получится).

Линейка от Zeenko Tech

У этих устройств лучший динамический диапазон до 6.3ГГц и быстродействие (близкие аналоги это V2Plus4, но серия V2PlusPro и VNA6000 лучше).

LiteVNA62 – от 130$

LiteVNA64 – от 140$, до 6.3ГГц лучше брать ее, экран больше, характеристики те же, немного дороже 62 версии. Компактная, неплохая по характеристикам / функционалу. Может работать до 9ГГц (но там на гармониках с падением производительности), шаг частоты < 100МГц 1Гц, с некоторыми ограничениями можно проводить узкополосные измерения.

Дополнение:

Отдельно скажу про узкополосные измерения (например кварцевых фильтров) у первой версии с этим проблем нет, шаг частот 1Гц, одновременное измерение двух каналов REF / REFL и REF / THRU позволяют хорошо измерять их.

Из за особенностей архитектуры все V2 имеют те или иные проблемы с этими измерениями. Или минимальный шаг частоты. Или артефакты из за переключения каналов при измерении (все REF / REFL / THRU идут последовательно). Только LiteVNA может делать это с некоторыми ограничениями (выставить AVG x5 и выше). Но в целом для низких частот ниже ~10МГц V1 показывают себя лучше и не имеют проблем.

Так же серия V2 больше предназначена для высокочастотных измерений. Для измерений на низких частотах < 10МГц (для исследований импеданса конденсаторов/индуктивностей кварцев и прочего) гораздо лучше взять V1 (там H4 я считаю вне конкуренции).