Nano VNA 사용법 (1)

<목차>
1.VNA   
1.1 VNA란?   
1.2 Nano VNA
2. Nano VNA 스크린
3. 디스플레이 변경
4. 주파수 범위 설정
5. SOLT 캘리브레이션
6. 실측정 예시
7. 마치며

 

 

 

1. VNA

1.1 VNA란?

HAM을 하면서 안테나를 자작하는 경우가 있습니다.

근데 이 안테나가 내가 원하는 주파수에서 유용한지를 알아야 제대로 안테나를 만들었다고 할 수가 있겠지요.

VNA(Vector Network Analyzer)는

테스트 할 기기(여기서는 안테나)에 신호를 주고 수신된 신호의 상대적인 크기와 위상을 재는 테스트기입니다.

이를 통해서 우리는 VNA를 가지고 안테나의 임피던스(50옴)가 매칭이 되었는지를 측정할 수 있습니다.

SWR 미터와 다른점은 주파수를 스윕하면서 크기와 위상을 그래프로 확인 가능하다는 것입니다. (그래서 훨씬 보기 편합니다)

 

SWR 미터

 

Nano VNA

<필요한 약간의 배경지식 - S 파라미터>

VNA가 무엇을 측정하는지에 대해서 비유를 들겠습니다.

이 비유는 아래 링크의 글을 풀어 쓴 것입니다.

https://hexandflex.com/2019/08/31/getting-started-with-the-nanovna-part-1/

Getting Started with the NanoVNA -part 1

 

나와 친구 사이에 터널이 있는데 이 터널 안엔 무엇이 있는지 알 수가 없습니다.

터널에 들어가지 않고 터널 안에 무엇이 있는지 알려면 어떻게 해야 할까요?

내가 터널 반대편에 있는 친구에게 소리를 질러보면 어떨까요?

친구에게 수신된 소리의 볼륨과 지연 시간을 측정하라고 하는 것입니다.

그러면 나의 소리가 터널 안에 어떤 장애물이 있어 흡수가 되던지 공명이 일어나던지 등 터널 안에 어떤 특성이 있는지 파악을 할 수가 있을 것입니다.

이것을 VNA에서 보자면 나를 포트 1을, 친구를 포트 2를 가리키는 것입니다.

그리고 터널의 특성을 측정한 것은 포트 1로부터 포트 2로, 즉 S21을 측정하였다고 하는 것입니다.

여기서는 터널을 필터로 보겠습니다.

VNA에서 포트 1로부터 신호를 발생시켜서 포트 2로 신호를 수신하여 필터의 특성을, S21를 측정하는 것입니다.

 

그렇다면 S11은 어떤 의미일까요?

이번에는 나 혼자서 터널의 특성을 알기 위해 터널에 내가 소리를 치고 그에 반사되서 들리는 메아리를 측정해봅니다.

 

터널을 안테나로 봅시다.

VNA 포트 1로부터 신호를 발생시켜서 안테나로부터 반사되는 신호를 받아 안테나의 특성을 측정하는 것입니다.

즉 S11을 측정한 것입니다.

 

정리해서, VNA는

터널(=안테나)에 내가 소리를 저주파부터 고주파까지 주파수를 연속적으로 다양하게 내고(=주파수 스윕)

이에 대한 터널의 특성(=안테나의 특성)을 주파수에 따라 보여주는 것(=크기, 위상 디스플레이)으로 비유할 수 있습니다.

그리고 여기서 안테나 특성이라는 것은 임피던스를 의미합니다.

 

* VNA로는 안테나의 성능(이득)을 측정할 수가 없습니다. VNA는 안테나가 사용할 주파수에서 유용한 것인지 즉, 임피던스 매칭이 되었는지를 Smith Chart, Return Loss, SWR 지표를 통해 판단하는 계측기입니다.

 

 

1.2 Nano VNA

예전에 VNA는 전문 장비로서 집 한 채 가격 정도 했다고 합니다;;

지금은 HAM 아마추어 레벨에서 유용하게 쓸 수 있는 NanoVNA가 저렴한 가격으로 알리에서 판매되고 있습니다.

 

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48827.0₩ 50% OFF|S A A 2 NanoVNA F V2 벡터 네트워크 분석기 디지털 나노 VNA 테스터 MF HF VHF UHF USB 로직

 

전 4.2인치 크기로 14만원대에 샀습니다.

 

특징으론,

- PORT1과 PORT2가 있어 S11과 S21를 측정

- 터치스크린

- USB type-C 배터리 충전

- 50kHz부터 3GHz까지 주파수 범위

- SmithChart, Return Loss, SWR 등을 측정

- 포인트 수가 101개 (그래서 캘리브레이션을 할 때 사용할 주파수부터 미리 지정을 하는 것이 좋습니다)

- PC와 연동 가능

 

위의 사진과 같이 저는 SMA 교정 키트(Open, Short, Load)와 F-F SMA, M-M SMA 커넥터, 케이블을 같이 받았습니다.

 

다음 글에선 Nano VNA의 스크린, 디스플레이 변경, 주파수 변경에 대해서 적어보겠습니다.