El NanoVNA-F V3 es una herramienta increíblemente potente para su precio, pero puede resultar abrumadora al principio debido a la cantidad de gráficas y términos técnicos.
A continuación te presentamos una de varias entregas en donde encontraras los principios básicos de este poderoso instrumento de medición para que lo puedas utilizar sin ningún problema.
Antes de tocar el manipular el equipo, es vital entender qué se esta midiendo. El NanoVNA-F V3 admite una amplia gama de tipos de medición, adecuados para diversas aplicaciones de RF como:
NanoVNA-F V3 admite diversos formatos de visualización: LogMag, Magnético lineal, Fase, Smith R+jX, Smith R+L/C, ROE, Polar, Retardo de grupo, Resistencia, Reactancia, etc. Además, NanoVNA-F V3 admite la función TDR, útil para la medición de longitudes de cables.
Introducción
¿Que es un VNA?
El Analizador Vectorial de Redes (VNA) es el instrumento más utilizado en el campo de la radiofrecuencia y las microondas. El VNA mide el comportamiento de reflexión y transmisión de un dispositivo bajo prueba (DUT) en un rango de frecuencia configurado.
Se suele utilizar para medir la impedancia de antena, la pérdida de cable, filtros, divisores de potencia, acopladores, duplexores, amplificadores, etc.
Como dato curioso cabe destacar que el término “red” no se refiere a redes informáticas. Cuando se acuñó el término “analizador de red” hace muchos años, no existían las redes informáticas. En aquel entonces, las redes siempre se referían a redes eléctricas. Hoy en día, cuando nos referimos a los elementos que miden los analizadores de red, nos referimos principalmente a dispositivos y componentes.
Especificacion y caracteristicas
A continuacion te compartimos las caracteristicas generales de este tipo de analizadores de redes vectoriales VNA, dependiendo del modelo podran variar en el rango de medicion de alguna de sus variables.
- Mediciones:Reflexión y Transmisión(S11 y S21), VSWR, Fase,Retardo, Analizador de Redes, Medición de Impedancias y Carta Smith.
- Frecuencia de Medición: 10KHz a 1.5GHz, 3GHz o 6GHz , varia dependiendo el modelo
Conceptos clave
Espectro de radiofrecuencias
El espectro se divide en “bandas”. Tu NanoVNA-F V3 suele cubrir desde los 10 kHz hasta los 3 GHz (o 6 GHz según la versión), lo que te permite trabajar en casi todas estas categorías.
A continuacion te presentamos el rango de especto de frecuencias y aplicaciones:
¿Por qué te importa esto en el NanoVNA?
Cuando enciendes tu NanoVNA, lo primero que haces es definir un “STIMULUS” (Estímulo), es decir, decirle al equipo qué parte del espectro quieres analizar. Este analizador puede realizar pruebas de antenas en las bandas MF/HF/VHF/UHF/SHF, como antenas de onda corta, antenas de banda ISM, antenas WiFi, antenas Bluetooth, antenas GPS, etc.
También permite medir filtros, amplificadores, atenuadores, cables, divisores de potencia, acopladores, duplexores y otros componentes de RF.
Reflexión y transmisión de ondas
| Comportamiento de Reflexión La reflexión ocurre cuando una señal incide sobre el puerto de entrada del DUT y una parte de la energía se devuelve hacia la fuente en lugar de atravesar el dispositivo. | Comportamiento de Transmisión La transmisión describe la parte de la señal de estímulo que viaja a través del DUT y llega al puerto de salida. |
Causa: Se debe principalmente a discontinuidades en la impedancia (desadaptación) entre la fuente y el DUT. Medición: Los parámetros S de reflexión más comunes son (puerto 1) y (puerto 2). Métricas clave: Pérdida de retorno (Return Loss), Coeficiente de reflexión (  o ), y Relación de Onda Estacionaria (SWR/VSWR).Comportamiento ideal: Un componente perfectamente adaptado tendría un coeficiente de reflexión de cero (toda la energía se transmite). | Métricas clave: Parámetros (ganancia/pérdida directa) y (aislamiento inverso).Parámetros físicos: Ganancia, pérdida de inserción (Insertion Loss), fase, longitud eléctrica y retardo de grupo. Comportamiento: Permite analizar cómo el DUT altera la amplitud y fase de la señal al atravesarlo. |
¿Por qué te importa esto en el NanoVNA?
El comportamiento de reflexión y transmisión de un Dispositivo Bajo Prueba (DUT) describe cómo un componente o red de radiofrecuencia (RF) interactúa con las señales electromagnéticas a distintas frecuencias. Estas características se miden comúnmente con un Analizador Vectorial de Redes (VNA) para determinar parámetros como ganancia, pérdida de inserción, desadaptación de impedancia y eficiencia.
La diferencia clave: Magnitud y Fase
Lo que hace “Vectorial” a este equipo es que no solo mide cuánta señal pasa (magnitud), sino también cuándo llega (fase).A continuacion explicaremos brevemente a que se refieren ambos conveptos:
Magnitud: Es la potencia de la señal.Indica el tamaño, fuerza o intensidad, representando su valor absoluto o amplitud máxima, funciona cuando tenemos duda respecto a ¿Si se perdió mucha energía en el cable? ¿El filtro dejó pasar la señal?, a caracteristicas de amplitud, brillo, volumen;las unidades de medicion son voltios, decibelios o metros
Fase: Es el retraso o desplazamiento de la onda, indicando la posicion dentro de un ciclo completo (360° o 2π radianes). Visualmente se representa en la Carta Smith y es crucial para saber si un componente se comporta como un condensador o una bobina. Responden a posicion, retraso, adelanto; determinando como se suman o cancelan las señales, importante para saber ¿en que punto del ciclo se encuentra la señal? . Las unidades para medirla son grados y radianes (rad).
Parámetros S: S11 (coeficiente de reflexión) y S21 (coeficiente de transmisión).
Parámetros S (Scattering Parameters)El VNA mide cómo se “dispersa” la energía cuando choca con un componente. En un equipo de dos puertos como el NanoVNA-F V3, te enfocarás en dos medidas principales que cuentan con la siguiente convencion:
- -El primer número que sigue a la “S” identifica el puerto por donde emerge la energía.
- -El segundo número indica el puerto por donde entra la energía.
S11: Reflexión (Puerto 1)El equipo envía una señal por el puerto 1 y mide cuánta energía rebota hacia él. Es como gritar en un túnel y medir el eco.
¿Para qué sirve? Para medir antenas. Si la energía rebota mucho S11 sera alto o la antena está mal ajustada. Si rebota poco, la antena está “absorbiendo” o radiando la energía correctamente. Términos relacionados: SWR (ROE), Pérdida de Retorno, Impedancia.
S21: Transmisión (Del Puerto 1 al Puerto 2)El equipo envía una señal por el puerto 1 y mide cuánto llega al puerto 2 tras pasar por un objeto (un cable, un filtro o un amplificador).¿Para qué sirve? Para ver si un filtro está funcionando bien o si un cable está dañado y pierde demasiada señal. Términos relacionados: Ganancia, Pérdida de inserción, Gráfica de fase.
Los parámetros S con el mismo número, como S11 o S22 , indican una medición de reflexión de señal, mientras que los parámetros S con números diferentes, como S21 o S12 , indican mediciones de transmisión de señal.
Por ejemplo; para S21 se esta midiendo la potencia que emerge del puerto 2 debido a la aplicación de un estímulo de RF al puerto 1.
¿Como identificaremos las mediciones en la NanoVNA?
Internamente el analizador NanoVNA, lo identificara a S11 como perdida de retorno (Return Loss), indicando lo ya antes mencionado, cuanta energía “regresa” al equipo en lugar de transmitirse
Por otro lado, S21 sera identificado como perdida de inserción (LogMag), relacionando la perdida de señal al pasar por un cable o filtro
Hasta este punto hemos dado un barrido a los elementos necesarios para poder entender que se espera de las mediciones obtenidas en el analizador de redes VNA. Ahora finalizaremos esta entrada con la calibración del instrumento.
Calibración del VNA
La calibración de nuestro analizador nos va a ayudar a tener en cuenta las perdidas debido a la:
- Longitud del cable
- Impedancias que existan en la antena
- El nivel de salida de nuestro propio equipo puede variar con la frecuencia
- Variaciones en los Niveles de salida
- Errores de Atenuación
- Potencia de recepción
Antes de realizar alguna medición con el Analizador, será necesario realizar la calibración con la ayuda de los conectores SMA y sus cargas conocidas en Corto, Abierto y Carga de 50 ohm.
- 1. Colocaremos la carga para Circuito Abierto en S11 y presionaremos OPEN
- 2. Posteriormente cambiaremos la carga a Corto Circuito en la misma terminal (S11) y presionaremos SHORT
- 3. Continuaremos con la carga de 50 Ω en la misma terminal (S11) y presionaremos LOAD
- 4. Finalizaremos la calibración cerrando el circuito entre las terminales S11 y S21 con el cable SMA macho a macho RG316 RF y presionando THRU
Una vez calibrado correctamente colocaremos nuevamente los conectores: Corto, Abierto, Carga de 50 ohm y cerrar el circuito entre S11 y S21. El dispositivo VNA debe presentar las siguientes características:
- (1) Cuando el PUERTO 1 está en circuito abierto, la traza de Smith S11 converge en el extremo derecho del círculo de Smith y la traza LOGMAG S11 está cerca de 0 dB. Para la traza LOGMAG S21, cuanto más baja sea, mejor.
- (2) Cuando el PUERTO 1 está en cortocircuito, la traza de Smith S11 converge en el extremo izquierdo del círculo de Smith y la traza LOGMAG S11 está cerca de 0 dB. Para la traza LOGMAG S21, cuanto más baja sea, mejor.
- (3) Cuando el PUERTO 1 está conectado a una carga de 50 ohmios, las trazas de Smith S11 convergen en el centro del círculo de Smith. Cuanto más bajas sean las trazas LOGMAG S11 y S21, mejor.
- (4) Cuando los puertos 1 y 2 están conectados por cable, la señal de Smith S11 está cerca del centro del círculo de Smith, y la señal LOGMAG S21 está cerca de 0 dB. Para la señal LOGMAG S11, cuanto más baja, mejor.
Esta calibración te será útil, siempre y cuando no se cambie la frecuencia, la potencia o el número de puntos de medición y se realice la medición con los mismos cables con que fue calibrado el dispositivo. Lo ideal es guardar la calibración , para que en futuras ocasiones cuando se ocupe las mismas circunstancias, se utilice la calibración previamente realizada.
