NanoVNA et analyse d’antenne

Le NanoVNA comme tout VNA digne de ce nom permet aussi de mesurer les caractéristiques électriques d’une antenne. C’est un fantastique équipement de mesure de type « couteau suisse » qui couvre de nombreux domaines de mesure en radiofréquence, on peut citer par exemple :

  • Mesure d’antenne
  • Mesure de self
  • Capacimètre
  • Fréquencemètre
  • Réflectomètre
  • Milli ohmmètre
  • Impédance mètre et aussi un super outil pour le réglage et l’adaptation d’impédance, y compris pour des filtres à quartz, cavités, saw…
  • Voltmètre vectoriel (Delta U et Phi de deux signaux de fréquence identique)
  • Analyseur d’amplitude/fréquence/phase de signal passant dans un ensemble de composants divers (appelé souvent DUT dans la littérature relative au VNA)
  • Générateur de signal HF
  • Vérification des quartz

Dans le cas de l’antenne, il va être possible d’établir facilement les éléments suivants de celle-ci :

  • Impédance
  • Résonance
  • Phase
  • Bande passante
  • Régimes harmoniques

Dès lors, l’achat du NanoVNA à l’incroyable prix d’environ 45 euro vient remettre sérieusement en cause l’intérêt de s’équiper d’un simple analyseur d’antenne.

Par le passé, j’avais rédigé un article sur l’analyseur d’antenne MR300, copie du Sark 100, que j’utilise dans le cadre de mon activité amateur radio. Vous pouvez le retrouver ici et comparer alors l’intérêt d’utiliser l’une ou l’autre solution pour analyser les caractéristiques d’une antenne.

img_2854-1Pour effectuer une mesure d’antenne, il suffit de connecter celle-ci au connecteur CH0 du NanoVNA.

A titre d’exemple, ci-contre, j’ai connecté l’antenne d’un talkie-walkie UHF.

Ci-dessous, le logiciel NanoVNASharp dédié au NanoVNA, permet de visualiser la courbe du TOS (SWR) de cette antenne.

Pour télécharger NanoVNASharp, rendez-vous ici.

Connaissant la plage d’utilisation de cette antenne, j’ai volontairement resserré la mesure entre 400 et 500 MHz. Afin de sélectionner la courbe à visualiser, il faut vous rendre en bas de l’affichage et ouvrir la boite de sélection « Chart Format ». La mesure nous montre de manière évidente que cette antenne est conçue pour une émission autour de 450 MHz étant donné la faible valeur de TOS (SWR) à cette fréquence.

Capture

L’abaque de Smith (à sélectionner dans « Chart format ») nous donne un tout autre angle de vue de cette antenne :

Capture

Oups, je me dis que pour les plus débutants d’entre nous dans cet univers de l’analyse d’antenne, il serait bien de prendre un peu de temps pour présenter en quelques lignes l’interprétation de l’abaque de Smith.

Cette courbe ou plus précisément cet abaque permet de visualiser simplement plusieurs caractéristiques d’une antenne, mais pas que. Scientifiquement parlant il s’agit d’un nomogramme  qui permet d’établir un rapport entre les différentes ondes circulant dans l’antenne avec la variation de l’impédance caractéristique de cette même antenne.

Plus concrètement, à l’aide de cette courbe on va pouvoir déterminer le comportement de l’antenne en terme d’impédance, de réactance, de capacité, de résistance en fonction de la fréquence. Obtenir le TOS, les pertes, les coefficients de réflexion. L’abaque complète de Smith au format pdf est disponible en téléchargement ici.

Le NanoVNA offre la possibilité de sauvegarder ses mesures via son logiciel pour ordinateur. J’ai donc réalisé une sauvegarde via le bouton « Save s1p » ce qui permet d’obtenir un fichier au format SnP et donc de l’utiliser dans des outils dédiés.

Vous trouverez ici et ici des informations plus complètes concernant ce format de fichier utilisé dans le monde des radiofréquences. Pour faire simple, c’est un gros plus qu’offre le NanoVNA d’utiliser ce format. Des logiciels de simulation gratuits comme LTSpice ou Qucs, par exemple, sont aussi capables de prendre en charge le format SnP.

Je vous propose pour cet exemple d’utiliser la feuille de calcul Excel Zplots pour faciliter l’interprétation de la mesure. Toutes les informations concernant cette feuille de calcul pour Excel sont disponibles sur le site de son auteur, ici.

Vous pouvez vous procurer cette excellente feuille Excel ici.

Capture

A l’aide de Zplots, nous allons pouvoir extraire une foule d’informations relatives à notre mesure. Et là clairement le NanoVNA peut se glorifier d’être un magnifique outil de l’atelier amateur radiofréquences pour un prix dérisoire.

Dans la vue ci-dessus, la courbe du TOS et l’abaque de Smith sont représentés en simultané sur cette feuille Excel Zplots. Nous allons nous rendre dans l’onglet « Smith » de la feuille Excel afin d’observer confortablement la puissance de cet outil graphique. Puis en cliquant sur un des points de la courbe rouge (point bleu ci-dessous) nous allons pouvoir afficher les caractéristiques de l’antenne pour une fréquence. Ici, il s’agit de la fréquence 445 MHz. Une ligne apparait alors avec l’ensemble des caractéristiques disponibles.

Capture

A l’intérieur du cercle vert, le TOS est inférieur à 2. C’est le réglage par défaut. Pour le modifier, il suffit de cliquer en bas à gauche de la vue sur « SWR Circle » et de saisir la valeur que l’on souhaite.

Dans cet exemple, à l’intersection de la courbe rouge (notre mesure) et du cercle vert nous avons un TOS de 2 donc on peut affirmer qu’à l’intérieur du cercle nous avons donc un TOS inférieur à 2.

En plaçant le marqueur « Marker1 » sur l’intersection rouge/vert de droite, on obtient alors les paramètres de l’antenne pour la fréquence basse pour laquelle le TOS est à 2 et plaçant ce marqueur sur l’intersection rouge/verte à gauche, on obtient alors les paramètres de l’antenne pour la fréquence haute pour laquelle les TOS est de 2.

Donc la bande passante de cette antenne pour obtenir un TOS inférieur à 2 est de 25 MHz c’est à dire Bande Passante = Fréquence haute – Fréquence basse

Les caractéristiques de l’antenne pour son TOS le plus faible se détermine en plaçant le marqueur sur l’intersection de la grille correspondant au 1 de l’axe horizontale de l’abaque et de la courbe mesurée en rouge (point bleu ci-dessous). Ici le TOS minimum de cette antenne est de 1.2.

Capture

En cliquant sur l’une ou l’autre des flèches de M1 (bas à droite de l’abaque) vous pouvez déplacer le marqueur en fonction de la fréquence pour laquelle vous souhaitez déterminer les paramètres.

En cliquant sur « + » ou « – » de Zoom pour pourrez alors grossir le point observé pour augmenter la précision de votre observation.

Si votre antenne est un modèle 75 Ohms, 300 Ohms,… pour son impédance caractéristique alors il faut penser à modifier la valeur Z0 dans « Change Zo » en haut à gauche de l’abaque. Ici, il s’agit d’une antenne d’impédance 50 Ohms.

Pour aller plus loin dans la compréhension de l’abaque de Smith, je ne peux que vous conseillez de consulter ces 2 excellentes pages WEB en français.

En conclusion de ce rapide article initiatique sur la mesure d’antenne, le NanoVNA se révèle être un outil très puissant dans l’atelier du passionné de radiofréquences surtout lorsqu’il est couplé à un outil logiciel d’analyse comme Zplots ou un logiciel de simulation.

Et finalement, il est peut-être plus judicieux de s’équiper d’un VNA tel que le NanoVNA du fait de son prix rikiki (~45 €) au lieux d’investir dans un analyseur d’antenne qui sera bien moins « multi-usages » et probablement bien plus onéreux.

Je vous invite à lire l’article précédent consacré lui aussi au NanoVNA. Vous y trouverez d’autres liens bien utiles pour son exploitation et aussi se le procurer, c’est ici: NanoVNA et charge fictive 50 Ohms Zetagi 50 Watts.

 

Une réflexion sur “NanoVNA et analyse d’antenne

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