nanoVNAでMLAのQを測定

1m角ループのMLAを作ってみましたが、JR1OAO中島氏の言われている、Ct,Cmの値と大きく違うので、中島氏の所へ持ち込み確認して頂いたところ、4隅の接続点に使用したL金具が

アルマイト加工されていたようで、ループ全体の抵抗値が大きくQが上がらない状態であったことが判明。中島氏の所で、L金具のアルマイト加工を極力剥がし、 接触面にナガラのテナメイトを塗り、ループ全体の抵抗を測ったところ大幅に改善。　１４MhzでのSWR等も問題なかったので帰還。

我が家の室内で、実験をしてみると、やっているうちにCt,Cmの値が何故か昔の状態に戻るような感じになってくる。　定電流電源の持ち合わせが無いので、ループ全体の抵抗を測るわけにもゆかないので、ループのQをループアンテナの動作確認の指標とすることにして、手持ちのnanoVNAを使って、どうやったらQを簡単に計測できるかググってみました。　S11を使ってQを測定する方法については、いくつかレポートがありましたが、ココにnanoVNAを使った方法についての議論がまとまっていました。

「if you measure Z11 using S11 then the Q is given by fc/ BW where BW is taken between |Z|/Sqrt(2) points on your frequency plot. Or alternatively taken between +/- 45 degrees on the phase plot.(tuckvk3cca)」

Q ＝ fo/BW  foは中心周波数でBWは

1.  VSWR=2.618となる周波数の差をBWとする。
   
2.  |Z|/sqrt(2)の周波数の差をBWとする。
3.  phase plotから+/- 45°の周波数の差をBWとする。
   

という事のようなので、実際にnanovna-saverで表示させて、１～３まで、使用できるか検証してみました。　（図では、VSWRで求めた周波数の点を、夫々のグラフ上で結び縦軸上の値を見やすくしてみました）

結論から言えば、左の図の左下のVSWRで確認する方法が、簡単かと思われます。　

２の方法は上右の図のように、相当する周波数の値が読み難い。

３の方法は、phaseが急激に変化するので、+/-45°をグラフ上特定することが難しい（そもそも中心周波数で0°になっていない？）

ということで、VSWR=2.618の点を利用するのが最も簡単だという結論に至りました。　但し、2.618という値が視認できるためにはScan範囲がかなり小さくないとダメなので、中心周波数とScan幅を絞ってゆく作業が必要になります。　

当然の話ですが、Markerで夫々の点をポイントし、左の表示の周波数の値から計算する必要があります。

 で、左の数字を見ていたら、Quality factorというのがあり？？　MLA48のdiscussion roomでQしてみたら、藤井さんから、　Impedance 50.4+j760mΩから Q = 0.76/50.4 =... ということでした。　正直な話、これってQ　ってQ(uestion)が湧いてきますが、、。

2.618については　QRP RXが当該のページで下のように説明していました。

”The magic value VSWR = 2.618 can be found from this equation:

BW = (VSWR - 1) / (Q * sqrt(VSWR))

where
BW is bandwidth relative to the center frequency (BW = df / Fc, where df is the absolute bandwidth)

You can found this equation on page 20 in the book "Microstrip Antennas: The Analysis and Design of Microstrip Antennas and Arrays" by David M. Pozar, Daniel H. Schaubert (see attachment).
https://ieeexplore.ieee.org/book/5263382

Since Q = 1 / BW for -3 dB bandwidth, we got the following system of equations:

BW = (VSWR - 1) / (Q * sqrt(VSWR))
Q = 1 / BW

With substitution, we get this equation:

(VSWR - 1) / sqrt(VSWR) = 1

by solving it, we get this magic number :)

VSWR = (3 + sqrt(5)) / 2 = 2.618...

” 

nanoVNA-Fが到着

シンガポールのデポを26日に出て、成田には翌日について、一週間ほど川崎の税関の軒先で待たされて、昨日ようやく手元に到着。　全体が大きく重たくがっちりしていますが、特に使い勝手は変わらない。　TFTが大きくなったので、画面上での操作が苦労なく出来るのはありがたいですが、全体の作りとしてnanoVNAの方が小型軽量で、個人的にはカッコ良いと思っています。　故障しなければ最高。
で、nanoVNA-FはBH5HNUがTTRFTECHのNanoVNAをFreeRTOS versionに書き換えた物で、firmwareの書き換えなどの方法が違っていて、選択スイッチを押し込みながら電源スイッチをオンすると、USB接続されたPC上に、USBディスクとして認識されているので、そこにダウンロードしたfirmware.binをコピーする、という事の様です。
BH5HNUはアクティブでgitHubでメンテされており、mailing listもアクティブで本人も良く書き込みをしているので、結構安心感がありますが、firmwareのupdate情報とbinaryの在処がまだ見つかりません。
最新のnanoVNAに有ったconfigのメニューが無いのですが、バッテリの電圧表示はありますので、本家にはかなりの所で追いついてはいるのでしょうが、、、。
今回は簡単には壊れないことを期待しています。

>　MLで「S21のキャリブレーションが酷いよ！」って書き込みがあったので、実際にキャリブレーションした後にS11とS21をキャリブレーション用の20cm程のケーブルで直結してみたら+6.?dBと表示されていました。　うーん、ちょっと酷いね！　
BH5HNUが次のバージョンアップで修正する、と言っていますが、ソフト開発者の層の厚さからは通常のnanoVNAの方が信頼できるかも、、、。

50Mhz でMLA実験

高耐圧のCばかり弄っていてもしようが無いので、取り敢えず50MhzのMLAを作ってみました。　このページのシミュレーションから、ループ径を62cm（全長194.7cm)とした8D-SFA-Liteにして、0.2mm厚のテフロンを10余回巻き付けた10φの銅パイプで2～15pFのコンデンサを借りにぶら下げて同調を取ってみて、同調が取れるのが確認できたので、ステップモーターとArduino Unoの駆動装置を取り付けて、ケースに入れてみました。

　「こんな長い入れ物は無いだろうなー」と思いながら100均見てたら、有りました！　パスタのストッカーが手ごろなサイズでした。　で、恰好だけは整いましたが、給電ループの設計方法が分かりません。
「いいや、適当に、、、」という事で、いくつか作ってnoanoVNAでSWRやSmith Chartを見ているのですが、どうも未だに結論は出ていません。　今度、MLA48のミーティングで、誰かに聞いてみることにします。
試作してわかった事；
　１）Arduino Unoはシールドしてないと全く使い物にならない！　電波出したとたんに初期化(setup)に飛んで行ってしまう。
  このシールドをどうしようか、目下思案中。
　２）５Dの外皮で結合ループを作ってみましたが、その長さとSWRの関係は良くわかりませんでした。　ちょうどよい長さ（径？）見たいなものがありそうな感じではあるのですが、、、。　どうやって、追い込んでいったらよいのかが？？　先達にお伺いするしかなさそうだけれど、何かロジックがあるのだろうか？


 nanoVNA saverの表示(40～60Mhzのスイープ）；　

59cm

54cm

49cm

46cm

43cm

59cm,54cm,49cm,46cm,43cm長の夫々のループでのデータ。　なんか50cm位のところが良さそうなので、最後は50cmの5Dでループを作り直して、45～55Mhzで測り直してみた物。

50cm

nanoVNAでSWRを調べてみる

nanoVNAを色々弄っていたので、実際に現用中のアンテナのSWRを測定してみました。
PCのソフト２つ（nanoVNA, nanoVNA saver)を使って測定してみました。v0.3.1からは画面キャプチャが出来るようになったみたいですが、PC側のPythonで拾ってくるみたいなので、私の環境ではあまり、意味が無いような、、、。

 取り敢えず、使い慣れているnanoVNAでHexBeamと自作のトラップダイポールを見てみましたが、24Mhzがちょっと違うような感じですが、結構優秀なSWRパターンですねー。　
nanoVNA saverは使ったことが無かったので、今回初めてですが、一度に色々な情報を見ることができるので、使い慣れればこちらも便利かもしれません。
　左の真ん中辺りに TDRがあり、Estimated cable length: 40.816mと出ていますが、大体合っていそうです。　


50MhzのMLAを実験していますが、給電ループの大きさ、とか位置とかの決め方が良くわからないので、試行錯誤中（ま、この為にnanoVNAが必要だったのですが、、、）。 そもそも、SWRってどこで測るのが正しいのでしょうね～。

nanoVNA displayが真っ白！

「字が小さくて使い難い」とか文句言っていたら、突然画面が真っ白になって何も表示されなくなってしまいました。　要するにbacklitのみがついている！　
で、PCソフトで操作するとちゃんと動いています。　返品期限ぎりぎりだったので、アマゾン経由でKSIENSに問い合わせしてみましたが、結局は60%リファンドで決着、という事になりそうです。
displayが何故か動かなくなった、ということだと当然ソフトの問題？と思ったので、JH4VAJ氏のページを参考にfirmwareのupdateを試みてみました。　USB接続しても"STM Device in DFU Mode"ってやつが見えない。　で、ここでとん挫。
もう一台購入したnanoVNAでvccとBoot0をショートして起動してみると、「お、画面が真っ白」でSTM Device in DFU Modeが見えるようになりました。　で、このページ 
の手順に従い、Zadigでドライバーの入れ替えをして、dfu-util.exeでfirmwareを0.3.1にupgradeしましたが、特に問題なく成功しました。
この状態で、不具合のnanoVNAに繋ぎ変えて（勿論電源を入れて）、そのままupgradeしてみました。 DFU　modeで立ち上がっていないはずなので、upgrade出来ない、とは思っていたのですが、「万が一」を期待してやってみました。　すると、Win10のコンソール上は全く問題なく終了しています。　でnanoVNAを再起動してみましたが、やはり画面は真っ白で、メニューには行けません。　
で、PCからnanoVNAというソフトを立ち上げて、FWinfoでversion情報を見てみると（右）、「あれ？0.3.1になってる？！」
displayが動いているもう一つのnanoVNAのversion画面と比べて見てみると、build timeから、どうもfirmwareはupdateされているみたい。　で、PCから1500Mとか上の周波数を指定してみましたが、これは出来ません。　うーん、PC側ソフトの問題なのかな？　（nanoVNAは正常なnanoVNAでも900Mhz以上は指定できませんでした）　
残念ながら、firmware入替えてもdisplayは復活せず。　一台はPCに繋いで、もう一台は移動用、という事で我慢することにします。（どうも、display基盤が両面テープでくっ付いているようなので、これをバラしてdisplayが動作しない問題を特定して修理するのはかなり面倒だと思われます。）

U ダイポールの共振周波数ーnanoVNAを使ってみる。

最近購入した中華nanoVNAを使ってUダイポールの共振周波数をチェックしてみました。
RigExpartのAA-54を何年か使っていましたが、「じっと10秒待つのだぞ」が必要ないのは実にありがたいですねー。　表示される値もAA-54を同じなので、「AA-54サヨウナラ」になっちゃうかな？

調子に乗ってAutoRefreshにチェック入れて置いたら、周波数範囲を入力するスピードが間に合わなくて、思うように範囲を調整できませんでした。1.2sec以内に全ての入力を終了する！ってのは無理ですもんね。　取り敢えず、アンテナ調整には便利なツールで重宝しそうです。　とても小さくてタッチスクリーンで全ての処理が出来き、屋外での使用や、移動中の使用には便利ですが、この歳では、小さくて弄るのが鬱陶しい！