NanoVNa un piccolo grande strumento.
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Piccola premessa
Questa è una guida per conoscere e usare nei modi più semplici lo strumento, le mie scarse conoscenze teoriche non mi permettono di spiegare molte funzioni lo strumento ma è sufficente avere un minimo di conoscenza dei fenomeni che riguardano le antenne e le linee di trasmissione in generale per poter usare con grandi soddisfazioni il NanoVNA.
Partiamo dall’inizio; mi serviva uno strumento per la misura delle caratteristiche e per la messa a punto delle mie antenne. Cercando un compromesso tra costo e prestazioni mi sono imbattuto nel NanoVNA, non sapevo neanche cosa fosse un VNA (Vector Network Analizer) ma mi ha incuriosito subito leggendo di cosa fosse capace.
Inoltre è un progetto OPEN SOURCE sviluppato in origine da edy555 sia come hardware che come firmware ed è stato successivamente migliorato da Hugen, Cho45 e DiSlord. Tenendo conto del prezzo è uno strumento veramente eccezionale con caratteristiche poco inferiori a strumenti dal costo anche 100 volte superiore.
In breve tempo sono diventato un entusiasta dello strumento è un vero e proprio “tester” per le antenne e fa davvero tutto quello che si trova descritto in rete, molto facile da usare, portatile e adatto a misurazioni sul campo. La precisione ha i suoi limiti ma per gli usi più comuni è molto più che sufficente e sono limiti ampiamente compensati dai pregi.
Passiamo subito alla descrizione.
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ATTENZIONE!! non ricaricare con alimentatori a ricarica “veloce”.
Il simbolo della batteria scarica che si vedrà in seguito è dovuto ad una ricarica veloce che ha prodotto parecchi danni al circuito di controllo della ricarica.
Come si presenta� quando arriva il� NanoVNA H4
-La confezione oltre allo strumento contiene tutti gli accessori occorrenti per la taratura dello strumento, i cavi per la ricarica della batteria, un cordino con un “plettro” da assicurare allo strumento per il touch-screen e la più comoda “penna” sempre per il touch-screen.
-La batteria garantisce diverse ore di funzionamento anche in assenza di un power bank o una porta USB per la ricarica.
-Il “manuale” è qui a sinistra.
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Modelli e cloni
NanoVNA schermo 3”
NanoVNA H4 schermo 4”
La guida si basa su questo modello
Modelli da 4,2”
Le differenze pricipali fra i vari modelli sono: la dimensione dello schermo, i punti di scansione e la massima frequenza che si può raggiungere nelle misure.
Il funzionamento è molto simile tra tutti i modelli visto che si basano su evoluzioni del medesimo firmware e hardware.
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Cosa può fare il� NanoVNA H4
Molte sono le misure che si possono attuare con il NanoVNA, si può dire che, se si è preparati anche teoricamente, si può misurare quasi tutto nel dominio della frequenza, e anche qualcosa nel dominio del tempo.
Oltre a quello che descrive l’immagine a destra, si
misurano: condensatori, resistenze, filtri RF, attenuatori, circuiti LC serie e parallelo e mi
fermo qui perché il resto non ho idea di cosa sia.
Tutte queste misure possono descrivere il
comportamento del componente in esame rispetto
alla frequenza.
Nel dominio del tempo, può misurare la lunghezza dei cavi RF e dare un idea a che distanza si trovi una eventuale anomalia sul cavo.
La precisione dipende da diversi fattori ma con i
dovuti accorgimenti si arriva a livelli di precisione
paragonabili a strumenti ben più blasonati.
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Caratteristiche tecniche� NanoVNA H4
Range di frequenza: 9kHz – 1,3:1,5GHz
altri modelli arrivano a 6,3 GHz
Punti di misura nel range di frequeza impostata: 51,101,201,301,401
altri modelli arrivano a 801 e se collegati ad un PC anche 1024.
Tracce : 4 - ad ogni traccia può essere assegnato un parametro diverso da misurare
Memoria interna con possibilità di espansione con Micro-SD (32Gb) per memorizzare setup e screenshot.
Touch screen da 4”, da utilizzare preferibilmente al posto del comando basculante che è più delicato.
Batteria LiPo da 1950 mAh, porta e cavo USB tipo C per ricarica.
La porta USB serve anche per collegare lo strumento al PC.
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Comandi fisici e porte
Due connettori SMA-F
Porta USB “C” per ricarica e PC
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Primo contatto, accendiamolo!
Il primo impatto può generare confusione, tutto si muove e non si capisce molto.
Per fermare il movimento toccare lo schermo e dal menu che appare toccare il tasto più in basso e il caos si ferma.
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Panoramica dello schermo
La parte in alto è intuitiva, vengono visualizzati i valori che ogni traccia sta misurando in quel momento. Ogni traccia ha il suo colore.
MARKER
Posizione in frequenza del marker numero uno. In questa schermata tutti i marker sono assegnati al numero uno. Per cui mostrano la misura alla medesima posizione.
Le misure visualizzate si riferiscono alla frequenza su cui è posizionato il Marker.
Frequenza di inizio sweep----banda passante---- punti di misura---- frequenza fine sweep
Queste lettere si riferiscono alla calibrazione.
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Menu TRACCE
Nelle schermate appaiono le 4 tracce disponibili.
In alto è selezionata la traccia verde.
Tutti i comandi che verranno selezionati dopo, si applicheranno alla traccia selezionata.
Nella schermata in basso è selezionata la traccia gialla.
Le tracce si possono disattivare, quando la traccia non è attiva è di colore grigio.
Il comando “Store Trace” salva la configurazione delle tracce per quella taratura.
SELEZIONE
SELEZIONE
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Menu format S11
Selezionata una traccia, occorre assegnare attraverso questo menu il parametro che dovrà misurare, di solito:
SWR – SMITH – RESISTANCE- Z
tutti gli altri sono per chi li capisce, molti mi ricordano il corso per la patente. Magari con un po’ di ripasso…..
Agisce sulla traccia selezionata.
Cosa vuole dire S11
Significa che lo strumento esegue le misure confrontando il segnale che esce dalla porta 1 con il segnale che entra dalla STESSA porta (S11).
Sono perciò misure di riflessione (segnale riflesso) tipo SWR questo tipo di misure coinvolgono solo la porta uno e non devono necessariamente passare in un circuito “chiuso”.
Le misure sono effettuate in tempo reale e continuamente su tutto lo spettro impostato con una spaziatura tra le misure
determinata dai punti impostati.
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Menu format S21
I parametri che si assegnano alle tracce attraverso queso menu sono dedicati a misurazioni di componenti come filtri, balun, cavi ecc.
Per gli usi che interessano il parametro LINEAR è quello più usato.
Cosa vuole dire S21
Significa che lo strumento confronta il segnale che esce dalla porta 1 con il segnale che entra dalla porta 2 (S21).
Sono perciò misure passanti, su COMPONENTI DISCRETI PASSIVI. Sono misure che coinvolgono entrambe le porte e devono necessariamente essere eseguite su di un circuito “chiuso” come quello in figura.
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Menu CHANNEL
L’opzione CHANNEL assegna alla traccia selezionta in quel momento, le misure S11 cioè di riflessione oppure le misure S21.
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Menu SCALE
Questa opzione è utile per impostare il valore che ha ogni spazio verticale della griglia sullo schermo.
L’impostazione può essere effettuata se il “format” della traccia è compatibile, ad esempio,se la traccia è impostata sul diagramma di SMITH non si può impostare la scala.
Sposta lo “ZERO” in basso o in alto sullo schermo.
Visualizza a destra dello schermo i valori della griglia.
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Menu TRANSFORM
Questa opzione applica alla misura della traccia selezionata la “trasformata di Fourier”, che sposta la misura dal dominio della frequenza al dominio del tempo.
Si usa per misure sui cavi e su tanto altro che non conosco.
Bisogna attivarla e quando si è effettuata la misura disattivarla.
Per le misure sui cavi, lunghezza, presenza anomalie e loro posizione si usa questa impostazione. Per le altre se ne parla la prossima puntata.
Occorre impostare anche questo parametro per rendere le misure affidabili.
Lo si trova nei datasheet dei cavi.
La precisione di queste misure è abbastanza approssimata, ma da comunque una buona idea della posizione di eventuali anomalie presenti sul cavo specialmente su cavi lunghi, facilita di molto la ricerca del “guasto”.
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Menu IF BANDWIDTH
Imposta la larghezza di banda dello strumento sulla traccia selezionata.
Non la ho mai variata per le misure effettuate.
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Menu DATA SMOOTH
Applica dei calcoli statistici di approssimazione alle misure.
Mai usato.
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Menu MARKER
Si possono attivare/disattivare fino a 8 marker e assegnarli ad una traccia(quella selezionata).
L’opzione DELTA cambia la misura assoluta in differenza tra marker.
Mai usati altri marker oltre a quello di default.
Opzioni per il posizionamento rapido del marker selezionato sul valore MASSIMO o MINIMO se è il caso, cercando a destra o a sinistra della posizione attuale.
Altre opzioni per il posizionamento del maker selezionato. Mai usate.
Traccia gli spostamenti del marker selezionato durante lo sweep.
Mai usato
I MARKER sono una funzione molto comoda quando si effettuano misure, si possono spostare a mano o attivando le opzioni previste.
Nell’uso che ne ho fatto io (il più semplice) mi sono serviti per rendermi conto della frequenza a cui veniva effettuata la misura.
Mi rendo conto però che aprono moltissime possibilità di misura.
MARKER 1
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Menu STIMULUS/1
E’ uno dei menu più importanti da conoscere ed è strettamente collegato alla precisione e affidabilità delle misure. Il NanoVNA effettua le misurazioni “spazzolando” in continuazione il range di frequenza impostato. Parte dall’inizio e quando arriva alla fine del range ricomincia.
Le misure sono effettuate nei punti impostati, per cui se il range di frequenza è impostato da 144MHz a 146MHz (2MHz) e i punti sono impostati a 201, le misure saranno effettuate ogni 10KHz (2MHz/200).
Duecento perché il primo punto è al punto zero del range.
Se il range è stretto e i punti di misura sono fitti la misura che si sta effettuando è precisa e affidabile, occorre sempre trovare il compromesso migliore.
In pratica se si sta misurando un’antenna di cui si conoscono approssimativamente le caratteristiche si tiene un po’ più largo il range di frequenza e quando si è individuata la “zona” di risonanza lo si stringe.
Panoramica
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Menu STIMULUS/2
Ci sono due metodi per impostare il range di frequenza.
Il primo richiede di impostare la frequenza di inizio(START) e quella di fine (STOP).
Il secondo metodo richiede di impostare il centro del range e lo span. Nel caso dei 144-146 MHz si imposta il centro a 145 e lo span a 2.
I punti di misura impostati
Questa è la tastiera che appare quando sono richiesti valori da inserire.Specificare sempre se il valore inserito si riferisce a: G=GHz, M=MHz, k=kHz, Hertz=x1
Impostare il RANGE
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Menu STIMULUS/3�
Questi sono i punti di misura impostabili, ricordare che più sono fitti più la misura è affidabile.
Lo scotto da pagare è che lo strumento impiega più tempo a effettuare la scansione, specialmente se il range è molto ampio.
Qui viene mostrato il passo a cui vengono effettuate le misure. Il passo, come già detto, dipende dal range di frequenza impostato diviso i punti di misura-1.
Questa opzione serve ad
impostare manualmente il passo, mai usata.
Impostare i PUNTI DI MISURA
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Menu CALIBRATE/1
-La calibrazione dello strumento è una operazione fondamentale per ottenere misure affidabili e va eseguita sempre quando le misure sono importanti.
-La calibrazione va fatta ogni volta che si cambia il range di frequenza e una volta eseguita si può salvare (7 in ram oppure moltissime nella SD-card).
-Le configurazioni salvate sono pronte per essere richiamate dalla memoria in qualsiasi momento e lo strumento può rifare misure su quel range di frequenza.
-La procedura è guidata e va fatta dopo avere impostato il range e i punti di misura.
-Fino a 600-700MHz, se non si vogliono misure precisissime, il kit fornito con lo strumento va bene.
Oltre gli 800Mhz e meglio dotarsi di kit, connettori e cavetti certificati sia per la taratura che per le misure.
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Menu CALIBRATE/2
CALIBRIAMOLO!
Dopo avere impostato il range di frequenza che ci interessa e i punti di misura.
1)Colleghiamo sulla porta 1 il tappo OPEN e premiamo il relativo tasto.
Quando lo strumento finisce passa all’opzione successiva in automatico
2)Colleghiamo sulla porta 1 il tappo SHORT e premiamo il relativo tasto.
3)Colleghiamo sulla porta 1 il tappo LOAD e premiamo il relativo tasto.
4) Lasciamo liberi i due terminali e premiamo il tasto ISOLN.
5)Colleghiamo con un cavetto le due porte e premiamo il tasto THRU. Se non dobbiamo eseguire misure passanti questa taratura è facoltativa, personalmente la faccio sempre.
6) Per completare la procedura premiamo il tasto DONE e salviamo la taratura.
Possiamo usare le tarature salvate tramite il tasto RECALL.
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Prime misure�accessori
Prima di iniziare è meglio attrezzarsi un minimo per potere collegarsi a qualsiasi dispositivo.
E’ incredibile quanti tipi di connettori vengano adottati dai costruttori.
Ricordarsi che oltre i 600-700 MHz
servono cavi e connettori certificati.
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Antenne /1
Proviamo a misurare le caratteristiche di due antenne sulle frequenze VHF e UHF.
Le misure saranno eseguite con piano di massa e senza piano di massa.
Le antenne sono prese da una radio non DMR
Quansheng TK11-8
e da una radio anche DMR
Baofeng 1801
questa accetta solo la sua antenna.
Le immagino mostrano le “configurazioni” pratiche adottate per le misure.
Il piano di massa è una lamiera spessa 4 mm di circa 10dm2.
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Antenne /2
Sotto misura una antenna a banda molto larga, misurata senza piano di massa (sopra) e con piano di massa (sotto).
Non penso che occorrano spiegazioni, notate la posizione del MARKER nelle immagini sotto.
Le impostazioni sono:
Traccia 0 (gialla) Format(S11)--> SWR
Traccia 1 (azzurra) Format(S11)--> |Z|
Traccia 2 (verde) Format(S11)--> SMITH
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Antenne /3
La stessa antenna a banda molto larga, misurata senza piano di massa (sopra) e con piano di massa (sotto) per le bande VHF e UHF.
Le impostazioni sono:
Traccia 0 (gialla) Format(S11)--> SWR
Traccia 1 (azzurra) Format(S11)--> |Z|
Traccia 2 (verde) Format(S11)--> SMITH
VHF
VHF
UHF
UHF
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Antenne /4
Sotto misura una antenna bibanda, la radio non accetta altre antenne, misurata senza piano di massa (sopra) e con piano di massa (sotto).
Le impostazioni sono:
Traccia 0 (gialla) Format(S11)--> SWR
Traccia 1 (azzurra) Format(S11)--> |Z|
Traccia 2 (verde) Format(S11)--> SMITH
VHF
UHF
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J-POLE
Sotto misura la mia JPOLE bibanda autocostruita, installata su palo a 10m da terra e 18m di cavo LMR400.
Le impostazioni sono:
Traccia 0 (gialla) Format(S11)--> SWR
Traccia 1 (azzurra) Format(S11)--> |Z|
Traccia 2 (verde) Format(S11)--> SMITH
VHF
UHF
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Dipolo
Dipolo multiplo 5 bande HF, è installato su palo a 11m da terra le estremità scendono a v invertito fino a 3m da terra, 20m di cavo RG58.
1–15 MHz
15-31 MHz
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Risonanza
-Altra possibilità interessante è quella di poter misurare la frequenza dove le antenne risuonano.
-I passi da fare per accedere alla misura sono illustrati a sinistra.
-Oltre alla frequenza di risonanza viene visualizzata l’impedenza a quella frequenza scomposta nelle due parti reale e immaginaria.
-Da notare che alla risonanza dell’antenna non sempre corrisponde la giusta impedenza.
J-POLE VHF
J-POLE UHF
DIPOLO 1-15MHz
DIPOLO 15-30MHz
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Attivare/disattivare premendo qui.
CAVI /1�lunghezza
RG174, dia 2,6mm
10 metri reali.
RG58
dia 5mm
20 metri reali.
RG8
dia 10,3mm
14,8 metri reali.
La misura va eseguita con il cavo collegato alla porta uno e lasciato aperto all’altra estremità per cui è una misura di riflessione S11.
Lasciare attiva solo la traccia zero e impostarla a REAL tramite FORMAT(S11)-→MORE.
Impostare tramite DISPLAY-→TRANSOFRM-→ il Fattore di Velocità del cavo, LOW PASS IMPULSE e poi premere per attivare.
Lasciare il range di frequenza 50KHz- 900MHz e restrigere se necessario la frequenza massima.
Non occorre che il cavo sia disteso, ma neanche che abbia curve strozzate.
Massima lunghezza misurabile, dipende dall’impostazione della frequenza massima.
Come si può notare più il cavo è grosso, meglio si misura.
Ma le misure hanno sempre un certo grado di approssimazione.
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Finita la misura disattivare transform.
CAVI /2�anomalie
La misura va eseguita con il cavo collegato alla porta uno e lasciato aperto all’altra estremità per cui è una misura di riflessione S11.
Lasciare attiva solo la traccia zero e impostarla a REAL tramite FORMAT(S11)-→MORE.
Impostare tramite DISPLAY-→TRANSFORM-→ il Fattore di Velocità del cavo, poi LOW PASS IMPULSE e premere per attivare.
Lasciare il range di frequenza 50KHz- 900MHz e restrigere se necessario la frequenza massima.
Non occorre che il cavo sia disteso, ma neanche che abbia curve strozzate.
Ho simulato una anomalia giuntando due cavi con dei giunti adattatori, il caso è “difficile” perché le impedenze sono appena diverse.
Cavo “A” RG174 10m terminato SMA.
Cavo “B” RG58 20m terminato BNC.
Come si vede(male) a circa 11m la traccia si stabilizza vuole dire che in quei paraggi è presente l’anomalia.
La lunghezza totale e in accordo, 30m circa.
Se l’anomalia fosse dovuta ad esempio ad una curva “strozzata” sarebbe molto più evidente.
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VNA-cavo A- cavo B
VNA-cavo B- cavo A
Finita la misura disattivare transform.
CAVI /3�attenuazione
La misura va eseguita con il cavo che dalla porta uno va alla porta due per cui è una misura passante S21.
Lasciare attiva solo la traccia uno che di solito è impostata su LOGMAG. Altimenti impostarla tramite FORMAT(S21).
Lasciare il range di frequenza 50KHz- 900MHz e restrigere per misure più accurate (calibrare o richiamare una calibrazione).
Non occorre che il cavo sia disteso, ma neanche che abbia curve strozzate.
10MHz
50MHz
144MHz
436MHz
RG174
SMA
2.6mm
10 m
Bassa
qualità
RG58
BNC
5 mm
20 m
C-U
MIL
C17-O
RG8
PL
10,3 mm
14,8 m
U
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1,65 dB/m
0.728 dB/m
2,26 dB/m
2,94 dB/m
0.0485 dB/m
0,039 dB/m
0.142 dB/m
0,266 dB/m
0,540 dB/m
0,116 dB/m
0.728 dB/m
0,206 dB/m
0,406 dB/m
CONNETTORI�attenuazione
La misura va eseguita con il cavo che dalla porta uno va alla porta due per cui è una misura passante S21.
Lasciare attiva solo la traccia uno che di solito è impostata su LOGMAG. Altimenti impostarla tramite FORMAT(S21).
Lasciare il range di frequenza 50KHz- 900MHz e restrigere per misure più accurate (calibrare o richiamare una calibrazione).
Da sempre, nel campo radio, ho una litania nelle orecchie che esalta i connettori. Devono essere di OTTIMA qualità, introducono perdite ecc. ecc.
Ho scelto dalla mia dotazione acquistata in Cina un tanto al kilo,i connettori-adattatori che si vedono nella prima figura, sono 17 (PL,SMA,BNC), mi sono costati poco meno di 11€ in offerta.
Li ho montati ben stretti in un ammasso informe e ho misurato l’attenuazione introdotta, la cosiddetta “inserzione”.
Attenuazione -0,55dB a 351 MHz, lascio a voi le conclusioni, vi ricordo che sono 17 e ce ne sono 3 a 90 gradi che a detta di tutti sono i più famigerati.
Le prime perdite “serie” (2,78 dB) si registrano oltre i 650 MHz.
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SCHEDA DIDATTICA
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Filtro passa basso 30 MHz
Filtro passa alto 100 MHz
Filtro passa banda 433 MHz
Filtro elimina banda 6.5 MHz
CARTA DI SMITH
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Vi illustro le poche cose che ho capito della Carta di Smith. Ho compreso che ha delle grandi potenzialità sull’interpretazione delle misure, ma occorre una salda parte teorica di supporto...non è il mio caso. Chi ha la possibilità e la voglia, approfondisca l’argomento.
Asse orizzontale della resistenza pura.
Reattanza nulla.
0 Ohm
Resistenza infinita
Il punto centrale prende il valore del carico usato nella taratura.
Di solito 50 Ohm.
Nell’area del semicerchio in basso si può leggere la reattanza capacitiva.
-JX
Nell’area del semicerchio in alto si può leggere la reattanza induttiva.
+JX
Cerchi induttanza costante
Cerchi capacità costante
Cerchi resistenza costante
SOFTWARE
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-Lo strumento ha la possibilità di essere gestito da personal computer o tramite app dallo smartphone.
-E’ molto comodo e pratico per sessioni di misura intensive in laboratorio su filtri, trappole, balun ecc.
In pratica qualsiasi componente di cui occorra sapere il comportamento rispetto alla frequenza anche mentre lo si modifica.
-Molto facile modificare i parametri di test con tastiera e mouse mentre si fanno le prove, per poi fare le misure finali dopo la taratura specifica.
NanoVNA Saver, il più conosciuto
FINE
by IU1VFY
GRAZIE PER L’ATTENZIONE