低成本小型矢量网络分析仪nanoVNA硬件优化改进

wdywhq001 · 发表于 2020-8-24 11:29:26

本帖最后由 wdywhq001 于 2020-8-26 08:54 编辑

首先感谢@hugen 带来这么高性价比的设备，这机器在国外很火，在国内似乎讨论它的不多，本人工作需要购得一台，但不满足现有性能，逐结合国外大神的一些讨论对其硬件进行的改造，大部分是抄作业，发帖记录一下。

由于本人时间较零碎，整个改造过程历时很长且仍未完结。

先上一张改造前后的对比图，上面的机器是硬件电路优化改进后的，下面的机器是原始的机器，可看出S21（CH1）在300-600MHZ频段的动态及本底噪音提升明显。

具本人了解（如果有错误请指正），nanovna原始设计是由日本的爱好者edy555在2016年前设计的，软件硬件全部开源，国内较早参与的是hugen，设计的H版及H4版（本人持有的硬件是有hugen设计的较早的H版），其突出的性能+极低的成本，让更多的爱好者拥有自己的网分。原始设计虽然按照小型化设计但并没有电池供电，移动使用不方便，hugen增加了电池供电带来了可移动特性，使其真正成为移动便携的网分神器，但也带来了一些设计缺陷，直到V3.4版本才解决了这些硬件上的缺陷，本人所持有的硬件版本是较早的V3.1版本，自然是存在这些硬件缺陷的，由于属于完美主义偏执狂类型，既然有问题，那就着手解决这些问题。

硬件优化改进已完成的工作：
1、充电电流降低至300mA，充电干扰及连接电脑干扰问题解决。
2、DAC供电，PLL供电，以及混频供电引起的低噪问题解决。
3、电桥电路优化，使其谐波状态下性能更好，在300-600MHz动态提升到-80db！（更正：实测有效动态只有-60db，低噪降低到-80db，将更改电路增加高通及低通衰减，从新修改CH1电桥衰减比后校准测试，最近有空将实施这项计划）
4、关机状态下实时时钟保持运行，PS：就只是增加一个32.768khz的晶振。

准备继续折腾的工作：
0、给H版增加TF卡座（已打板但由于需要飞线，本人从心理上拒绝）
1、找hugen买一块H4的PCB，从0开始制作并改进硬件性能，由于hugen神龙见首不见尾，暂时还没得到答复，实在不行就自己画吧。
2、设计并制作7寸屏幕设备，国大神已与昨天实现7寸屏幕的支持。
3、更大的电池和更可靠的外壳及防水性能，抵抗户外严酷环境。

声明：本人不会发布任何硬件设备成品，请勿联系购买事项，如需硬件设备请联系@hugen 和@BH5HNU ，hugen的H4版和BH5HNU的F版都是极好的设备。

正文开始：
所有改造本人尽量采用原位置替换，尽量不飞线。
1、充电电流降低至300mA，充电干扰及连接电脑干扰问题解决。
原始设计采用IP5303作为充电及5V升压，猜测hugen本意是外围电路较简单，但是未考虑这颗IC的充电电流较大，并且工作频率给混频电路以及DAC带来干扰，直到V3.4版本才改用FM9688这颗DC-DC芯片，既然如此，那就采用FM9688设计一块PCB原位置替换IP5303，同时增加钽电容滤波，进一步降低电源噪音。
PS：第一版PCB仍然有些结构上的问题，新版将在明天到来。
采用全屏蔽6A大电流电感，USB充电输入采用6V100UF音频钽电容，5V输出采用22UF钽电容（混频供电采用独立LC滤波，所以这里输出电容使用的容量并不大）原理图

设计采用原位置替换，避免飞线

2、DAC供电，PLL供电，以及混频供电引起的低噪问题解决。
原设计采用6206作为3.3V LDO，并且没有做滤波考虑，电源噪音非常大。混频电路主供电也没有做滤波考虑。
改进采用RT9193这颗低波纹的LDO，之前在做电压ADC时候用过，可以稳定6位ADC芯片，混频供电使用LC滤波，实测效果极好！

LDO及LC滤波原理图：

LDO+LC，依然采用原位置替换

电源部分改装完毕后试一下充电及开机：

3、电桥电路优化，使其谐波状态下性能更好，在300-600MHz动态提升到-80db！
这个就是抄作业了，根据国外大神的讨论，CH1电桥和CH0的输出电平均做了改进，hugen也更新了V3.5.0版本硬件原理图，但是硬件什么时候生产就不知道了，既然如此，那就改吧。
编号  原始  更改
R9    82    200
R13 150 0
R22 39 240
R23 39 240
R24 100 56
R25 22    56
移除R29 R30 R31
C40 C43 C44并联100nF 0402规格电容

CH1电桥修改

CH0电桥修改

4、关机状态下实时时钟保持运行，PS：就只是增加一个32.768khz的晶振。

全部完成后看一下400-500MHZ的动态及本底噪音情况

可以看出，改善十分明显！已经可以作为UHF频段的工具使用了！

msold5 · 发表于 2020-8-24 15:12:07

没怎么看到网络评估的便携机器，楼主介绍下这个设备呢？

yhgwork · 发表于 2020-8-24 23:35:18

咸鱼好像１９９

holts · 发表于 2020-8-25 11:41:47

这个很好，我也在弄，不过不明白，为什么要弄在便携的，弄个台式的不好么？　我的方向就是台式。:lol:

中国芯好 · 发表于 2020-8-25 12:08:48

这个能分析wifi天线吗？有没有低成本的wifi天线分析仪？

韩小羽 · 发表于 2020-8-25 13:35:46

楼主的帖子很有学习价值，我也在玩这个。
我想请教楼主怎么看动态大小，端口2的本底是不是就是s21的动态？另外s11动态应该怎么测量？
没有银子自己画板做的，屏幕买小了。

msold5 · 发表于 2020-8-25 16:58:50

各位有没有成品的，发个能在淘宝上搜到的名字出来给大家感受下？

寒稞 · 发表于 2020-8-25 19:44:12

不好意思，问一下，怎么找到联系@hugen 和@BH5HNU呢？对这个仪器挺感兴趣的。

祺243288 · 发表于 2020-8-25 22:03:36

寒稞发表于 2020-8-25 19:44
不好意思，问一下，怎么找到联系@hugen 和@BH5HNU呢？对这个仪器挺感兴趣的。 ...

什么娱乐购物网站就有，nanovna。

wdywhq001 · 发表于 2020-8-26 08:46:14

msold5 发表于 2020-8-24 15:12
没怎么看到网络评估的便携机器，楼主介绍下这个设备呢？

https://ttrf.tk/kit/nanovna/

wdywhq001 · 发表于 2020-8-26 08:47:09

yhgwork 发表于 2020-8-24 23:35
咸鱼好像１９９

去买H4吧，贵百十块，屏幕4寸的，性能也提升不少，改一下电桥就能达到上面的效果，甚至更好

wdywhq001 · 发表于 2020-8-26 08:47:51

holts 发表于 2020-8-25 11:41
这个很好，我也在弄，不过不明白，为什么要弄在便携的，弄个台式的不好么？　我的方向就是台式。 ...

折腾7寸台式，我准备折腾7寸便携，基本说这个7寸便携就可以台式便携两用的

wdywhq001 · 发表于 2020-8-26 08:48:35

本帖最后由 wdywhq001 于 2020-8-26 08:51 编辑

韩小羽发表于 2020-8-25 13:35
楼主的帖子很有学习价值，我也在玩这个。
我想请教楼主怎么看动态大小，端口2的本底是不是就是s21的动态？ ...

:praise::praise:厉害，动态最好是找个滤波器啥的实测一下

wdywhq001 · 发表于 2020-8-26 08:49:15

msold5 发表于 2020-8-25 16:58
各位有没有成品的，发个能在淘宝上搜到的名字出来给大家感受下？

nanovna
避免嫌疑自己看吧，hugen79

韩小羽 · 发表于 2020-8-26 10:36:37

wdywhq001 发表于 2020-8-26 08:48
厉害，动态最好是找个滤波器啥的实测一下

请教楼主v2的效果好不好，准备买个玩

holts · 发表于 2020-8-26 10:57:02

wdywhq001 发表于 2020-8-26 08:47
折腾7寸台式，我准备折腾7寸便携，基本说这个7寸便携就可以台式便携两用的 ...

直接取消屏，通过兰牙连接到电脑，在电脑上显示。

msold5 · 发表于 2020-8-26 21:22:10

wdywhq001 发表于 2020-8-26 08:49
nanovna
避免嫌疑自己看吧，hugen79

谢谢，已收藏。
不过看上去是3G这类网络使用，不是我想要的LAN测试硬件

寒稞 · 发表于 2020-8-27 19:32:06

祺243288 发表于 2020-8-25 22:03
什么娱乐购物网站就有，nanovna。

谢谢。这就去查看:praise:

y_z_q3963 · 发表于 2020-8-28 19:01:07

同款使用中。我的电池改大了，本人业余无线电爱好者，呼号：BI6JIR。喜欢野外设台通联。这个小设备测试短波天线还是非常实用的，价格也非常实惠。

2189 · 发表于 2020-8-31 01:15:23

学习了..................

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