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LibreVNA 開源 USB 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 工作頻率范圍為 100kHz 至 6GHz

Jan K?berich 的 LibreVNA 是一款開源硬件 USB 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA)，基于 Spartan-6 FPGA、STM32 微控制器以及采用 MAX2871 和 Si5351C 芯片的 RF 電路。 該開源 VNA 支持兩個(gè)通道，工作頻率范圍為 100kHz 至 6GHz。

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是昂貴的電子測(cè)試設(shè)備，用于測(cè)量高頻電氣網(wǎng)絡(luò)的幅度和相位，價(jià)值數(shù)千美元。 它們通常用于射頻 (RF) 和微波工程應(yīng)用。 去年，我們?cè)鴪?bào)道過 Pico Technology 發(fā)布了適用于 Linux、Raspberry Pi 和 macOS 的 PicoVNA 5 軟件，而不僅僅是為其商業(yè) PicoVNA 設(shè)備提供 Windows 程序。 我認(rèn)為即使它是閉源的，它也已經(jīng)是一個(gè)很好的開發(fā)，但 LibreVNA 一直采用開源硬件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)文件、FPGA 代碼、STM32 固件和 PC 軟件（GUI）全部開源。

LivreVNA 硬件規(guī)格：

• FPGA – Spartan6 FPGA 處理與 RF 模塊的通信并對(duì) ADC 進(jìn)行采樣。
• MCU – STM32G431 微控制器處理 FPGA 中的掃描設(shè)置、提取和預(yù)處理測(cè)量結(jié)果，并通過 USB 傳輸它們。
• 存儲(chǔ)——用于 FPGA 比特流的閃存。 微控制器還可以訪問閃存，因此不需要 FPGA 相關(guān)的硬件工具（例如 JTAG 編程器），所有內(nèi)容都可以通過 USB 更新
• 時(shí)鐘源
• • Skyworks Si5351C 時(shí)鐘發(fā)生器提供所有所需的時(shí)鐘，并用作低于 25MHz 頻率的激勵(lì)源。 其參考時(shí)鐘可以是 26MHz 晶體，也可以是外部 10MHz 信號(hào)。
  • Analog Device MAX2871 是頻率高于 25MHz 的激勵(lì)源，其輸出信號(hào)經(jīng)過輕微濾波以減少諧波數(shù)量，并可通過數(shù)字衰減器 (RFSA3714) 在約 -42 至 -10dbm 之間調(diào)節(jié)。
• 經(jīng)過TR37A73放大器后，信號(hào)被分路
• • 其較弱的部分被饋送到參考接收器。
  • 信號(hào)的較強(qiáng)部分可以路由到任一端口，每個(gè)端口都有 2 個(gè)串聯(lián)使用的 RF 開關(guān)，以在端口之間實(shí)現(xiàn)更高的隔離。
• 兩個(gè)端口都具有完全獨(dú)立的接收路徑，可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)參數(shù)（S11 和 S21 或 S22 和 S12）。
• 每個(gè)接收器由兩個(gè)下變頻混頻器組成。 1.IF 的頻率為 60MHz，2.IF 的頻率為 250kHz。
• ADC 以 16 位 @ 800kHz 對(duì)最終 IF 進(jìn)行采樣。
• 電源 – 通過 USB-C 端口提供 5V 電源或外部 5V 直流電源

系統(tǒng)框圖

Jan 解釋說，LibreVNA PCB 只是一個(gè) RF 前端，具有一定的處理能力，用于捕獲數(shù)據(jù)并通過 USB 將其發(fā)送到主機(jī)。 實(shí)際的數(shù)據(jù)處理是在 LibreVNA-GUI PC 應(yīng)用程序中完成的，其中包含適用于 Windows、Ubuntu、macOS 甚至 Raspberry Pi 5 的預(yù)構(gòu)建二進(jìn)制文件。這意味著您可以在不需要 PCB 導(dǎo)入示例測(cè)量值的情況下進(jìn)行嘗試。

我在 Ubuntu 22.04 筆記本電腦上嘗試過，安裝一些額外的依賴項(xiàng)后，程序可以啟動(dòng)。

sudo apt install libqt6widgets6 libqt6svg6 libqt6network6 qt6-waylandunzip LibreVNA-GUI-Ubuntu-v1.5.0.zip ./LibreVNA

它還可以用作信號(hào)發(fā)生器或頻譜分析儀。 RF 工程師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)該解決方案很有趣，并且可以訪問所有資源來開始使用或在 GitHub 上構(gòu)建自己的解決方案。 該項(xiàng)目并不是全新的，因此可以在亞馬遜或 Aliexpress 上以 500 美元左右的價(jià)格購買硬件以及外殼和配件。