Ottimizzare la ricezione di un'antenna con NanoVNA H

Prima di iniziare, assicurati di avere a disposizione:

• NanoVNA H (o H4) carico e funzionante, con firmware aggiornato
• Kit di calibrazione SOL — Short (cortocircuito), Open (aperto), Load 50 Ω
• Cavo coassiale di qualità con connettori SMA-M per collegare l'antenna al port CH0
• Antenna da misurare: groundplane o J-Pole per VHF/UHF (es. 144 MHz o 433 MHz)
• Righello o calibro a corsoio per misurare i radiali/elementi
• Optionale: software NanoVNA-Saver installato sul PC (GitHub)

La calibrazione è il passo più critico: senza una calibrazione corretta, tutte le misure successive saranno inattendibili. Il NanoVNA H usa la procedura SOLT (Short – Open – Load – Through) sul connettore CH0 per compensare le imperfezioni interne del dispositivo e del cavo di misura.

Imposta prima lo sweep range: dal menu principale scegli il range di frequenza che copre la tua antenna, ad esempio 100 MHz – 500 MHz per coprire VHF e UHF.

# Navigazione su schermo touch o encoder
STIMULUS → START  → 100 MHz
STIMULUS → STOP   → 500 MHz
# Per 144 MHz (VHF): 120–170 MHz
# Per 433 MHz (UHF): 400–470 MHz

Adesso esegui la calibrazione in sequenza. Naviga in CAL → CALIBRATE:

• OPEN — Lascia il connettore CH0 aperto (nessun carico), poi premi OPEN sul menu e attendi che il dispositivo acquisisca i dati.
• SHORT — Collega il terminatore cortocircuito (Short) al connettore CH0, poi premi SHORT.
• LOAD — Collega il terminatore 50 Ω (Load), poi premi LOAD.
• THROUGH (opzionale) — Necessario solo se misuri parametri S21. Per sole misure S11/SWR di antenna puoi saltare questo passo.
• DONE — Premi DONE e poi SAVE per salvare la calibrazione in uno slot (es. slot 0).

CAL → CALIBRATE
  → OPEN    # connettore aperto
  → SHORT   # terminatore cortocircuito
  → LOAD    # terminatore 50 Ω
  → DONE
CAL → SAVE → 0

Collega l'antenna al connettore CH0 tramite il cavo coassiale usato in calibrazione. Metti l'antenna in posizione verticale, lontana da oggetti metallici (almeno 50 cm) per evitare detuning da accoppiamento.

Configura il display per mostrare i parametri più utili:

DISPLAY → TRACE 0 → LOGMAG   # S11 in dB (Return Loss)
DISPLAY → TRACE 1 → SWR      # Standing Wave Ratio
DISPLAY → TRACE 2 → SMITH    # Impedenza sul grafico di Smith
# Scala SWR consigliata: 1.0 – 5.0

Individua la frequenza di risonanza dell'antenna: è il punto dove la curva SWR tocca il valore minimo (idealmente ≤ 1.5:1 per usi amatoriali, ≤ 2.0:1 per ricezione). Usa il marker:

MARKER → MARKER 1 → tocca il minimo della curva SWR
# Il display mostrerà:
#   Frequenza: es. 144.800 MHz
#   SWR: es. 1.35
#   Z: es. 48.2 - j3.1 Ω
#   RL: es. -16.4 dB

Annota questi valori — sono la tua baseline. Il Return Loss (RL) in dB indica quanta potenza viene riflessa dall'antenna: più negativo è il valore, meglio è (−20 dB = 1% di potenza riflessa).

Una groundplane è un'antenna verticale λ/4 con 3–4 radiali. La frequenza di risonanza dipende principalmente dalla lunghezza dell'elemento verticale (radiatore), mentre i radiali influenzano l'impedenza di alimentazione.

Formula di partenza per il radiatore (λ/4 in aria):

# L = lunghezza in metri, f = frequenza in MHz
L (m) = 71.25 / f (MHz)

# Esempio per 144.800 MHz (VHF):
L = 71.25 / 144.8 = 0.492 m  →  49.2 cm

# Esempio per 433.920 MHz (UHF/LoRa):
L = 71.25 / 433.92 = 0.164 m  →  16.4 cm

Risonanza troppo alta (freq. misurata > freq. target) → il radiatore è troppo corto: allungalo di 2–5 mm alla volta.
Risonanza troppo bassa (freq. misurata < freq. target) → il radiatore è troppo lungo: accorcialo.

Radiali a 45° per impedenza 50 Ω:

# Radiali orizzontali → impedenza ~35 Ω (non ideale per 50 Ω)
# Radiali a 45° verso il basso → impedenza ~50 Ω (ottimale)
# Lunghezza radiali = stessa del radiatore ± 5%

L_radiale = L_radiatore * 1.02   # regola empirica comune

Checklist di ottimizzazione groundplane:

• ✦ Frequenza di risonanza centrata sulla freq. target (es. 144.800 MHz)
• ✦ SWR ≤ 1.5:1 alla frequenza target
• ✦ Resistenza reale (R) sul marker Smith ≈ 50 Ω
• ✦ Reattanza (X) sul marker Smith ≈ 0 Ω (punto di risonanza pura)

La J-Pole è un'antenna λ/2 con trasformatore di adattamento a λ/4 (stub J). Non richiede piano di terra, è omnidirezionale e ha guadagno teorico di circa 2.1 dBd (≈ 4.2 dBi). L'adattamento avviene spostando il punto di alimentazione lungo lo stub J.

# Velocità di propagazione nel conduttore: fattore k ≈ 0.95
# f in MHz, misure in cm

Radiatore (λ/2)  = (14250 / f) * k   # es. 144.8 → ~93.6 cm
Stub J   (λ/4)   = (7125  / f) * k   # es. 144.8 → ~46.8 cm
Gap tra i due    = 2–5 cm           # spazio aria tra stub e radiatore

# Punto di alimentazione: parte bassa dello stub
# Spostamento iniziale consigliato: 3–7 cm dall'estremità cortocircuitata

L'adattamento di impedenza si ottiene spostando il punto di aggancio del cavo coassiale (conduttore centrale e calza) lungo lo stub J. Il NanoVNA ti dice in tempo reale dove sei:

• SWR alto, R<50 Ω (punto Smith a sinistra del centro) → sposta il punto di alimentazione verso l'alto (allontanati dal cortocircuito).
• SWR alto, R>50 Ω (punto Smith a destra del centro) → sposta il punto di alimentazione verso il basso (avvicinati al cortocircuito).
• Risonanza fuori frequenza → agisci sulla lunghezza totale del radiatore (accorcia = frequenza sale, allunga = frequenza scende).

# Linux
pip install nanovna-saver --break-system-packages
nanovna-saver

# Windows: scarica il .exe da GitHub releases
# Connetti NanoVNA via USB, seleziona la porta COM, premi Connect

Il grafico di Smith è lo strumento più potente per capire perché un'antenna non è adattata e cosa fare per correggerlo, senza tentativi alla cieca.

• Centro del grafico (50 Ω, 0j) → adattamento perfetto, SWR = 1:1. È il tuo obiettivo.
• Punto sul bordo sinistro (0 Ω) → cortocircuito, tutta la potenza riflessa.
• Punto sul bordo destro (∞ Ω) → circuito aperto, tutta la potenza riflessa.
• Punto sopra l'asse orizzontale → reattanza induttiva (X > 0) → antenna troppo lunga → accorcia.
• Punto sotto l'asse orizzontale → reattanza capacitiva (X < 0) → antenna troppo corta → allunga.
• Punto sull'asse orizzontale, sinistra del centro (R<50) → resistenza troppo bassa → per la J-Pole: sposta il feed point verso l'alto.

Il NanoVNA non misura il guadagno in dBi direttamente — quello dipende dal diagramma di irradiazione e si misura in camera anecoica. Ma puoi verificare il miglioramento pratico in ricezione confrontando segnali reali prima e dopo l'ottimizzazione.

Con un ricevitore SDR (es. RTL-SDR) o un ricetrasmettitore con S-meter:

# Scansione potenza segnale prima dell'ottimizzazione
rtl_power -f 144M:146M:25k -g 30 -i 10 -e 60 before.csv

# Dopo aver ottimizzato l'antenna:
rtl_power -f 144M:146M:25k -g 30 -i 10 -e 60 after.csv

# Confronta con heatmap:
python3 rtl_heatmap.py before.csv before.png
python3 rtl_heatmap.py after.csv after.png

Un miglioramento di 3 dB equivale a raddoppiare la potenza efficace ricevuta. Antenne groundplane e J-Pole ben accordate su un ricevitore SDR tipicamente mostrano miglioramenti di 5–15 dB rispetto a versioni non ottimizzate o non risonanti, a seconda del punto di partenza.

Conserva uno snapshot delle misure ottimizzate per confronti futuri (es. dopo spostamento o modifica dell'antenna):

CONFIG → SAVE → 1   # salva stato completo (sweep + cal + tracce)
# Su NanoVNA-Saver: File → Export → S1P/Touchstone
# Il file .s1p è leggibile da HFSS, CST, SimSmith

Best practice riassuntive:

• Ricalibra ogni volta che cambi cavo, temperatura ambiente o connettore.
• Misura l'antenna nella posizione finale di installazione (su palo, su tetto) — vicino a strutture metalliche cambia tutto.
• Per antenne ≥ 1.2 GHz usa cavi di misura il più corti possibile per ridurre le perdite.
• Testa sempre su una frequenza con un segnale reale noto dopo aver ottimizzato sul NanoVNA.
• Documenta lunghezze fisiche degli elementi: la prossima volta ripartirai da una baseline valida.