Le NanoVNA est devenu l’un des instruments favoris des radioamateurs. Pour quelques dizaines d’euros, il permet de mesurer une antenne, vérifier son ROS, observer son impédance, caractériser un filtre ou encore mesurer les pertes d’un câble.
Mais avant toute mesure sérieuse, une opération est indispensable : la calibration.
Les petits accessoires marqués OPEN, SHORT et LOAD livrés avec le NanoVNA ne sont donc pas de simples adaptateurs. Ce sont des références qui permettent à l’appareil de déterminer ses propres erreurs. Et lorsqu’on utilise les deux ports pour mesurer une transmission, un quatrième élément intervient : THRU.
Voyons tout cela simplement.
OPEN, SHORT, LOAD et THRU : les quatre références utilisées pour calibrer un NanoVNA.
Pourquoi calibrer un NanoVNA ?
Un VNA mesure à la fois l’amplitude et la phase des signaux réfléchis ou transmis. Le NanoVNA peut ainsi mesurer notamment :
- S11, la réflexion sur le port CH0/Port 1 ;
- S21, la transmission entre CH0/Port 1 et CH1/Port 2.
Mais entre l’électronique du NanoVNA et l’objet que nous voulons mesurer se trouvent des connecteurs, éventuellement un câble coaxial et des adaptateurs. Tous introduisent de petites pertes, des déphasages et des désadaptations.
La calibration permet au NanoVNA de mesurer ces défauts afin de les corriger ensuite mathématiquement. La documentation du NanoVNA V2 recommande d’ailleurs de calibrer l’appareil pour la plage de fréquences qui sera utilisée.
Le concept essentiel : le plan de calibration
Imaginons que nous voulions mesurer une antenne placée au bout d’un câble : NanoVNA → câble coaxial → ANTENNE
Si nous effectuons la calibration directement sur la prise du NanoVNA puis ajoutons le câble, celui-ci fera partie de la mesure.
En revanche, si nous installons d’abord le câble puis effectuons OPEN, SHORT et LOAD au bout de celui-ci, nous obtenons : NanoVNA → câble → | PLAN DE CALIBRATION | → ANTENNE
Le plan de calibration doit être placé au point où sera connecté l’équipement à mesurer.
Pour le NanoVNA, le point zéro de la mesure se trouve maintenant au bout du câble. Les effets de celui-ci sont en grande partie corrigés par la calibration.
C’est probablement la règle la plus importante à retenir : il faut calibrer aussi près que possible de l’endroit où sera connecté l’équipement à mesurer. La documentation NanoVNA V2 demande précisément d’installer le câble avant d’effectuer OPEN, SHORT et LOAD lorsqu’il doit faire partie du montage de mesure.
OSL : trois références pour mesurer une antenne
Pour une mesure de réflexion S11, on utilise trois références :
Open – Short – Load.
D’où l’abréviation OSL.
OPEN : le circuit ouvert
OPEN représente théoriquement une impédance infinie : Z → ∞ Ω
Le conducteur central du connecteur n’est relié à rien. Toute l’énergie envoyée par le NanoVNA est donc réfléchie.
Le NanoVNA mémorise alors ce qu’il mesure lorsqu’il est confronté à un circuit ouvert connu.
Un véritable OPEN n’est cependant jamais totalement parfait : à mesure que la fréquence augmente, le connecteur possède notamment une petite capacité parasite. Pour nos utilisations radioamateurs courantes, les standards fournis avec les NanoVNA restent généralement suffisants, mais la qualité du kit de calibration devient plus importante lorsque l’on monte en fréquence.
SHORT : le court-circuit
Avec SHORT, c’est exactement l’inverse : Z ≈ 0 Ω
L’âme du connecteur est reliée à la masse.
Là encore, pratiquement toute l’énergie est réfléchie.
On pourrait alors se demander : pourquoi utiliser OPEN et SHORT puisqu’ils réfléchissent tous les deux presque 100 % du signal ?
Parce qu’un VNA ne mesure pas seulement une quantité d’énergie : il mesure également sa phase. OPEN et SHORT produisent des coefficients de réflexion de phases opposées.
C’est justement cette capacité à mesurer amplitude et phase qui distingue le VNA d’un simple ROS-mètre.
LOAD : notre référence 50 Ω
LOAD est probablement la référence la plus facile à comprendre.
Elle présente au NanoVNA une charge aussi proche que possible de : Z = 50 Ω
Comme le système est adapté à 50 Ω, idéalement aucune énergie ne revient vers le NanoVNA.
Nous avons donc trois situations de référence :
OPEN → réflexion maximale
SHORT → réflexion maximale, mais de phase opposée
LOAD → réflexion minimale
À partir de ces trois mesures connues, le NanoVNA peut calculer les corrections nécessaires pour les futures mesures S11.
Et THRU dans tout cela ?
Pour mesurer une antenne en S11, OSL suffit. Mais supposons maintenant que nous voulions mesurer un filtre.
Nous allons utiliser : Port 1 → FILTRE → Port 2
Cette fois, nous nous intéressons au signal qui traverse le dispositif : c’est S21.
Il faut donc donner au NanoVNA une référence de transmission. C’est le rôle de THRU.
Avant d’installer le filtre, les deux chemins de mesure sont directement reliés : Port 1 → câble → THRU → câble → Port 2
Le NanoVNA mémorise cette liaison comme référence. Le manuel NanoVNA V2 prévoit précisément cette étape en reliant les extrémités des câbles des ports 1 et 2 avant de sélectionner THRU.
Une fois le filtre installé à la place du THRU, nous pourrons observer sa bande passante, ses pertes d’insertion ou encore son atténuation hors bande.
On parle alors généralement de calibration SOLT : Short – Open – Load – Thru.
OSL pour une mesure en réflexion S11 ; l’ajout de THRU permet de calibrer les mesures de transmission S21.
Calibrons une antenne pas à pas
Prenons un exemple concret : nous voulons examiner une antenne 2 mètres entre 144 et 146 MHz avec un câble entre le NanoVNA et l’antenne.
Commencez par régler :
- START : 144 MHz
- STOP : 146 MHz
Installez ensuite le câble qui servira réellement à la mesure.
Sur le NanoVNA : CAL → RESET → CALIBRATE
Au bout du câble, connectez successivement : OPEN → sélectionner OPEN puis : SHORT → sélectionner SHORT puis : LOAD → sélectionner LOAD
Attendez à chaque étape que le NanoVNA ait terminé son balayage.
Terminez avec : DONE et sauvegardez éventuellement cette calibration dans une mémoire disponible.
Retirez maintenant LOAD et branchez l’antenne exactement au même endroit.
Vous pouvez afficher le ROS, le Return Loss, l’impédance ou le diagramme de Smith : le plan de référence correspond désormais à la connexion de l’antenne.
Les erreurs classiques
Une calibration n’est valable que pour la configuration dans laquelle elle a été réalisée. Quelques erreurs sont donc particulièrement fréquentes :
- calibrer puis modifier fortement la plage de fréquences ;
- calibrer directement sur le NanoVNA puis ajouter un câble ;
- ajouter un adaptateur après la calibration ;
- changer de câble après avoir calibré ;
- mal serrer un connecteur SMA ;
- réutiliser une ancienne calibration ne correspondant plus au montage ;
- déplacer fortement les câbles lors de mesures exigeantes.
La documentation NanoVNA indique que la calibration doit normalement être effectuée pour la plage de fréquences mesurée. Certains modèles peuvent interpoler des données de calibration lorsque la plage est modifiée, mais une nouvelle calibration reste préférable lorsqu’on recherche une bonne précision.
Comment vérifier sa calibration ?
Il existe une méthode toute simple : remesurer les références.
Après calibration, reconnectez LOAD. La réflexion S11 doit devenir très faible.
Essayez OPEN puis SHORT : vous devez retrouver une réflexion presque totale, avec la différence de phase attendue.
Pour une calibration avec THRU, reconnecter directement les deux chemins doit donner une transmission proche de la référence, donc approximativement 0 dB dans les limites de précision du montage.
Si les résultats sont incohérents, mieux vaut recommencer la calibration avant d’accuser l’antenne !
OPEN, SHORT, LOAD et THRU en un coup d’œil
| Standard | Référence idéale | Réflexion | Utilité |
|---|---|---|---|
| OPEN | Z → ∞ Ω | Maximale | Circuit ouvert |
| SHORT | Z ≈ 0 Ω | Maximale | Court-circuit |
| LOAD | Z = 50 Ω | Minimale | Charge adaptée |
| THRU | Liaison directe | — | Référence S21 |
Pour retenir l’essentiel :
- Mesure d’une antenne en S11 → OSL
- Mesure d’un filtre ou d’un câble en S21 → ajouter THRU
Finalement, rien de bien compliqué !
OPEN, SHORT et LOAD permettent simplement de montrer au NanoVNA trois situations électriques parfaitement identifiées. THRU lui fournit ensuite une référence pour les mesures de transmission.
Mais la véritable clé d’une bonne calibration tient en une phrase :
Réglez d’abord la plage de fréquences, installez les câbles et adaptateurs qui seront utilisés, puis calibrez exactement à l’endroit où sera connecté l’équipement à mesurer.
Une fois ce principe compris, la calibration cesse d’être une mystérieuse succession de boutons. Elle devient ce qu’elle est réellement : le moyen de dire au NanoVNA où s’arrête l’instrument de mesure… et où commence votre antenne, votre câble ou votre filtre.
Liens utiles pour aller plus loin
- Documentation NanoVNA – Calibration : procédure OPEN, SHORT, LOAD, ISOLN et THRU. Calibration NanoVNA
- Manuel officiel NanoVNA V2 : calibration, mesures S11/S21 et mémorisation des réglages. NanoVNA V2 User Manual
- Guide de calibration NanoRFE : explication de SOLT et surtout du plan de référence. How to calibrate your NanoVNA
- Documentation générale NanoVNA : prise en main, S11, S21, ROS et impédance. Start using NanoVNA
- Manuels NanoVNA/NanoRFE : accès aux différentes documentations selon les modèles. NanoVNA Manuals & Documentation
