Analisi di un induttore con miniVNA

VNA sta per Vector Network Analyzer, analizzatore vettoriale di reti.
E' uno strumento di misura col quale si analizzano reti elettriche come possono essere filtri, antenne, cavi e quant'altro.
Un VNA emette un segnale a frequenza crescente e misura il segnale riflesso dal componente in esame. In questo modo si puo' visualizzare come varia il comportamento della rete al variare della frequenza.


Se il VNA ha due porte, si possono misurare tutte le caratteristiche relative agli ingressi e alle uscite.
Vettoriale significa che viene misurata sia la fase che l'ampiezza e quindi si possono dedurre, oltre 
all'impedenza, quelli che si chiamano parametri S:
Impedenza di ingresso (S11), 
Impedenza di uscita (S22), 
Risposta in frequenza tra Ingresso e Uscita (S21), 
Risposta in frequenza tra Uscita e Ingresso (S12).

Un VNA professionale e' un apparato alquanto costoso, ma ne esistono anche di economici, destinati all'ambito amatoriale.
Uno di questi e' il miniVNA realizzato da Mini Radio Solutions, diventato dotazione del mio "laboratorio".


Una delle prime prove che ho voluto effettuare, col supporto di Claudio Re, che ringrazio per avermi illuminato riguardo alcuni punti oscuri, e' consistita nell'analizzare degli induttori. Per fare pratica, ho iniziato con componenti commerciali di valore conosciuto.

E' noto che una bobina, oltre a presentare il valore di induttanza per cui e' realizzata, presenta anche una capacita' dovuta alla vicinanza reciproca delle sue spire. 
Con l'aumentare della frequenza di lavoro, questa capacita' diventa sempre piu' preponderante, fino ad un valore oltre il quale il nostro componente smette di comportarsi da induttore e diventa un vero e proprio condensatore.
Il punto al quale tale fenomeno arriva al culmine e' detto Frequenza di Autorisonanza (SRF = Self Resonance 
Frequency).
Quindi, se vogliamo che il nostro induttore lavori effettivamente come un induttore, dobbiamo farlo operare 
a frequenze lontane da quella di Autorisonanza.

Un VNA e' in grado di evidenziare questo comportamento attraverso un grafico detto Carta di Smith.
Senza entrare troppo nel merito di come funziona questa rappresentazione, va detto che la meta' superiore 
del grafico indica un comportamento induttivo, mentre la meta' inferiore indica un comportamento capacitivo.























Guardiamo il grafico ottenuto, analizzando da 10 kHz a 200 MHz, un induttore dichiarato da 10 uH:
Il miniVNA ci dice che a 210 kHz il componente presenta un'induttanza-serie da 10.548 uH, in linea con quanto dichiarato. Scorrendo il grafico, leggeremo che a 5 MHz tale induttanza vale 11 uH. Ma aumentando la frequenza, le cose cambiano. A 14 MHz l'induttanza vale 25.8 uH, finche' a 18 MHz avviene la transizione tra induttanza e capacita'.
Abbiamo quindi stabilito che la frequenza di autorisonanza e' pari a 18 MHz e l'induttore sotto esame si comporta come ci aspetteremmo solo fino a 5 MHz.
Oltre la frequenza di autorisonanza, l'induttore si comporta come una capacita' - con perdite resistive sempre in aumento, siccome avvolto su un nucleo ferromagnetico - e quindi il punto che rappresenta l'impedenza si avvicina verso il centro della carta di Smith che corrisponde ad un valore 
puramente resistivo di 50 Ohm, come ben si vede nella figura.

Enrico Guindani, IZ2NXF