Warum funktioniert mein GPS und WLAN in einer versiegelten kupferkaschierten Box?

Ich habe gerade ein Raspberry Pi-basiertes Projekt zu einer DIY-Box aus kupferkaschierter FR4-Platine zusammengebaut, wobei die Kanten miteinander verlötet und die Kupferoberfläche mit Masse verbunden sind.

Ich hatte erwartet, dass, wenn ich den Deckel auf die Box setzte, das integrierte WLAN und der USB-GPS-Empfänger nicht mehr funktionieren würden - das heißt, der Pi würde das WLAN ausschalten und der GPS-Fix würde verloren gehen.

Stattdessen ist kein Effekt erkennbar. Wi-Fi und GPS funktionieren so, als ob der Metalldeckel nicht vorhanden wäre.

Angesichts des gesamten Grundes, warum ich dieses Projekt in ein kupferkaschiertes Gehäuse gesteckt habe, um es vor HF abzuschirmen (es wird im Nahfeld eines 5-W-UKW-FM-Senders betrieben), könnte ich verstehen, was hier vor sich geht.

Hier ist ein Bild

und mit dem provisorischen Deckel auf ...

(Beachten Sie, dass der dünne, abisolierte Draht nur dazu dient, sicherzustellen, dass der Deckel elektrischen Kontakt hat, und dass die USB-Powerbank oben nur einen gewissen Druck nach unten ausübt, um den Kontakt sicherzustellen.)

rf shielding

— Tomfanning
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Bitte posten Sie ein Bild der Box. Sind Sie sicher, dass die Oberseite der Box elektrischen Kontakt mit dem Rest der Box hat?

— Mkeith

Fertig und auf jeden Fall.

— Tomfanning

Ich bin mir nicht sicher, aber vielleicht ist es wichtig, ob der Deckel entlang des gesamten Randes der Box einen guten elektrischen Kontakt hat . Wenn Sie dort nur den Deckel mit dem dünnen Draht

— aufsetzen

Ja, es ist wichtig, dass der Deckel an mehreren Stellen Kontakt hat. Grundsätzlich sollten die Lücken in einem Faradayschen Käfig im Vergleich zu einer Wellenlänge klein sein. 2,5 GHz sind 12 cm im freien Raum. 5 GHz sind 6 cm im freien Raum. Ich würde alle 1 cm oder so für einen guten Kontakt fotografieren. Es gibt auch ein ziemlich großes quadratisches Loch. Vielleicht möchten Sie auch versuchen, dies abzudecken, wenn dies betrieblich möglich ist. Oder reduzieren Sie die Öffnung auf ein Minimum und stellen Sie den Kontakt zwischen dem Faradayschen Käfig und der Außenschale des Steckverbinders her, wenn der Steckverbinder verwendet wird.

— Mkeith

Nach dem zu urteilen, was ich in Bezug auf die Abschirmung von High-End-HF-Geräten gesehen habe, wette ich, dass der PI abfallen sollte , wenn Sie an allen Kanten eine durchgehende Lötstelle an allen Kanten hatten, einschließlich des Deckels, der eine vollständig versiegelte Box bildet Gesicht der Erde. Sie haben einen großen Ausschnitt um das ... HDMI? Stecker, der möglicherweise auch zusammen mit dem Stromkabel HF-Strahlung verliert, es sei denn, Sie verwenden Durchführungskondensatoren und einige Ferritperlen / -drosseln. WIFI benötigt weniger als ein Billionstel Watt Signalstärke, während GPS millionenfach weniger auskommt als WIFI. RF-Abschirmung ist schwer;)

— Sam

Antworten:

Damit die Box ein wirksamer Faraday-Schutzschild ist, muss der gesamte Umfang des oberen Deckels in elektrischem Kontakt mit dem Rest der Box stehen. Andernfalls kann RF leicht von der weitgehend isolierten Ebene des Deckels an die interne Elektronik gekoppelt werden.

Übersehen Sie auch nicht die große Öffnung an der Seite des Gehäuses. Ich bezweifle, dass das GPS funktionieren würde, aber es könnte den Ein- / Ausgang eines 2,4-GHz-Signals ermöglichen.

— Glenn W9IQ
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Vielen Dank. Ich werde mit Kupferlaschen entlang der Oberkante der vertikalen Abschnitte testen, um durchgehend einen guten Kontakt zu erhalten. Auch mit Öffnungen in der Box. Es wird interessant sein zu experimentieren, um zu sehen, ob die Öffnungen Mikrowelle erlauben, aber UKW blockieren.

— Tomfanning

Das Zulassen von Mikrowellen, aber das Blockieren von UKW wäre tatsächlich ein ideales Szenario für mein Design - Wi-Fi und GPS funktionieren in einem Gehäuse, das bei UKW abgeschirmt ist.

— Tomfanning

Selbst wenn Sie etwa alle cm gute Kontaktpunkte haben und Ihre Antennen sich sehr nahe an den Lücken befinden (einige mm), wird die HF-Energie stark nach innen gelangen.

Vor einigen Monaten beantwortete ich eine Frage zum Thema "Warum Metallkäfige um IR-Empfänger herum".

Warum befinden sich viele IR-Empfänger in Metallkäfigen?

Als ich Richard Feynmanns Vorlesungen las, stellte ich fest, dass die Dämpfung 1 Neper (8,6 dB) * 2 * pi * Wellenlänge / Abstand beträgt.

Somit hat ein 3 mm Drahtgitter (das den Faradayschen Käfig bildet) mit der Antenne 3 mm innerhalb des Gitters eine Dämpfung von e ^ - (6,28) = 1/533 oder 54 dB.

— analogsystemsrf
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Hier gibt es zwei große Fallstricke. Das erste ist das Deckelproblem. Der Deckel muss entlang der gesamten Kante gut verbunden sein. Der einfachste Weg, dies zu tun, ist die Verwendung von Kupferfolienband.

Das zweite Problem ist, dass Drähte in den Käfig eindringen. Jeder Draht oder jedes Kabel, das durch ein Loch führt, fungiert als Antenne. Löcher an sich sind in Ordnung, solange sie klein sind, ist der Draht das Problem.

Vermutlich brauchen Sie Drähte. Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, um Signale und Strom in einen Faradayschen Käfig und aus diesem heraus zu bringen. Erstens ist die Verwendung von Lichtwellenleitern. Dies ist einfach und effektiv, aber teuer, nicht Standard und entweder langsam oder sehr teuer. Es ist auch schwierig, viel Strom über Glasfaser zu senden.

Zweitens müssen jedem Draht Filter in Form eines Kondensators oder eines Pi-Netzwerks direkt am Durchdringungspunkt zur Abschirmung hinzugefügt werden. Dies ist gut für Strom- und langsame Signale wie serielle Schnittstellen, jedoch nicht für hohe Geschwindigkeit.

Die letzte Möglichkeit besteht darin, abgeschirmte Kabel zu verwenden und die Kabelabschirmung direkt am Eindringpunkt mit dem Gehäuse zu verbinden. Dies ist, was Sie für Hochgeschwindigkeitssignale wie USB oder Ethernet tun müssen. Wenn Sie sich das E / A-Bedienfeld auf der Rückseite eines PCs ansehen, sehen Sie, dass sich ein Metallteil mit Ausschnitten für die Anschlüsse und Federfinger befindet. Der Zweck dieses Teils besteht darin, die Erdungsabschirmungen des Steckers elektrisch mit dem Gehäuse zu verbinden. Ohne sie würden die Abschirmungen nur mit der Masse der Hauptplatine verbunden und die Abschirmung würde beeinträchtigt.

— Evan
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Aufschnappbare Ferritperlen sind eine weitere Option für die Kabel. Sie sind nicht so effektiv wie eine gute Filterung an der Quelle oder Abschirmung, aber bis zu einigen GHz sollten sie ziemlich gut funktionieren.

— Andrew

Gut zu verstehen, wie wichtig es ist, keine Lücke zwischen Steckverbindern und Chassis zu lassen, auch wenn diese elektrisch geerdet sind. Vielen Dank.

— Tomfanning

Ja, ich hätte Ferrite erwähnen sollen, die völlig ausgeblendet sind. Nicht so gut wie Abschirmung, aber sie sind auch eine gute "Gürtel- und Hosenträger" -Lösung, wenn Sie befürchten, dass Ihre Abschirmverbindung zum Chassis möglicherweise nicht gut ist.

— Evan