Perché il mio GPS e il mio Wi-Fi funzionano all'interno di una scatola di rame sigillata?

Ho appena finito di assemblare un progetto basato su Raspberry Pi in una scatola fai-da-te realizzata con PCB FR4 rivestito in rame, con i bordi saldati insieme e la superficie in rame collegata a terra.

Mi aspettavo che, quando avessi messo il coperchio sulla scatola, il Wi-Fi di bordo e il ricevitore GPS USB avrebbero smesso di funzionare - cioè, il Pi avrebbe abbandonato il Wi-Fi e la correzione GPS sarebbe andata persa.

Invece, non vi è alcun effetto riconoscibile. Wi-Fi e GPS funzionano come se il coperchio di metallo non fosse presente.

Dato che il motivo per cui ho inserito questo progetto in una custodia rivestita di rame è stato quello di proteggerlo dalla RF (funzionerà nel campo vicino di un trasmettitore VHF FM da 5 W), ho potuto fare con la comprensione di ciò che sta accadendo qui.

Ecco una foto

e con il coperchio temporaneo su ...

(notare che il filo spelato sottile serve solo a garantire che il coperchio stia facendo un contatto elettrico, e il power bank USB in alto sta solo fornendo una leggera pressione verso il basso anche per garantire il contatto)

Affinché la scatola sia un efficace scudo di Faraday, l'intera periferica del coperchio superiore deve essere in contatto elettrico con il resto della scatola. In caso contrario, RF può facilmente accoppiarsi dal piano ampiamente isolato del coperchio all'elettronica interna.

Inoltre, non trascurare la grande apertura che hai sul lato della custodia. Dubito che consentirebbe al GPS di funzionare ma potrebbe consentire l'ingresso / l'uscita di un segnale a 2,4 GHz.

Anche se si hanno buoni punti di contatto ogni cm o giù di lì, se le antenne sono molto vicine agli spazi (alcuni mm), l'energia RF entrerà fortemente dentro.

Alcuni mesi fa, ho risposto a una domanda sul "perché le gabbie di metallo attorno ai ricevitori IR".

Perché molti ricevitori IR sono in gabbie metalliche?

Leggendo le lezioni di Richard Feynmann, ho scoperto che l'attenuazione è 1 neper (8.6dB) * 2 * pi * lunghezza d'onda / separazione.

Quindi una griglia di 3 mm (che rende la gabbia di Faraday) con l'antenna di 3 mm all'interno della griglia, ha un'attenuazione di e ^ - (6,28) = 1/533 o 54dB.

Ci sono due grandi gotcha qui. Il primo è il problema del coperchio. Il coperchio deve essere ben collegato lungo tutto il bordo. Il modo più semplice per farlo è usare del nastro di alluminio.

Il secondo problema è che hai dei cavi che penetrano nella gabbia. Qualsiasi filo o cavo che passa attraverso un foro fungerà da antenna. I fori da soli sono ok fintanto che sono piccoli è il filo che è il problema.

Presumibilmente hai bisogno di fili. Esistono sostanzialmente tre modi per ottenere segnali e alimentazione da e verso una gabbia di Faraday. Il primo è usare la fibra ottica. Questo è semplice ed efficace, ma costoso, non standard e lento o molto costoso. È anche difficile inviare molta potenza sulla fibra.

Il secondo è quello di aggiungere filtri a ogni filo sotto forma di condensatore o rete pi allo schermo proprio nel punto di penetrazione. Questo è buono per i segnali di potenza e bassa velocità come le porte seriali, ma non per le alte velocità.

L'ultimo modo è quello di utilizzare cavi schermati e collegare la schermatura del cavo all'involucro proprio nel punto di penetrazione. Questo è ciò che devi fare per segnali ad alta velocità come USB o Ethernet. Se guardi il pannello IO sul retro di un PC, vedrai che c'è un pezzo di metallo con ritagli per i connettori e le dita a molla. Lo scopo di quel pezzo è quello di collegare elettricamente gli schermi di terra del connettore al telaio. Senza di essa, gli schermi si collegherebbero solo alla terra della scheda madre e la schermatura sarebbe compromessa.