为什么我的GPS和Wi-Fi可以在密封的覆铜盒内工作?


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我刚刚完成了将基于Raspberry Pi的项目组装到由覆铜FR4 PCB制成的DIY盒中的过程,其边缘焊接在一起,铜表面接地。

我曾预计,当我将盖子盖在盒子上时,机载Wi-Fi和USB GPS接收器将停止运行-也就是说,Pi会掉下Wi-Fi并失去GPS定位功能。

相反,没有明显的效果。Wi-Fi和GPS的功能就像没有金属盖一样。

考虑到我将这个项目放在铜包壳中的全部原因是为了使其免受射频干扰(它将在5W VHF FM发射器的近场中运行),我可以理解这里发生的事情。

这是一张照片
打开盖子

并盖上临时盖...
盖上

(请注意,细剥皮线仅用于确保盖子与盒盖进行电接触,顶部的USB移动电源也仅提供一些向下的压力以确保接触)


请张贴包装盒的图片。您确定盒子的顶部与盒子的其余部分电气接触吗?
mkeith

完成,是的,肯定的。
tomfanning '17

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我不确定,但是如果盖子在盒子的整个边缘上都保持良好的电气接触,那也许很重要。如果仅用细线将盖子放在那里,则可能只能与
那根

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是的,盖子在多个位置接触很重要。基本上,法拉第笼中的间隙与波长相比应较小。2.5 GHz在自由空间中为12厘米。5 GHz在自由空间中为6厘米。我会每1厘米左右拍摄一次良好的接触。另外,还有一个相当大的方孔。如果可能的话,您可能还想尝试覆盖。或者将孔径减小到最小,如果需要使用连接器,则在法拉第笼和连接器外壳之间提供接触。
mkeith

4
从我对高端RF齿轮的屏蔽方式看,我敢打赌,如果您在所有边缘(包括盖子在内)所有边缘都有一个连续的焊点,形成一个完全密封的盒子,那么PI应该会掉落面对地球。您在HDMI周围有一个很大的切口?连接器,除非您使用穿心电容器和一些铁氧体磁珠/扼流圈,否则它会与电源线一起泄漏一些RF。WIFI所需的信号强度不到一万亿瓦特,而GPS可以比WIFI 少一百万倍。RF屏蔽很难;)
山姆(Sam

Answers:


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为了使盒子成为有效的法拉第屏蔽,顶盖的整个外围必须与盒子的其余部分电气接触。如果不这样做,RF可以轻松地从盖子的很大程度上隔离的平面耦合到内部电子设备。

另外,请不要忽略外壳侧面的大开口。我怀疑它能否使GPS正常工作,但是否可以使2.4 GHz信号进入/退出。


十分感谢。我将在垂直部分的顶部边缘测试铜接线片,以确保整个接触良好。盒子上也有开口。实验将很有意思,看看这些开口是否允许微波但能阻止甚高频。
tomfanning

对于我的设计,允许微波但阻止VHF实际上是理想的方案-Wi-Fi和GPS在被VHF屏蔽的机箱内部工作。
tomfanning

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即使您每厘米左右有一个良好的接触点,但如果天线距离间隙很近(几毫米),RF能量也会很强地进入内部。

几个月前,我回答了一个关于“为什么在红外接收器周围放置金属笼子”的问题。

为什么在金属笼中有许多IR接收器?

在阅读Richard Feynmann的演讲时,我发现衰减为1尼珀(8.6dB)* 2 * pi *波长/分离度。

因此,天线在栅网内部为3mm的3mm栅网(制作法拉第笼)的衰减为e ^-(6.28)= 1/533或54dB。


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这里有两个大陷阱。首先是盖子问题。盖子必须沿整个边缘连接良好。最简单的方法是使用一些铜箔胶带。

第二个问题是您的导线穿透了笼子。任何穿过孔的电线或电缆都将充当天线。只要是小孔,孔本身就可以,问题在于电线。

大概您需要电线。基本上有三种方法可以将信号和电源进出法拉第笼。首先是使用光纤。这是简单有效的方法,但是很昂贵,是非标准的,或者很慢,或者真的很昂贵。通过光纤发送大量功率也很困难。

第二个方法是在穿透点处将电容器或pi网络形式的滤波器以电容或pi网络的形式添加到屏蔽层。这对于电源和低速信号(如串行端口)很有用,但不适用于高速。

最后一种方法是使用屏蔽电缆,并在穿透点将电缆屏蔽层直接连接到外壳。这是您需要处理USB或以太网等高速信号的方法。如果您查看PC背面的IO面板,您会看到有一块金属片,该金属片带有用于连接器和弹簧指的切口。该部件的目的是将连接器接地屏蔽电连接到机箱。没有它,屏蔽将仅连接到主板接地,屏蔽将受到损害。


卡扣铁氧体磁珠是电缆的另一种选择。它们在源或屏蔽方面不如良好的滤波有效,但在几GHz的频率下,它们应该可以很好地工作。
安德鲁

很高兴理解即使接地也要在连接器和机箱之间不留间隙的重要性。谢谢。
tomfanning

是的,我应该提到铁氧体,对此完全空白。不如屏蔽好,但如果您担心与机箱的屏蔽连接可能不佳,它们也是很好的“皮带和吊带”解决方案。
伊凡(Evan)
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