Cómo lograr el silencio de radio en una caja - 💡 Fix My Ideas

Cómo lograr el silencio de radio en una caja

Cómo lograr el silencio de radio en una caja


Autor: Ethan Holmes, 2019

Un poco de historia: he diseñado lo que es, entre otras cosas, un pequeño módem de radio VHF para goTenna, una startup de hardware de Brooklyn. Es un diseño muy exigente, con límites ajustados en la duración de la batería, el tamaño, la forma, el alcance y la potencia; todo lo que pueda imaginar está al borde de lo que se puede hacer. El punto de goTenna es que puede emparejar el dispositivo con su teléfono inteligente para que pueda enviar comunicaciones de corta ráfaga (por ejemplo, mensajes de texto, ubicaciones geográficas) de teléfono inteligente a teléfono inteligente (a través de goTenna, por supuesto) sin tener que enchufarse nunca al centro. conectividad Sí, así es: comunicaciones totalmente descentralizadas, 100% descentralizadas usando el teléfono que ya tiene en usted todo el tiempo. (Y goTenna sigue pre-ordenando hoy: ¡aprenda más sobre goTenna y compre un par por $ 149.99 aquí!) En el proceso, aprendí muchas técnicas nuevas. Espero compartirlos con ustedes, ingeniero de RF en ciernes. Hoy, discutimos la medición de la sensibilidad de una radio.

En cualquier enlace de radio, el rango está determinado por dos factores simples: la potencia de transmisión y la sensibilidad. Cuanto mejor sea cada uno, mejor será el rango. Ambos se miden en dBm, y el cambio de uno de ellos tiene, por dBm, aproximadamente el mismo efecto. Una mejora de 15 dBm en la potencia de transmisión logrará las mismas mejoras de rango que una mejora de 15 dBm en la sensibilidad de recepción. Entonces, cuando hayamos agotado las mejoras que podemos hacer al aumentar la potencia de transmisión, llega el momento de mejorar la sensibilidad.

Para maximizar y ajustar nuestro dispositivo, necesitamos poder medir el efecto de esos ajustes. Lo que hicimos fue crear una prueba de BER (tasa de error de bits). Primero creamos una secuencia pseudoaleatoria fija que era la misma tanto en nuestro transmisor como en nuestro receptor. Cuando esta señal es fuerte, el receptor hará coincidir los bits entrantes con su propia copia interna de la secuencia. Si todos coinciden, el error se reporta como cero. Con una señal más débil, aumenta el número de instancias de bits que no coinciden, y también lo hace el número BER. En otras palabras, BER es el número de bits de error dividido por el número total de bits transmitidos. Siempre que la BER esté por debajo de un umbral, en nuestro caso el 1%, sabemos que el enlace es bueno y los números que obtengamos en ese punto son los números que caracterizan el equipo bajo prueba.

Medir señales de potencia extremadamente baja no es fácil. Nuestra sensibilidad objetivo de -123dBm es una centésima parte de una femtowatt. ¡Eso es absurdamente poca energía! Si bien podemos observar que con nuestro equipo de prueba, los números se vuelven cada vez más inexactos a medida que leemos los niveles de potencia más bajos. En su lugar, lo que haremos es medir con precisión la potencia en el transmisor directamente y reducirla con un atenuador de alta calidad. Restamos el valor del atenuador (como se lee en el dial) de nuestra potencia de salida conocida, y se supone que el valor resultante en dBm es lo que llega al receptor. El único error está en el atenuador mismo, generalmente alrededor de uno o dos dB.

Figura 0, un esquema de nuestra configuración.

¿Qué tal un ejemplo? Nuestro transmisor funciona a 32dBm. Si conectamos un extremo de mi atenuador al transmisor y configuro mi atenuador a -155dB, la potencia que sale del otro extremo será de -123dBm. Si el receptor informa una BER superior al 1%, entonces puedo decir que hemos alcanzado nuestro objetivo de sensibilidad de -123dBm. Este ejemplo es un resultado real que obtuvimos en el laboratorio.

¡Genial! ¡Luciendo bien! Todos somos genios. Si está funcionando tan bien, intentemos poner en marcha el atenuador aún más. En -133, sigue siendo cero BER. Ahora -160, BER de 0. ¡WOW! -180, todavía cero BER. Debo ser algún tipo de ingeniero de RF súper genio que descubrió un circuito supersensible aún desconocido. Ahora pueden usar teléfonos celulares en la EEI, ¡todo por mis increíbles habilidades! ¡Quiero mi PREMIO NOBEL!

Jaja no.

la figura 1, la configuración sin caja y el analizador a la vista que muestra la señal parásita

Es una energía dispersa que mancha la medida. En nuestra configuración de prueba, reemplazamos la antena con un cable coaxial blindado. Ese cable se conecta al atenuador y, luego, más cable va al receptor. En teoría, toda la potencia de la radio debe permanecer dentro del atenuador y los cables. En realidad, una buena cantidad sale de los otros componentes de RF en el dispositivo de transmisión. En el funcionamiento normal, la energía dispersa es tan débil que no vale la pena preocuparse, ya que está abrumada por la energía que proviene de la antena. Pero en nuestra situación de prueba, la energía extraviada es más que suficiente para energizar el dispositivo receptor y crear resultados falsos.

Necesitamos reducir la potencia filtrada a niveles inferiores a los medibles por nuestro receptor. Hay dos formas de hacer esto: alejarse realmente de la fuente de energía extraviada, o bloquear la energía dispersa con algún tipo de protección. Llegar muy lejos no es práctico en el laboratorio. ¡Al menos no en Brooklyn! Así que usaremos la opción "bloquearlo".

figura 2, la caja

Imagina que estás tratando de hacer una habitación totalmente oscura. Sellarías todas las esquinas, e incluso mejor lo harías para que esas esquinas quedaran intrínsecamente ajustadas a la luz. Es sobre todo lo mismo para las ondas de radio. Simplemente haga una bonita caja de metal sólido y asegúrese de que las costuras estén bien unidas y conectadas eléctricamente. Para un sello más completo, agregue una pestaña a la parte exterior de la tapa de su caja, como la tapa de una olla pesada. El metal superpuesto crea un camino tortuoso para el rf, haciendo que sea más difícil escapar. Esto, combinado con un buen contacto con metales limpios, hace que el volumen sea impermeable a la RF.

figura 3, conector coaxial en la tapa

Ahora, abra un pequeño orificio en la parte superior y atornille un conector de cable coaxial que permita una conexión de blindaje firme a la tapa de nuestra caja. Coloque el transmisor en este cuadro, conéctelo al conector pasante y ciérrelo. Clunk! La energía extraviada desaparece por completo, lo que nos deja con un entorno agradable y tranquilo en el que realizar algunas mediciones REALES.

Figura 4, una línea plana en el analizador, todo está ahora bien

¡Aquí está la prueba! Ahora no hay señales de que haya una señal extraviada mientras se ejecuta una prueba. ¡Nuestros números son ahora (probablemente) precisos! ¡Hurra! ¡Tal vez! ¡Probablemente! Voy a arriesgarme y hurra.



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