Simuler une mauvaise réception de téléphone portable en laboratoire

Je développe actuellement un appareil Internet des objets qui utilise un modem uBlox SARA-U260 gsm / 3G.

Lors des tests sur le terrain, nous avons rencontré des problèmes logiciels / micrologiciels importants en raison de la mauvaise réception des téléphones portables dans nos déploiements en Afrique subsaharienne.

J'ai du mal à reproduire les problèmes en laboratoire parce que la réception cellulaire ici est trop bonne. Même s'il n'y a pas d'antenne branchée sur le modem, il est toujours capable de se connecter au réseau Internet cellulaire!

Donc, je cherche la meilleure façon de contrecarrer mon modem en pensant qu'il a une mauvaise réception.

J'ai pensé que je devais couper le câble coaxial de l'antenne et souder une résistance entre le blindage de la gnd et le conducteur central. Est-ce que cela fonctionnerait? Quelle taille de résistance aurait du sens? Probablement une résistance de faible valeur (disons 50 ohms?)

Je ne comprends pas pourquoi le modem peut toujours se connecter même sans antenne. Je pensais que pendant le fonctionnement normal, le modem devait court-circuiter le conducteur de masse et central lors de la transmission (d'où le courant élevé associé à une rafale de transmission).

Dans des circonstances normales, le court-circuit est-il situé à l'intérieur de l'antenne? Dans l'affirmative, le conducteur central du câble coaxial ne serait-il pas toujours au potentiel de la terre (c'est-à-dire pendant la réception)?

ÉDITER:

Merci pour les réponses. J'ai une grosse boîte en métal assise sur mon bureau prête à monter le DUT (merci pour cet acronyme @Ali Chen) demain!

Pour «simuler» une mauvaise réception cellulaire, vous pouvez utiliser des atténuateurs RF entre votre carte et l'antenne. Ils sont composés de multiples résistances construisant un réseau qui atténuera la puissance RF de manière très prévisible, à la fois en RX et en TX, tout en conservant l'impédance RF proposée, vue depuis le modem et l'antenne. Ils ont une puissance nominale limitée.

Ne faites pas fonctionner votre modem avec sa sortie RF ouverte ou court-circuitée. L'amplificateur RF n'aimera pas ça du tout.

Les petits atténuateurs avec des prises SMA coûtent généralement environ 10-20 € ( https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=VAT-3%2B ). Le SARA-U260 peut émettre un maximum de 33 dBm (2 W) de crête, moins en moyenne. Commencez à dissiper la majeure partie de la puissance avec un atténuateur de 2 ou 3 dB (évalué à 1 W) connecté du côté du modem, puis vous pouvez ajouter plus d'atténuateurs pour diminuer encore plus la puissance et enfin brancher votre antenne. Les systèmes sans antenne peuvent se comporter de manière irrégulière et les atténuateurs ne sont pas un excellent substitut aux antennes.

Pour de grandes atténuations (> 40 dB d'atténuation, je dirais), empiler les atténuateurs n'est pas une solution car une partie de la puissance RF s'échappe toujours dans et hors d'un modem par des voies autres que le port d'antenne (petites sections de trace RF sur votre PCB, alimentation, etc.). Ensuite, vous avez besoin d'un boîtier blindé RF (tel que http://www.jretest.com/jre-0709-P.htm ) avec des atténuateurs à l'intérieur du boîtier et des atténuateurs à l'extérieur du boîtier. Votre modem est placé à l'intérieur du boîtier, votre antenne reste à l'extérieur et le boîtier est équipé de connecteurs RF pour acheminer les signaux dans et hors du boîtier de manière contrôlée.

Si vous avez un budget pour cela, une demi-douzaine d'atténuateurs fixes, une boîte blindée et un atténuateur variable (par exemple, https://www.aliexpress.com/item/2Watt-0-90dB-Coaxial-Adjustable-Key- Press-NKK-RF-step-Attenuator-Stepping-DC-to / 32779942411.html ) peut être très pratique pour simuler des conditions RF dynamiques de manière contrôlée.

Si la mauvaise réception est due à des sources d'interférences à proximité, vous aurez besoin d'un générateur de signaux RF (plus un "tee" RF et peut-être un boîtier d'isolation) pour émuler ce problème. Ce n'est pas bon marché.

Normalement, les tests et le débogage du WWLAN sont effectués dans des cages blindées électromagnétiquement dans les laboratoires lorsque les signaux de tour externes (ou les répéteurs / retraducteurs 3G-4G locaux) sont trop forts. Les tests sont généralement effectués avec des instruments spéciaux comme le testeur Agilent LTE , qui a toutes les capacités pour modifier les niveaux de signal et simuler une faible réception. En fonctionnement normal, le testeur LTE est connecté à la place de l'antenne sur le dispositif sous test (DUT), en contournant les propres antennes du DUT. Alternativement, vous pouvez connecter une simple antenne unidirectionnelle directement à la sortie du testeur LTE et utiliser l'antenne natte DUT, mais vous devrez alors contrôler la distance et ré-étalonner le canal RF.

Gardez à l'esprit que le problème peut ne pas provenir de votre logiciel / micrologiciel, mais du MATÉRIEL. Les appareils sans fil utilisent normalement le contrôle automatique de gain non seulement dans le canal récepteur, mais également dans le canal émetteur. Lorsque la réception est faible, le DUT supposera à juste titre qu'il est loin de la tour cellulaire et DOIT donc utiliser une puissance d'émission plus élevée. La puissance des rafales de transmission peut aller jusqu'à 1 à 5 W, ce qui interférera avec la disposition de la carte, et si la conception du PCB est mal faite, elle peut perturber toutes les autres fonctionnalités DUT, tous les autres capteurs, etc.

RF est délicat.

Je ne voudrais pas jouer avec l'antenne, je pense que le produit doit être testé dans sa configuration finale. La raison en est simple: lorsque la réception est vraiment mauvaise, votre émetteur augmentera sa puissance à sa valeur maximale, et vous serez intéressé de savoir si les quantités (plutôt énormes) de RF qu'il déclenchera planteront votre micro, corrompu vos capteurs analogiques, ou tout ce que la magie noire RF peut faire sur des circuits de spectateurs innocents.

Du point de vue des puces sur votre PCB, votre module GSM qui lance quelques watts de RF est comme une mini-bombe ... bien plus que suffisant pour n'importe quel opamp go bonkers.

Vous voulez vraiment, vraiment tester pour cela, et modifier l'antenne pour une efficacité plus faible ne le fera PAS!

Je suggère de mettre le produit entier dans une cage Faraday, comme un four à micro-ondes, un autocuiseur ou quelque chose comme ça:

Aussi disponible en transparent ...

Maintenant, si vous faites passer des câbles dans votre cage de Faraday, alors le RF roulera dessus, et vous devrez utiliser des filtres de traversée appropriés, et essentiellement Do It Right, ce qui, je suppose, n'est pas le but.

Comme solution alternative: faites le test dans le sous-sol de votre immeuble.

Une mauvaise réception peut non seulement provenir d'un signal faible, mais aussi de la distance à la tour cellulaire.

Le GSM, en particulier, n'est conçu que pour parcourir environ 35 km. Sinon, l '"avance temporelle" entre l'expéditeur et le récepteur du signal RF serait trop importante pour le protocole utilisé.

Voir https://en.wikipedia.org/wiki/GSM et d'autres ressources pour plus d'informations à ce sujet.

C'est difficile à simuler sans un équipement approprié. Vous devriez probablement embaucher un laboratoire pour cela. Les grandes entreprises de télécommunications disposent de telles capacités de test.

Quelques possibilités:

1. Connectez l'antenne à une charge factice
2. Utilisez un atténuateur de pas entre l'antenne et la radio en utilisant un câble coaxial à double blindage
3. Menez vos expériences dans une pièce / enceinte blindée

Notez qu'un atténuateur approprié n'est pas une simple résistance. Il se compose d'un plot résistif doté d'entrées et de sorties adaptées en impédance. Recherchez l'atténuateur résistif de la pastille en T. La plupart sont spécifiés en dB d'atténuation. Des versions étagées avec> 100 dB d'atténuation sont facilement disponibles comme accessoires de laboratoire. Utilisez-les avec un câble coaxial blindé double ou quadruple pour réduire les chemins de fuite.

Lors des tests sur le terrain, votre appareil est affecté par des problèmes environnementaux (techniquement géographiques?), Et non par des problèmes avec l'appareil lui-même. Alors pourquoi ne pas simplement isoler l'appareil avec un blocage physique tel que des murs ou des boîtes métalliques (à partir des réponses ci-dessus).

Certains bâtiments ont des antennes téléphoniques intégrées (peu importe comment vous les appelez.) Alors essayez peut-être votre appareil ailleurs?