Pourquoi mon GPS et mon Wi-Fi fonctionnent-ils à l'intérieur d'une boîte scellée en cuivre?

Je viens de terminer l'assemblage d'un projet basé sur Raspberry Pi dans une boîte de bricolage en PCB FR4 plaqué cuivre, avec les bords soudés ensemble et la surface en cuivre connectée à la terre.

Je m'attendais à ce que, lorsque je mettrais le couvercle sur la boîte, le Wi-Fi intégré et le récepteur GPS USB cesseraient de fonctionner - c'est-à-dire que le Pi abandonnerait le Wi-Fi et que le correctif GPS serait perdu.

Au lieu de cela, il n'y a aucun effet perceptible. Le Wi-Fi et le GPS fonctionnent comme si le couvercle métallique n'était pas présent.

Étant donné que j'ai mis ce projet dans un boîtier en cuivre pour le protéger des RF (il fonctionnera dans le champ proche d'un émetteur FM VHF 5W), je pourrais comprendre ce qui se passe ici.

Voici une photo

et avec le couvercle temporaire sur ...

(notez que le mince fil dénudé est juste pour assurer que le couvercle établit un contact électrique, et la banque d'alimentation USB sur le dessus fournit juste une pression vers le bas également pour assurer le contact)

Pour que la boîte soit un bouclier Faraday efficace, tout le périphérique du couvercle supérieur doit être en contact électrique avec le reste de la boîte. A défaut, la RF peut facilement être couplée du plan largement isolé du couvercle à l'électronique interne.

Ne négligez pas non plus la grande ouverture que vous avez sur le côté de l'enceinte. Je doute que cela permettrait au GPS de fonctionner, mais cela pourrait permettre l'entrée / la sortie d'un signal 2,4 GHz.

Même si vous avez de bons points de contact tous les cm environ, si vos antennes sont très proches des intervalles (quelques mm), l'énergie RF entrera fortement.

Il y a quelques mois, j'ai répondu à une question sur "pourquoi des cages métalliques autour des récepteurs IR".

Pourquoi de nombreux récepteurs IR sont-ils dans des cages métalliques?

En lisant les conférences de Richard Feynmann, j'ai trouvé que l'atténuation est de 1 neper (8,6 dB) * 2 * pi * longueur d'onde / séparation.

Ainsi, une grille métallique de 3 mm (faisant la cage de Faraday) avec l'antenne à 3 mm à l'intérieur de la grille, a une atténuation de e ^ - (6,28) = 1/533 ou 54 dB.

Il y a deux gros problèmes ici. Le premier est le problème du couvercle. Le couvercle doit être bien connecté sur tout le bord. La façon la plus simple de le faire est d'utiliser du ruban de cuivre.

Le deuxième problème est que des fils pénètrent dans la cage. Tout fil ou câble traversant un trou servira d'antenne. Les trous en eux-mêmes sont corrects tant qu'ils sont petits, c'est le fil qui pose problème.

Vraisemblablement, vous avez besoin de fils. Il existe essentiellement trois façons de faire entrer et sortir des signaux et de l'énergie d'une cage de Faraday. La première consiste à utiliser la fibre optique. C'est simple et efficace, mais cher, non standard, et lent ou vraiment cher. Il est également difficile d'envoyer beaucoup de puissance sur la fibre.

La seconde consiste à ajouter des filtres à chaque fil sous la forme d'un condensateur ou d'un réseau pi au blindage juste au point de pénétration. C'est bon pour l'alimentation et les signaux à basse vitesse comme les ports série, mais pas pour la haute vitesse.

La dernière façon consiste à utiliser des câbles blindés et à connecter le blindage des câbles au boîtier juste au point de pénétration. C'est ce que vous devez faire pour les signaux à haute vitesse comme USB ou Ethernet. Si vous regardez le panneau IO à l'arrière d'un PC, vous verrez qu'il y a une pièce métallique avec des découpes pour les connecteurs et les doigts de ressort. Le but de cette pièce est de connecter électriquement les blindages de mise à la terre du connecteur au châssis. Sans cela, les blindages ne se connecteraient qu'à la terre de la carte mère et le blindage serait compromis.