Por que meu GPS e Wi-Fi funcionam dentro de uma caixa de cobre selada?

Acabei de montar um projeto baseado no Raspberry Pi em uma caixa de bricolage feita de PCB FR4 revestido de cobre, com as bordas soldadas e a superfície de cobre conectada ao solo.

Eu esperava que, quando colocasse a tampa da caixa, o Wi-Fi a bordo e o receptor GPS GPS parassem de funcionar - ou seja, o Pi deixaria o Wi-Fi e a correção do GPS seria perdida.

Em vez disso, não há efeito discernível. Wi-Fi e GPS funcionam como se a tampa de metal não estivesse presente.

Dada toda a razão pela qual eu coloquei esse projeto em uma caixa revestida de cobre, era para protegê-lo da RF (ele estará operando no campo próximo de um transmissor VHF FM de 5W), eu poderia entender o que está acontecendo aqui.

Aqui está uma foto

e com a tampa temporária na ...

(observe que o fio descarnado é apenas para garantir que a tampa esteja fazendo contato elétrico, e o banco de energia USB na parte superior fornece apenas uma pressão descendente também para garantir o contato)

Para que a caixa seja um escudo Faraday eficaz, todo o periférico da tampa superior deve estar em contato elétrico com o restante da caixa. Caso contrário, o RF pode acoplar-se facilmente do plano amplamente isolado da tampa aos eletrônicos internos.

Também não negligencie a grande abertura que você tem ao lado do gabinete. Duvido que o GPS funcionasse, mas poderia permitir a entrada / saída de um sinal de 2,4 GHz.

Mesmo se você tiver bons pontos de contato a cada cm ou mais, se suas antenas estiverem muito próximas dos intervalos (alguns mm), a energia de RF entrará fortemente.

Alguns meses atrás, eu respondi uma pergunta sobre "por que gaiolas de metal ao redor de receptores de infravermelho".

Por que muitos receptores de infravermelho estão em gaiolas de metal?

Ao ler as palestras de Richard Feynmann, descobri que a atenuação é de 1 neper (8,6dB) * 2 * pi * comprimento de onda / separação.

Assim, uma rede de arame de 3 mm (fabricando a Faraday Cage) com a antena de 3 mm dentro da rede, tem atenuação de e ^ - (6,28) = 1/533 ou 54dB.

Existem duas grandes dicas aqui. O primeiro é a questão da tampa. A tampa precisa estar bem conectada ao longo de toda a borda. A maneira mais fácil de fazer isso é usar fita adesiva de cobre.

A segunda questão é que você tem fios penetrando na gaiola. Qualquer fio ou cabo que atravesse um orifício atuará como uma antena. Buracos por si só estão ok, desde que sejam pequenos, é o fio que é o problema.

Presumivelmente, você precisa de fios. Existem basicamente três maneiras de obter sinais e energia dentro e fora de uma gaiola de Faraday. Primeiro é usar fibra óptica. Isso é simples e eficaz, mas caro, não padrão e lento ou muito caro. Também é difícil enviar muito poder sobre a fibra.

O segundo é adicionar filtros a todos os fios na forma de uma rede de capacitores ou pi à blindagem no ponto de penetração. Isso é bom para sinais de energia e baixa velocidade, como portas seriais, mas não para alta velocidade.

A maneira final é usar cabos blindados e conectar a blindagem do cabo ao gabinete exatamente no ponto de penetração. É isso que você precisa fazer para sinais de alta velocidade, como USB ou Ethernet. Se você olhar para o painel de E / S na parte traseira de um PC, verá uma peça de metal com recortes para os conectores e dedos de mola. O objetivo dessa peça é conectar eletricamente as blindagens de aterramento do conector ao chassi. Sem ele, os escudos somente se conectariam ao terra da placa-mãe e a blindagem seria comprometida.