Ну или точнее при помощи двух паяльников.
Вводная
У вас есть WiFi / BT модуль с распаянной чип антенной, вроде показанных на рисунке ниже. Они имеют дальность уверенного приема в пределах 10м, что вас совершенно не устраивает. Попытки программно увеличить мощность передаваемого сигнала помогают увеличить дальность работы до 20м, но хочется в разы больше.
Решение
С помощью двух паяльников отпаиваем чип антенну и припаиваем ее за один конец, развернув перпендикулярно краю платы, как показано на рисунке под заголовком статьи. Для этой пары модулей дальность работы (с увеличенной мощностью передатчика) возросла с 20м до 100м.
Почему это работает
Короткий ответ - потому что дальность работы была принесена в жертву компактности и дешевизне платы.
Чип антенна - это уменьшенный вариант монопольной антенны. В данном случае это просто печатная плата, на которой сформирована спиральная антенна. Она должна работать не хуже штыревой антенны при условии правильного монтажа. Вот с монтажом то и основная проблема. Более менее очевидно, что антенна должна быть расположена перпендикулярно земляному полигону. Однако, я не видел ни одной компактной платы, где это условие выполнялось бы. Ведь при правильной ориентации антенны габариты платы вырастут на несколько миллиметров вместе с ее ценой, что совершенно неприемлемо.
Итак, производители компактных модулей всегда располагают антенну параллельно краю платы и земляному полигону. Но и при таком неправильном расположении есть нюансы. На рисунке выше показаны два модуля с одинаковым процессором ESP32C3 и одинаковыми антеннами. Однако, в экспериментах они показали дальность связи, отличающуюся в два раза. Все дело в том, что на плате справа, которая показала в 2 раза большую дальность, антенна отделена от земляного полигона зазором в 2мм, а на плате слева зазор меньше миллиметра. Чем меньше этот зазор, тем больше электромагнитное поле концентрируется в зазоре между антенной и земляным полигоном вместо того, чтобы изучаться в окружающее пространство. Антенна ведет себя больше как конденсатор, ее согласование с передатчиком нарушается. Мощность, которая отбирается от передатчика, падает, а ее большая часть превращается в тепло токами, индуцированными в земляном полигоне.
Простой поворот антенны в правильное положение решает все эти проблемы, радикально увеличивая дальность уверенного приема. Причем, эксперименты с внешней антенной, припаянной вместо чип антенны, не выявили разницы в дальности работы между внешней антенной и чип антенной в правильном положении.
Эксперименты с антеннами были проведены в рамках проекта универсального BT адаптера
Комментарии (20)
Raegdan
07.09.2024 08:10Я делал радикальнее - убирал печатную антенну "змейку", припаивал RP-SMA гнездо и прикручивал антенну для роутера. Блютус акустика с такой антенной работает метров на 100 от телефона, лишь бы прямая видимость была.
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10Я тестил модули WeAct с антенной змейкой. У них дальность оказалась больше, чем у внешней антенны - 150 метров, и даже без прямой видимости. Там на плате есть согласующий п-контур, видимо он работает.
Dynasaur
07.09.2024 08:10А второй конец почему не надо припаивать?
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10Это аналог штыревой антенны, второй конец свободный
Dynasaur
07.09.2024 08:10а зачем производитель его припаивает?
И чтоб два раза не вставать - а если бы производитель повернул на 90 градусов в другую сторону - это было бы чем-то хуже, чем то, как сделали вы?
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10Припаивает для прочности конструкции. Повернуть в другую сторону - это припаять за другой конец? На вид она симметричная, но могут быть нюансы.
Dynasaur
07.09.2024 08:10нет, повернуть внутрь платки, чтоб не увеличивать габариты и сэкономить туеву хучу денех производителю :-)
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10Так на плате детали еще есть. Чтоб антенна хорошо работала, рядом не должно быть ни деталей, ни земли. Так что без увеличения размера платы это сделать невозможно.
Goron_Dekar
07.09.2024 08:10А просто проводочек четвертьволновым штырём не будет эффективнее, если все потребители в горизонтальной плоскости?
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10По эффективности будет примерно одинаково, что проводок правильной длины, что антенна в правильном положении
Kreastr
07.09.2024 08:10+1Не согласен с коротким ответом. Думаю что дело не в дешевизне. КМК дальность работы была принесена в жертву соответствию со стадартами по излучаемой мощности. Устройству нужно 10-20 метров для покрытия среднего жилого дома. Если кто-то сделает больше любыми модификациями, то начнет шуметь у соседей. Если все так сделают, то шума будет столько, что вайфай и блютус перестанут работать у всех (не хватит каналов).
Вообще эксперименты с антенами и радиопередатчиками включая вайфай и блютус попадают под определение радиолюбителбской деятельности и требуют во многих странах ITU обучения и лицензии на вещание. Этот нюанс стоит КМК упомянуть во вступлении.
Goron_Dekar
07.09.2024 08:10Тогда бы ограничели мощность передатчика. Бонусом бы пришло меньшее энергопотребление и нагрев.
Не стоит искать (злой) умысел, где достаточно глупости.
А лицензирование на любую некомерческую деятельность это вообще зло в чистом виде.
Передатчик соответствует нормам по мощности для безлицензированного вещания? Да! Вот и отстаньте!
Kreastr
07.09.2024 08:10Эти дешевые чипы вроде не очень умеют ограничивать свою мощность.
Про злой умысел я вообще ничего не говорил.
А про лицензирование ну это такое. На сколько я знаю раньше лицензирования не было, а потом поняли что без этого никто не может работать потому что радиоэфир он общий и надо договариваться. Радиолюбительские лицензии они не для того чтобы заработать на них. Это скорее как водительские права. Получаешь, чтобы подтвердить себе и окружающим что знаешь как не мешать другим в общественном пространстве.
Goron_Dekar
07.09.2024 08:10Эти дешевые чипы вроде не очень умеют ограничивать свою мощность.
Они ограничивают её своим дизайном. Там тупо сопротивление выходного транзистора достаточное, чтобы на номинальном питании мощность была не выше нелицензируемой.
потом поняли что без этого никто не может работать потому что радиоэфир он общий и надо договариваться.
А потом вышло как в США, когда нет конкуренции, потому что все радиочастоты выкуплены и заградительный барьер для выхода на рынок стал неподъёмен для частного бизнеса. Следом полетел рынок как таковой и качество связи стало ниже плинтуса.
Что, конечно, не помогло потому что в многоэтажном доме в NY сейчас WiFi просто не работает - ты слышишь в своём доме более 120 разных точек доступа.
oleg_v Автор
07.09.2024 08:10Все правильно, но есть и противоположные примеры. Вот эта плата https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.ESP32C3CoreBoard демонстрирует эффективность антенны лучше, чем у внешней четвертьволновой.
vadimk91
07.09.2024 08:10Но есть люди, которые до сих пор спрашивают, "какой усилитель Wi-Fi купить?" (для квартиры в многоквартирном доме, 2.4ГГц), а то что-то тормозит... И роутеры выбирают по принципу "о, у этого больше антенн, он будет дальше бить".
Solovej
Можно было бы просто повернуть на 90 градусов саму плату - чтоб антенна была перпендикулярна земляному полигону. Я правильно понял?
oleg_v Автор
Нет, полигон то на плате, он виден на фотографиях, если присмотреться. Вдоль края полигона можно заметить ряд переходных отверстий.