Simule má recepção de telefone celular no laboratório

Atualmente, estou desenvolvendo um dispositivo de Internet das Coisas que utiliza um modem uBlox SARA-U260 gsm / 3G.

Nos testes de campo, tivemos problemas significativos de software / firmware devido à má recepção do telefone celular em nossas implantações na África Subsaariana.

Estou tendo dificuldade para duplicar os problemas no laboratório porque a recepção da célula aqui é muito boa. Mesmo se não houver antena conectada ao modem, ele ainda poderá se conectar à Internet da rede celular!

Portanto, estou procurando a melhor maneira de impedir que meu modem pense que ele tem uma recepção ruim.

Um pensamento que eu tinha era cortar o cabo coaxial da antena e soldar um resistor entre a cobertura GND e o condutor central. Isso funcionaria? Qual resistor de tamanho faria sentido? Provavelmente um resistor de valor bastante baixo (digamos 50 ohm?)

Estou confuso sobre o motivo pelo qual o modem ainda pode se conectar, mesmo sem uma antena. Eu pensei que, durante a operação normal, o modem deve causar um curto-circuito no condutor de aterramento e central quando estiver transmitindo (daí a alta corrente associada a uma explosão de transmissão).

Em circunstâncias normais, a localização curta está dentro da antena? Nesse caso, o condutor central do cabo coaxial não estaria sempre no potencial de terra (ou seja, durante a recepção)?

EDITAR:

Obrigado pelas respostas. Eu tenho uma grande caixa de metal na minha mesa pronta para montar o DUT (obrigado pela sigla @Ali Chen) amanhã!

Para "simular" uma recepção de célula mais fraca, você pode usar atenuadores de RF entre a placa e a antena. Elas são compostas de múltiplas resistências, construindo uma rede que atenua a potência de RF de maneira muito previsível, tanto em RX quanto em TX, mantendo a impedância de RF do proponente conforme vista no modem e na antena. Eles têm uma potência limitada.

Não execute o modem com a saída de RF aberta ou em curto-circuito. O amplificador de RF não vai gostar nada disso.

Os atenuadores pequenos com plugues SMA normalmente custam entre 10 e 20 € ( https://www.minicircuits.com/WebStore/dashboard.html?model=VAT-3%2B ). O SARA-U260 pode irradiar um pico máximo de 33dBm (2W), menos em média. Comece a dissipar a maior parte da energia com um atenuador de 2 ou 3dB (classificado para 1W) conectado no lado do modem e, em seguida, você poderá adicionar mais atenuadores para diminuir ainda mais a energia e, finalmente, conectar sua antena. Sistemas sem antenas podem se comportar de maneira irregular, e os atenuadores não são um ótimo substituto para as antenas.

Para atenuações grandes (> 40 dB de atenuação, eu diria), o empilhamento de atenuadores não é uma solução, pois alguma energia de RF sempre entra e sai de um modem por outras maneiras que não a porta da antena (pequenas seções de rastreamento de RF em sua PCB, energia fornecimento, etc). Em seguida, você precisa de uma caixa blindada de RF (como http://www.jretest.com/jre-0709-P.htm ) com alguns atenuadores dentro da caixa e alguns atenuadores fora da caixa. Seu modem é colocado dentro da caixa, sua antena fica do lado de fora e a caixa é equipada com conectores de RF para trazer sinais de entrada e saída da caixa de maneira controlada.

Se você tiver um orçamento para isso, meia dúzia de atenuadores fixos, uma caixa blindada e um atenuador variável (por exemplo, https://www.aliexpress.com/item/2Watt-0-90dB-Coaxial-Adjustable-Key- Press-NKK-RF-step-Atenuador-Stepping-DC-to / 32779942411.html ) pode ser muito conveniente para simular condições dinâmicas de RF de maneira controlada.

Se a má recepção for devido a fontes próximas de interferência, você precisará de um gerador de sinal de RF (mais um "T" de RF e talvez uma caixa de isolamento) para emular esse problema. Isso não é barato.

Normalmente, o teste e a depuração da WWLAN são feitos em gaiolas blindadas eletromagneticamente em laboratórios quando os sinais externos da torre (ou repetidores / re-tradutores 3G-4G locais) são muito fortes. Os testes geralmente são feitos com instrumentos especiais, como o testador Agilent LTE , que tem todas as habilidades para alterar os níveis de sinal e simular uma recepção fraca. Em operação normal, o testador LTE é conectado no lugar da antena no dispositivo em teste (DUT), ignorando as próprias antenas do DUT. Como alternativa, você pode conectar uma antena onidirecional simples diretamente à saída do LTE Tester e usar a antena DUT natve, mas precisará controlar a distância e recalibrar o canal de RF.

Lembre-se de que o problema pode não estar no seu software / firmware, mas no HARDWARE. Os dispositivos sem fio normalmente estão usando o controle automatizado de ganho, não apenas no canal receptor, mas também no canal transmissor. Quando a recepção é fraca, o DUT legitimamente assumirá que está longe da torre de celular e, portanto, DEVE usar maior potência de transmissão. O poder das rajadas de transmissão pode ser de 1 a 5 W, o que interferirá no layout da placa e, se o projeto da PCB for mal executado, poderá interromper todas as outras funcionalidades do DUT, todos os outros sensores, etc.

RF é complicado.

Eu não mexeria na antena, acho que o produto deveria ser testado em sua configuração final. A razão para isso é simples: quando a recepção é muito ruim, seu transmissor aumenta sua potência para o valor máximo e você estará interessado em saber se as quantidades (bastante enormes) de RF que ele acionará causará um crash no seu micro, corromperão. seus sensores analógicos ou qualquer outro tipo de magia negra que o RF possa fazer em circuitos de espectadores inocentes.

Do ponto de vista dos chips no seu PCB, seu módulo GSM acionando alguns watts de RF é como uma mini bomba nuclear ... muito mais do que suficiente para qualquer opamp ficar maluco.

Você realmente quer testar isso, e modificar a antena para obter menor eficiência NÃO alcançará isso!

Sugiro colocar todo o produto dentro de uma gaiola de Faraday, como um forno de microondas, uma panela de pressão ou algo assim:

Também disponível em ...

Agora, se você passar os fios pela gaiola de Faraday, o RF passará por eles, e você precisará usar filtros de passagem adequados e, basicamente, Do It Right, que acho que não é o ponto.

Como solução alternativa: faça o teste no porão do seu prédio.

A má recepção pode resultar não apenas do sinal baixo, mas também da distância da torre da célula.

Especialmente o GSM é projetado apenas para percorrer cerca de 35 km. Caso contrário, o "avanço de tempo" entre o remetente e o receptor do sinal de RF seria muito grande para o protocolo em uso.

Veja https://en.wikipedia.org/wiki/GSM e outros recursos para obter mais informações sobre isso.

É difícil simular sem o equipamento adequado. Você provavelmente deveria contratar um laboratório para isso. As grandes empresas de telecomunicações têm esses recursos de teste.

Algumas possibilidades:

1. Conecte a antena a uma carga simulada
2. Use um atenuador de passo entre a antena e o rádio usando cabo coaxial de blindagem dupla
3. Conduza seus experimentos em uma sala / recinto blindado

Observe que um atenuador adequado não é um resistor simples. Consiste em um bloco resistivo que possui entradas e saídas correspondentes à impedância. Procure o atenuador resistivo do T pad. A maioria é especificada como dBs de atenuação. Versões escalonadas com> 100 dB de atenuação estão prontamente disponíveis como acessórios de laboratório. Use-os com cabo coaxial com proteção dupla ou quádrupla para reduzir os caminhos de vazamento.

Nos testes de campo, seu dispositivo é afetado por problemas ambientais (tecnicamente geográficos?), Não por problemas com o próprio dispositivo. Então, por que não isolar o dispositivo com algum bloqueio físico, como paredes ou caixas de metal (das respostas acima)?

Alguns prédios construíram antenas telefônicas (seja lá como você os chamar.), Então talvez experimente seu dispositivo em outro lugar?