Antena WiFi a través de vidrio

Solía ​​​​instalar muchas radios UHF en el automóvil y kits de teléfonos celulares manos libres. Trabajé principalmente en camiones y vehículos utilitarios comerciales equipados con parachoques, sobre los cuales montaría una antena grande, voluminosa y de alta ganancia. Alternativamente, se podría montar un soporte directamente en el chasis debajo del capó (lo que a menudo significaba cortar/perforar). El cable coaxial iría desde el nuevo dispositivo dentro de la cabina, a través del compartimiento del motor y hasta la base de la antena.

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Pero de vez en cuando obtenía algún ejecutivo elegante con un sedán de lujo nuevo y brillante, y usaba una antena de montaje de vidrio relativamente discreta. El cable pasa por debajo del tablero y sube por el pilar (debajo de la tapicería o la moldura de plástico) en el lado del pasajero, y sale cerca de la parte superior del parabrisas. El cable se atornilla en una pequeña caja/panel negro, un lado del cual se adhiere directamente a la superficie interior del vidrio. En la base del mástil de antena real hay un panel adhesivo similar que se monta en la superficie exterior del vidrio, directamente encima del primero.

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Nunca entendí completamente cómo o por qué funcionaba, pero esencialmente la señal podía fluir a través del cristal. Mi pregunta es: ¿Se puede adoptar esta misma técnica para antenas WiFi de 2,4 GHz y/o 5 GHz?

En teoría, UHF funciona de 300 Mhz a 3 Ghz, por lo que debería funcionar para antenas F más bajas. Sin embargo, debe verificar el ancho de banda. Pero si puedes probarlo, me gustaría ver los resultados. Me parece muy interesante este post. En cuanto a la forma en que funciona es a través de la inductancia.
Probablemente transfiere energía a la parte exterior usando inductancia (ver carga sin contacto/inductiva). Luego, la RF se amplifica en el exterior y se envía nuevamente a través del vidrio. Incluso podrían usar las mismas bobinas pero a diferentes frecuencias.
"nuevo sedán de lujo" y "sin capacidad de manos libres incorporada" es un conjunto de condiciones mutuamente excluyentes en la actualidad...
@Dimitri 300MHz - 1GHz , según IEEE ; o 300MHz-3GHz , según la ITU . Pero en realidad me refería a la Banda Ciudadana UHF de 477 MHz utilizada en Australia y Nueva Zelanda ( 476,4250 MHz - 477,4125 MHz ; conocida coloquialmente simplemente como UHF ). Pensé que este era un estándar común en toda Europa y América del Norte, pero aparentemente no.
@tjt263 Está bien. Ahora tienes un problema entonces. No puede simplemente usar la antena utilizada para ITU-R en el caso de las frecuencias WIFI. Debería comprobar esta foto, por ejemplo: robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/… . Como puede ver, diferentes longitudes para diferentes frecuencias. No te mentiré, no tengo ni idea si funcionaría si modificas la antena que tienes, pero podría ser un buen experimento. Consulta en google "calcular longitud de antena". Verá algunas fórmulas útiles. Espero que esto ayude amigo.
@Dimitri Así es. Solíamos sintonizar nuestras antenas VHF con un par de cortadores laterales y un analizador de señal de RF portátil. Anticipé tener que usar una antena nueva o modificada; aunque la gran variedad de formas y tamaños de antena WiFi en el mercado me ha dejado un poco confundido acerca de la física. Pero continuaré investigando y compartiendo la información.

Respuestas (2)

Placas de capacitores paralelas de 25 mm por 25 mm separadas por 4 mm de vidrio con una permitividad relativa de 4 darían una capacitancia de acoplamiento de alrededor de 5 pF. Esa capacitancia está en serie con una señal de antena y, a 2,5 GHz, actuaría como una impedancia de bloqueo de aproximadamente 13 ohmios, por lo que es factible que se pueda usar sin interrumpir demasiado el VSWR.

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  • k es la permitividad relativa del vidrio.
  • ϵ 0 es la permitividad absoluta del espacio libre (8.854 pF/m)

La impedancia de bloqueo en serie de 13 ohmios podría desactivarse con un pequeño valor de inductancia en serie. Espero que funcione mejor cuando se encuentra en el borde de la ventana (y cerca de la carrocería del automóvil) porque el tipo de antena es un monopolo y necesita algún tipo de plano de tierra local para ser más efectivo. En otras palabras, usar una conexión capacitiva requiere que la base de la antena sea una placa del capacitor.

No voy a descartar bobinas que puedan acoplarse a través de la ventana de vidrio, pero, a 2,5 GHz, es posible que empiecen a tener más pérdidas que un acoplador capacitivo.

También hay otras ventajas de tener la antena en el borde del parabrisas en lugar de justo en el medio ;-)
@psmears, ¿qué son (aparte del que enumeré)? ¡No seas tímido con esto! Todos estamos aquí para aprender algo.
Lo siento, era una broma. Solo quería decir que tener la antena en el borde también es mejor para poder ver por dónde conduces :-)
Gracias por la información. Está un poco fuera de mi alcance en esta etapa, pero estoy pensando en ello ... Entonces, de todos modos, ¿es normal tener un capacitor (o un par de inductores) inmediatamente antes (y en serie con) una antena? ¿O es simplemente un medio para atravesar el vidrio? Parece el tipo de cosa que tendría un efecto significativo en el comportamiento del circuito principal.
Si observa redes coincidentes entre chips y antenas wifi, no es raro ver capacitores de valor pF pequeños en serie. Para las frecuencias wifi, nunca he visto un par de inductores acoplados y sospecho que se debe a que la frecuencia es demasiado alta para obtener un acoplamiento magnético efectivo como este.

Nunca entendí completamente cómo o por qué funcionó.

Bueno, no es magia ;-)

En realidad, se puede hacer

magnéticamente utilizando inductores acoplados. Esto es como un transformador sin núcleo magnético. La carga inalámbrica que se usa en algunos teléfonos móviles utiliza el mismo principio. Básicamente, una bobina crea un campo magnético a partir de una señal eléctrica que luego es captada por una segunda bobina (en el otro lado del aislante, que puede ser cualquier aislante, incluido el aire o el vidrio). La segunda bobina vuelve a convertir el campo magnético en una señal eléctrica.

o

eléctricamente utilizando una estructura similar a un condensador. Un condensador consta de dos placas conductoras de electricidad con un aislante (que puede ser cualquier aislante, incluido el aire o el vidrio) en el medio. Un condensador es una impedancia baja (no constituye un obstáculo) para señales de alta frecuencia.

Para frecuencias más bajas de hasta 200 MHz aproximadamente, espero que se utilice el método de acoplamiento magnético. Para frecuencias bajas, se necesitaría un condensador muy grande (para el acoplamiento eléctrico) para que sea eficiente.

Para frecuencias altas por encima de 200 MHz, por lo que incluye señales WiFi, espero que se utilice el método de acoplamiento eléctrico. Las altas frecuencias no pueden viajar a través de grandes bobinas, lo que dificulta el método de acoplamiento magnético.

Entonces, ¿el vidrio es básicamente una placa dieléctrica? ¿Qué pasa con el cable de tierra/trenza/conductor; ¿Cómo ambos lados del circuito atraviesan el vidrio a través de un solo punto/componente/condensador?
Correcto, el vidrio sería el material dieléctrico del capacitor. No habrá tierra en la antena, supongo que la tierra será el chasis del automóvil. Además, no siempre necesita una conexión a tierra, una antena puede funcionar con una sola conexión.
¿Está bien? Entonces, es extraño que sigamos utilizando coaxiales relativamente caros con la cubierta trenzada negativa en el conductor exterior de todos nuestros conectores de antena. La mayoría de ellos incluso vienen con arandelas especiales que muerden su superficie de montaje para garantizar un camino fuerte a tierra.
@ tjt263 es correcto. Si usara un solo cable, actuaría como una antena más larga, no como una forma de transmitir la señal desde la antena. Entonces, si es muy, muy corto, es decir, si está conectado directamente a la PCB, funciona. Pero eso es tema para otra pregunta.
Básicamente, es una antena de 6 pies; ¿Se extiende desde la consola central hasta la parte superior del parabrisas? Algo en eso no parece correcto.
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