¿Cómo logra Apple la carcasa de aluminio con RF en la MacBook Pro?

Muy buena pregunta de física que todos deberían hacerse al pensar en la cantidad de interfaces inalámbricas que hay en el iPhone y Mac de hoy.

Respuesta rápida

Apple prueba diferentes piezas, materiales y posiciones de antena a través de modelos matemáticos para calcular la señal exterior resultante obtenida y obtener la más potente y omnidireccional.

Realidad física

Lo primero que debe saber en este campo, aquí no estamos hablando de electrostática, sino de electromagnetismo y, además, de ondas electromagnéticas en el espectro de microondas (300 MHz - 300 GHz).

Considere una caja metálica cerrada conectada a tierra. Si aplica a esta caja un campo electrostático sin variación, entonces los electrones dentro del metal de esta caja se moverán hasta que lleguen a una de las caras del metal y hasta que el campo electrostático general sea completamente igual a cero. Entonces el campo electrostático dentro de esta caja metálica también será igual a 0 dentro de 1 ps (10⁻¹²s) para un metal de 0,2 mm de espesor. Este también será el caso con un campo electrostático variable, pero solo si este campo varía permaneciendo en la misma dirección. Este es el caso de un rayo: los electrones en su interior podrán seguir la gran variación de intensidad de este campo electrodinámico para cancelarlo dentro de la caja. Esta caja se llama jaula de Faraday ( Jaula de Faraday en Wikipedia) como casi todo el mundo aprendió en la escuela mucho antes de aprender electromagnetismo.

Una jaula de Faraday bloquea los campos electrostáticos

Pero en el campo del electromagnetismo las cosas son completamente diferentes. Los electrones no tendrán tiempo suficiente para ir de una cara del metal a la otra el tiempo que tardará el campo electromagnético en cambiar de dirección: 0,2 ps a 5 GHz (recordatorio: período = 1/frecuencia). Y en un metal los electrones comenzarán a oscilar a la misma frecuencia que el campo electromagnético exterior. No serán lo suficientemente rápidos para seguir la música y ya no cancelarán por equilibrio el campo electromagnético externo. Crearán su propio campo electromagnético ligeramente desfasado con el exterior (exactamente como los electrones en una antena). Los dos campos electromagnéticos se sumarán y crearán un campo electromagnético dentro de la caja metálica.

Una jaula de Faraday no bloquea las ondas electromagnéticas

Una idea errónea común es que una jaula de Faraday proporciona un bloqueo total o atenuación de las ondas electromagnéticas, esto no es cierto. Deberíamos hablar de la transparencia de diferentes metales o aleaciones a las ondas electromagnéticas (más precisamente de su "espectro de absorción"). La mayoría de los metales son completamente negros a frecuencias bajas y transparentes a frecuencias altas (mira la foto de tu MBP cuando pasas el control de rayos X en el aeropuerto 😎). Por otro lado, el hormigón con hierros espaciados regularmente cada 25 cm o 50 cm si es totalmente opaco a las ondas electromagnéticas en la frecuencia alrededor de 2,4 GHz.

Aquí hay un buen experimento para comprobar esta realidad física.

Encuentra una pequeña caja de acero simple como una vieja caja de azúcar. Conéctelo a tierra con un cable eléctrico (cualquier pin de tierra en un tomacorriente de pared será perfecto). Pon tu teléfono móvil dentro de la caja, cierra la caja. Entonces llame a su prisionero de la jaula de Faraday. Si estás en un área de recepción normal, tu teléfono móvil sonará y escucharás (una jaula de Faraday tampoco bloquea los sonidos).

Apple hábilmente coloca el ensamblaje de la antena WiFi junto a la rejilla de ventilación para aparentemente "eludir las leyes de la física" y sortear el problema de la jaula de Faraday .

Mirando la parte inferior de la MacBook Pro (15" 2017), puede ver una ventilación de refrigeración que ocupa aproximadamente el 80 % del ancho de la máquina.

Los conjuntos de antena WiFi se colocan a ambos lados de la MacBook directamente junto a la rejilla de ventilación. Entonces, si bien parece que la antena WiFi está oculta detrás de una carcasa de aluminio, en realidad está al aire libre, que es la forma en que recibe las señales WiFi en modo cerrado.

Apple parece reacio a publicar dicha información, y debemos recurrir a las fotos y videos publicados por técnicos y reparadores para encontrar pistas útiles. Este es un video así. El sujeto es una Macbook más antigua, pero creo que las antenas de las Macbooks actuales están en la misma ubicación. El video muestra claramente la ubicación de la antena: detrás del marco de plástico en la parte inferior de la pantalla, donde se ve el nombre "MacBook Pro" (al menos en el mío).

Cuando cierra la tapa e inspecciona la carcasa, esta es la única ubicación que tiene sentido. Como ha reconocido, el caso presenta oportunidades limitadas para que escapen las señales de radiofrecuencia. De hecho, la única oportunidad (suponiendo que el material de la caja sea realmente aluminio) es la ranura en la parte trasera; la misma ranura por donde sale el calor de la caja. El bisel de plástico mirará hacia la parte superior de esta ranura cuando la tapa esté cerrada.

Creo que la carcasa del MacBook y su embalaje en general son maravillas del diseño y la fabricación modernos. Apple es bueno, pero incluso sus señales de radiofrecuencia deben seguir las leyes de la física descubiertas por Michael Faraday hace casi 200 años.

Un hilo interesante. Tengo una MacBook Air 2016 y estoy seguro de que Apple usaría policarbonato para la bisagra y las teclas, no plástico. El policarbonato puede ser un material resistente a RF.