Comprender la amplificación de RF

Advertencia por adelantado: la amplificación de la salida de su dispositivo wifi es casi con seguridad ilegal. Existen límites legales estrictos sobre la cantidad de energía que puede generar o la densidad de energía que puede emitir en una dirección específica.

Siento que la simplicidad de la idea sugiere que me estoy perdiendo algo. Creo que ese chip amplificador solo podría darme una única ruta de señal, pero agregar un segundo amplificador con un par de multiplexores en las antenas me daría la segunda dirección, nuevamente, ¿es correcto?

WiFi es un sistema de frecuencia única, lo que significa que los paquetes para ambas direcciones se modulan en la misma frecuencia. Por lo tanto, los chips Wifi generalmente solo tienen un puerto de antena, que cambia entre la operación de recepción y transmisión. Eso significa que tendrás una antena innecesaria si construyes dos;)

El problema es que, por supuesto, no debe operar el amplificador de recepción (LNA) simultáneamente con el amplificador de transmisión (PA) si la salida de uno está realmente conectada a la entrada del otro. Algunos conjuntos de chips WiFi exponen una señal de interruptor automáticamente para señalar la operación TX o RX, que puede cambiar entre estos modos.

Pero ahí es donde se pone un poco feo: imagina que tienes un dispositivo de medición cerca de tu antena. Un conjunto de chips WiFi normal en Europa puede emitir hasta 20 dBm (100 mW) de potencia. El receptor todavía está especificado para trabajar con potencias en el rango de -90 dBm (1 pW). Esa es una diferencia de 110 dBm, o un factor de 10¹¹ entre la potencia de transmisión y recepción.

Un buen interruptor de RF tiene un aislamiento de, digamos, 85 dBm, y los componentes en la misma PCB, que usan la misma fuente de alimentación, rara vez obtienen una atenuación de más de 60 dBm para comenzar, a menos que realmente comience a diseñar cosas para el aislamiento de microondas, con todas las cosas buenas. como gabinetes fresados, etc. Si está haciendo eso para una sola instancia de un dispositivo, es un pasatiempo bastante costoso. Sin mencionar que no asumiría que mi primer intento de diseño funcionaría lo suficientemente bien, por lo que supondría que necesito un segundo intento...

Por lo tanto, la diafonía probablemente matará la viabilidad de su aplicación, a menos que realmente apague y encienda los amplificadores junto con el interruptor de RF. Eso suena bastante fácil, pero viene con una lata completa de gusanos porque se espera un comportamiento transitorio en el momento en que enciende un amplificador.

Desde un punto de vista técnico: si solo está planeando construir un enlace punto a punto con puntos finales fijos, opte por antenas de alta ganancia en lugar de amplificadores. Su dipolo irradiaría casi toda la energía en direcciones donde el otro extremo no lo está, y solo se vería como un "objetivo" muy pequeño para el haz de antena del otro extremo.

Hay empresas que venden equipos de enlace wifi-directivo.

• lo de arduino (el hecho de que incorpore un Arduino es realmente solo un espectáculo secundario) es un controlador de amplificador de avance que basa la amplificación en una estimación de RSSI. Eso significa que realmente solo querrías usar esto en una banda de un solo propósito, donde en realidad solo se permite un transmisor (la torre celular), porque imagina usar eso en la banda de 2.4 GHz, donde puede haber Bluetooth, Wifis arbitrarios, microondas hornos, Zigbee... que cambian la estimación de potencia de recepción. En realidad, se vuelve bastante difícil hacerlo bien si las transmisiones no son continuas, y el wifi es un sistema con muchas ráfagas. Para lo que fue diseñado parece ser 832 MHz, por lo que probablemente sea GSM estadounidense; GSM tiene un canal de control de transmisión continua que se podría usar para construir un controlador de este tipo. Un teléfono moderno hace casi lo mismo que ese controlador, pero conoce mejor la señal: esperaría que la ventaja de este sistema sea marginal en comparación con conectar un teléfono a una antena mejor directamente. Ah, y la total ilegalidad... Ah, y el hecho de que el control de potencia en el teléfono y en la estación base hace que la capacidad de ajuste sea totalmente innecesaria, ya que estos dispositivos reducirán su propia ganancia por sí mismos, por lo que arreglar la ganancia del VGA no debería ser No tener ningún efecto negativo (por el contrario, a máxima ganancia debería tener la menor Figura de Ruido). De todos modos, inaplicable a wifi por ráfagas y razones de la misma frecuencia. y el hecho de que el control de potencia en el teléfono y en la estación base hace que la ajustabilidad sea totalmente innecesaria, ya que estos dispositivos reducirán su propia ganancia por sí mismos, por lo que fijar la ganancia del VGA no debería tener ningún efecto negativo (al contrario , a máxima ganancia debería tener la menor figura de ruido). De todos modos, inaplicable a wifi por ráfagas y razones de la misma frecuencia. y el hecho de que el control de potencia en el teléfono y en la estación base hace que la ajustabilidad sea totalmente innecesaria, ya que estos dispositivos reducirán su propia ganancia por sí mismos, por lo que fijar la ganancia del VGA no debería tener ningún efecto negativo (al contrario , a máxima ganancia debería tener la menor figura de ruido). De todos modos, inaplicable a wifi por ráfagas y razones de la misma frecuencia.
• Una LimeSDR es una radio completa definida por software. Realmente es un poco exagerado usarlo como un "tubo doblado de RF", pero seguro, probablemente funcione (la calidad de la señal en LimeSDR tiene algunos problemas si no tiene buenos filtros externos). Con estos filtros, uno podría amplificar por separado los canales de enlace ascendente y descendente por separado, sin necesidad de la costosa y muy compleja pieza central, el LimeSDR. Este sistema es una demostración de un loopback de señal digital en la FPGA, no muy simple ni demasiado útil para la aplicación. Nuevamente, esto no puede funcionar con WiFi, ya que WiFi no tiene canales separados de enlace ascendente y descendente.
• Su documento de conceptos básicos de antenas es de muy alto nivel y solo tiene dos fórmulas: es realmente muy básico.

Considerándolo todo: instructables no es una fuente de electrónica RF, realmente. Antes de construir algo así, recomendaría tener un poco de teoría de RF correcta (el documento de conceptos básicos de antenas no hace nada de eso, trata a las antenas como cajas negras con parámetros) y teoría de líneas de transmisión.