¿Por qué tengo una señal muy débil con mi antena GSM conectada a PCB?

Diseñé el PCB de doble cara que se muestra a continuación, que usa 3 módulos SIM900 separados con tarjetas SIM separadas (diferentes operadores, misma banda) y antenas GSM. La placa de circuito impreso está alojada dentro de una carcasa de plástico que, a su vez, está alojada dentro de un gabinete de acero cerrado. El gabinete también alberga algunos otros componentes como un adaptador AC-DC (el tipo con blindaje) y una pantalla LCD de 20x4 caracteres. Hay una línea de CA que pasa por un orificio en el gabinete hasta el adaptador. El gabinete no está conectado a tierra común.

El pin de la antena de cada módulo está conectado a un conector de antena SMD GSM a través de un pequeño trazo en la PCB (unos 10 mm). Luego, cada conector se conecta a una antena GSM disponible en el mercado (consulte la foto y el enlace para ver las especificaciones), pasa a través de los orificios en el gabinete de acero y se une (con pegamento) al exterior del gabinete.

Tengo señales inestables con este diseño. Mientras que en mi teléfono la señal está llena, estoy leyendo entre un 5 % y un 60 % de intensidad de señal en estos módulos, y también fluctúa un poco.

He visto algunos módulos SIM900 comerciales que también ejecutan el seguimiento de la antena directamente al conector de la antena al igual que mi diseño. Pero también he visto algunos otros que usan una resistencia de 1K en serie con el rastro de la antena y algunas vías alrededor del rastro.

Mi pregunta es qué debería estar causando la fluctuación de la señal, y ¿hay algo que deba hacer para mejorar la calidad y la estabilidad de la señal?

¡Muchas gracias de antemano por cualquier experiencia compartida!

Especificaciones de la antena externa: https://www.aliexpress.com/item/2dbi-3dbi-gsm-824-960Mhz-1710-1990Mhz-GSM-antenna-SMA-plug-male-connector-Aerial-1-5M/32228127548. html?spm=2114.13010608.0.0.eIRczU

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ACTUALIZACIÓN: Basé mi diseño en el Módulo GSM SIM900 de Small Breakout de Open Electronics (foto a continuación). Ahora puedo ver que la única diferencia es que en su diseño, el conector SMD se coloca lo más cerca posible del pin ANT del módulo SIM900 (creo que están separados por menos de 1 mm). ¿Debería ser eso lo que causa mi problema?ingrese la descripción de la imagen aquí

ACTUALIZACIÓN 2: El gabinete de acero (pintado) tiene una tapa (también de acero) en la parte posterior. Noté que una vez que quité la tapa (por lo que hay una gran abertura en la parte posterior del gabinete), la intensidad de la señal mejora de inmediato en un 30-40%. Y cuando vuelvo a poner la tapa, la señal cae inmediatamente. Entonces, ¿podría ser el caso que esto tenga algo que ver con la interferencia?

¿Está la antena dentro o fuera de la carcasa de acero?
@JonasWielicki La parte roja está fuera de la carcasa de acero. En realidad, la película roja se puede despegar y hay pegamento 3M para pegarla a la superficie exterior de la carcasa de acero. Todo el cable negro está dentro de la carcasa de acero.
¿Qué dice la hoja de datos de la antena sobre pegarla a superficies metálicas? Una hoja de datos adecuada, no el enlace de compra.
¿Esas antenas están diseñadas para usarse en un gabinete de metal? Tal vez pruebe con una antena diferente: las rechonchas con una base magnética definitivamente están destinadas a colocarse en un gabinete de metal.
@SteveG, estas antenas generalmente se usan para automóviles. Está conectado al techo del automóvil (que debe ser de metal) y el cable llega a algún tipo de caja 3G/GSM en el automóvil.
@Andyaka Gracias, pero desafortunadamente este es un producto chino y, aunque he estado buscando, no se encuentra ninguna hoja de datos oficial. Tomaré nota de lo que dijiste y lo probaré con otras antenas para ver cómo les va. Hasta ahora, he probado otro con un perno pasante para unirlo a una superficie metálica con el mismo efecto.
@Dave, puede que tengas razón, pero tu argumento no me convence. Si usara esta antena en un automóvil, la pegaría en el interior del parabrisas. Ciertamente no me quedaría en el exterior del auto en ninguna parte.
@Dave: regla de oro en el diseño de EE = nunca use un componente sin una hoja de datos reconocible y plausible.
¿Qué pasa con la impedancia de la pista? ¿Está considerando la coincidencia de impedancia? Como dice @Andyaka, nunca use un componente sin una hoja de datos
Por favor, eche un vistazo a mi ACTUALIZACIÓN 2. Gracias.
Si tiene la antena colgando 300 mm de cualquier metal, ¿ofrece una señal decente? Si es así, pegarlo a una superficie metálica está causando parte de su problema. He visto numerosas antenas GSM (probablemente hechas para y) usadas en gabinetes de metal, pero tienden a NO ser planas. Estas antenas planas pueden estar diseñadas para adherirse a plástico o vidrio.
También mantenga las tres antenas lo más lejos posible entre sí. Ocasionalmente interferirán con la operación incluso si solo uno está en uso activo, los latidos y las negociaciones ocurren esporádicamente en conexiones inactivas.
También asegúrese de que las antenas sean para la banda correcta. Si tiene uno de repuesto, puede abrirlo y medir/inspeccionar los elementos. Si es una antena de banda única y está utilizando módulos en modo de banda cuádruple, tendrá un rendimiento horrible cuando se conecte a la otra banda principal.
@KalleMP la antena plana tiene la banda correcta. Descubrí que colgarlo a 100 mm de la caja de acero le da al módulo una señal completa. Así que creo que la superficie metálica es el principal problema. El diseño de PCB es defectuoso, pero creo que no es el problema principal. Por requisitos estéticos, todavía no sé cómo montar la antena.

Respuestas (1)

Iba a decir "verifique la fuente de alimentación", ya que esas cosas tienen un consumo de corriente muy puntiagudo y exigen un desacoplamiento adecuado y una ondulación baja. También pueden estar sujetos a diafonía a través del plano de tierra.

¿Obtiene mejores resultados si solo enciende uno de los módulos?

Sin embargo, el hecho de que quitar la parte trasera de la jaula de Faraday mejore en gran medida la recepción sugiere que las antenas están haciendo muy poco trabajo. Si ha pegado las antenas a la superficie metálica, probablemente estén demasiado cerca para poder funcionar correctamente. Normalmente desea antenas perpendiculares al plano de tierra.

¿Qué tipo de intensidad de señal obtienes con la tapa puesta y la misma antena, pero colgando la antena en un espacio libre > 30 cm de la caja?

¿La caja está conectada a tierra? ¿A la misma tierra que la PCB?

¿Son correctas las impedancias de la pista? ¿Necesita un corte en el plano de tierra alrededor del conector SMA?

sí, he estado investigando y lo que dices es correcto, creo que es la fuente de alimentación. bueno, la antena debería estar haciendo muy poco trabajo porque la mayor parte del tiempo el módulo GSM está inactivo. He probado a poner a tierra la caja (PCB GND) y la señal mejora un poco. Probaré otras cosas que sugieres y creo que me estás apuntando en la dirección correcta, ¡gracias!
He hecho algunos experimentos con la antena conectada y no conectada a la caja de acero. Esta vez, soldé una segunda PCB de prueba que funciona un poco mejor. Con la tapa trasera cerrada y toda la antena conectada, los módulos izquierdo y derecho reportan una señal de alrededor del 70 % mientras que el del medio solo entre el 0 % y el 30 %. Cuando muevo las antenas 5 cm de la caja, los módulos izquierdo y derecho obtuvieron señal completa, el del medio obtuvo 70%. Entonces, aunque estoy seguro de que todavía hay problemas con el diseño de PCB, el problema radica más en la parte de las antenas. ¿Tendrías más comentarios/consejos?
El diseño de antenas no es realmente mi área, pero cuando usé antenas GSM, venían con hojas de datos que especificaban la distancia mínima a un plano de tierra. Sospecho que obtendría mejores resultados con antenas "rechonchas", colocadas lo más separadas posible y perpendiculares al plano de la caja.
¿Por qué tengo una señal muy débil con mi antena GSM conectada a PCB?
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