Как в разы увеличить дальность приема WiFi / BT при помощи паяльника
Модули ESP32C3 с исправленной ориентацией антенны
Ну или точнее при помощи двух паяльников.
Вводная
У вас есть WiFi / BT модуль с распаянной чип антенной, вроде показанных на рисунке ниже. Они имеют дальность уверенного приема в пределах 10 м, что вас совершенно не устраивает. Попытки программно увеличить мощность передаваемого сигнала помогают увеличить дальность работы до 20 м, но хочется в разы больше.
WiFi / BT модули с чип антенной
Решение
С помощью двух паяльников отпаиваем чип антенну и припаиваем ее за один конец, развернув перпендикулярно краю платы, как показано на рисунке под заголовком статьи. Для этой пары модулей дальность работы (с увеличенной мощностью передатчика) возросла с 20 м до 100 м.
Почему это работает
Короткий ответ — потому что дальность работы была принесена в жертву компактности и дешевизне платы.
Чип антенна — это уменьшенный вариант монопольной антенны. В данном случае это просто печатная плата, на которой сформирована спиральная антенна. Она должна работать не хуже штыревой антенны при условии правильного монтажа. Вот с монтажом то и основная проблема. Более менее очевидно, что антенна должна быть расположена перпендикулярно земляному полигону. Однако, я не видел ни одной компактной платы, где это условие выполнялось бы. Ведь при правильной ориентации антенны габариты платы вырастут на несколько миллиметров вместе с ее ценой, что совершенно неприемлемо.
Итак, производители компактных модулей всегда располагают антенну параллельно краю платы и земляному полигону. Но и при таком неправильном расположении есть нюансы. На рисунке выше показаны два модуля с одинаковым процессором ESP32C3 и одинаковыми антеннами. Однако, в экспериментах они показали дальность связи, отличающуюся в два раза. Все дело в том, что на плате справа, которая показала в 2 раза большую дальность, антенна отделена от земляного полигона зазором в 2 мм, а на плате слева зазор меньше миллиметра. Чем меньше этот зазор, тем больше электромагнитное поле концентрируется в зазоре между антенной и земляным полигоном вместо того, чтобы изучаться в окружающее пространство. Антенна ведет себя больше как конденсатор, ее согласование с передатчиком нарушается. Мощность, которая отбирается от передатчика, падает, а ее большая часть превращается в тепло токами, индуцированными в земляном полигоне.
Простой поворот антенны в правильное положение решает все эти проблемы, радикально увеличивая дальность уверенного приема. Причем, эксперименты с внешней антенной, припаянной вместо чип антенны, не выявили разницы в дальности работы между внешней антенной и чип антенной в правильном положении.
Эксперименты с антеннами были проведены в рамках проекта универсального BT адаптера
