Medindo o poder de um telefone celular

A Internet está cheia de histórias de horror sobre os danos dos telefones móveis. Essas histórias de horror não são fortemente confirmadas por pesquisas sérias, portanto, deixe-as na consciência dos autores. Mas o telefone realmente emite uma certa quantidade de energia. Vamos tentar entender o problema. Os primeiros testes no osciloscópio mostraram que a potência muda muito rapidamente com o tempo; portanto, a opção com medição condicionalmente simultânea de diferentes pontos não funcionará, e teremos que bloquear a antena da buzina com nossas próprias mãos para coletar a potência máxima irradiada.



O resultado é apresentado no KDPV. O balanço de brancos foi deliberadamente escolhido errado, porque com o equilíbrio certo, como veremos, a superfície da folha é um pouco apresentável. Mas o embelezamento não é o nosso método; portanto, todas as outras fotos são "honestas" - mais amargas, mas verdadeiras do que agradáveis, mas lisonjeiras.

Primeiro, precisamos medir a faixa de frequência na qual o telefone se comunica com as torres mais próximas, porque o próprio aparelho era de banda tripla: 900/1800/1900 MHz. Como não precisamos de correspondência ou potência total para determinar o alcance, podemos usar a antena de loop mais simples com um diâmetro de cerca de 300 mm inserido no pino central do conector de entrada do analisador de espectro. Mal disse a banda de 900 MHz. Não é muito legal, porque o tamanho da nossa futura ala é o máximo possível. O comprimento de onda é de aproximadamente 330 mm, metade dele é 165 mm, o que significa que, como os livros didáticos nos ensinam, é razoável usar um guia de onda de uma seção transversal de cerca de 200x100 mm (no meio de uma oitava entre o ponto de corte do modo principal e o segundo modo que entra no guia de ondas). Razoável, razoável, mas onde conseguir esse monstro de vários quilos? E o quese fizermos isso de fibra de vidro? As dimensões são pequenas, material suficiente, rigidez, provavelmente também. Mas o que acontecerá com a própria antena? Se você fizer isso corretamente, terá que fazer uma abertura de cerca de um metro, e o comprimento é ainda maior. Levando em consideração as dúvidas sobre a rigidez de tal projeto e as dúvidas sobre a suficiência dos materiais, finalmente foi tomada uma decisão forte - abrir 400 mm e limitar o comprimento da estrutura a 600 mm. No mínimo, vale a pena passar nos testes iniciais antes de tornar uma estrutura comparável a um detector CMB.Levando em consideração as dúvidas sobre a rigidez de tal projeto e as dúvidas sobre a suficiência dos materiais, finalmente foi tomada uma decisão forte - abrir 400 mm e limitar o comprimento da estrutura a 600 mm. No mínimo, vale a pena passar nos testes iniciais antes de tornar uma estrutura comparável a um detector CMB.Levando em consideração as dúvidas sobre a rigidez de tal projeto e as dúvidas sobre a suficiência dos materiais, finalmente foi tomada uma decisão forte - abrir 400 mm e limitar o comprimento da estrutura a 600 mm. No mínimo, vale a pena passar nos testes iniciais antes de tornar uma estrutura comparável a um detector CMB.

A régua e o marcador estão nas mãos, posteriormente - tesouras de metal, como resultado, temos quatro espaços em branco dos quais soldamos a própria antena da corneta e a transição do guia de ondas coaxial na forma de um único produto. À primeira vista, a superfície da folha estava limpa, então decidi dispensar a pele e imediatamente iniciei o processo de solda Usando POS-60 e resina comuns. Combinamos duas peças de trabalho, fixamos um ângulo aproximadamente reto entre elas (consegui sem um quadrado), agarramos de uma extremidade, depois na curva e, finalmente, na segunda extremidade. O textolite é fino, o que significa leve, e isso já é suficiente para que a estrutura não caia sob seu próprio peso. Em seguida, soldamos completamente a costura por dentro. Mas não estava lá - a primeira costura levou cerca de meia hora,além disso, as duas últimas costuras deverão ser feitas em condições de claustrofobia crescente da estrutura montada. Buscando relutância em manchar as calças limpas que voavam poeira da pele, ainda limpei a superfície para solda, após o que enchi todas as bordas comuns das peças de trabalho. Depois disso, o processo de soldar completamente uma costura com controle levou alguns minutos e as duas últimas costuras não são muito mais complicadas que a primeira. Fora do close up:



A costura parece muito boa na minha opinião, a ondulação é uma fração de milímetro, o que é bastante aceitável. Agora fazemos um pistão de curto-circuito a partir de pedaços de PCB. Para fazer isso, dobre a peça de trabalho em forma de U, cuja parte central é ligeiramente menor que a seção interna da peça do guia de ondas e solde outra guarnição, para a qual o pistão pode ser puxado se for



apertado : Solde a antena com um comprimento inferior a metade do lado mais curto do guia de ondas ao conector SMA:



isso não é usado opção de curva. Nós o instalamos no buraco feito no meio da parede comprida:



e vemos a antena pela frente da buzina (a antena e seu reflexo são visíveis):



Em princípio, já estamos prontos para medições usando um osciloscópio, mas, para o seguro, veremos primeiro qual nível de potência podemos encontrar. A Enciclopédia Mundial nos fornece os seguintes dados: a potência máxima irradiada dos telefones celulares padrão GSM-1800 é de 1 W, para GSM-900 - 2 W. Essas potências são muito grandes, o detector coaxial não funcionará mais no modo quadrático. Para reduzir a potência e aproximar o detector do modo correto, configuramos o atenuador em 15 dB (infelizmente, não foi possível encontrar mais, trinta seria melhor). Passamos a testes em um osciloscópio.

Colocamos o telefone em uma cadeira de madeira, ligamos a discagem e colocamos uma buzina com um detector conectado em cima do telefone. Primeiro, garantimos que a amplitude máxima do sinal recebido seja atingida exatamente no centro da buzina, com o tamanho longo (vertical) do telefone paralelo à antena da buzina, depois ajustamos a posição do pistão para o sinal máximo. Agora você pode começar a tirar oscilogramas “significativos” do detector. Nenhum dos testes conseguiu alcançar uma amplitude de sinal superior a 200 mV. Infelizmente, esse valor é maior que o intervalo de calibração disponível em nossas mãos:



No entanto, você pode extrapolar os dados para a direita e obter um valor de potência de cerca de +3 dBm (logaritmo decimal da potência dividido por 1 mW). Adicione aqui 15 dB de atenuador e 3 dB para radiação simétrica na antena e na direção oposta (verifique girando o telefone). No total, obtemos +21 dBm ou 126 mW. O valor, na minha opinião, é bastante razoável. Infelizmente, as tentativas de fazer o telefone perder o sinal da estação base e aumentar a potência de transmissão ao máximo não tiveram êxito. Uma sala blindada ou uma gaiola de Faraday com uma malha muito menor que o comprimento de onda seria ideal para isso, mas nada semelhante foi encontrado nas proximidades. Por alguma razão, eu não queria um rolo de rede e enrolamento de corrente em torno deles. Assim, nenhuma resposta final foi recebida e eu até pensei em não publicar o artigo. Mas com um pouco de reflexão,decidiu que uma pequena adição de gráficos alegraria o artigo DIY.

Existem dois conjuntos de dados na figura abaixo - durante uma tentativa de discagem e durante uma conversa:



Curiosamente, menos dados são transmitidos durante uma conversa (curva vermelha). A mesma programação é mais detalhada:



A duração do quadro corresponde aproximadamente ao valor nominal de 577 μs, o período também corresponde ao valor nominal - oito quadros. Alguns leitores provavelmente têm uma pergunta - como posso transmitir dados de voz a uma taxa de quadros (bits) de cerca de 200 Hz (e de fato ainda mais baixa)? O fato é que não amplitude, mas modulação em quadratura é usada para transmissão de dados. Sem entrar na selva dessa coisa não tão simples, direi que um quadro não é um pouco obtido usando modulação de amplitude, mas um pacote inteiro de dados modulado não em amplitude, mas em fases (na verdade, ainda é mais complicado, mas isso, nmv , além do escopo do artigo). Naturalmente, após a detecção simples, não vemos vestígios de fase. Observo que a potência média é oito vezes menor que o pico devido às lacunas entre os quadros,e mais uma vez cinco devido à escassez dos intervalos de transmissão.

Para provar a linearidade da polarização da radiação, removemos o sinal girando o telefone 90 graus na direção da buzina: a



amplitude diminuiu visivelmente, mas o sinal ainda é detectado. Isso pode ser o resultado de uma polarização linear imprecisa e simplesmente da precisão da orientação do eixo do telefone.

Desde que olhamos o sinal detectado, por que não olhamos para o próprio sinal ao vivo? A frequência, é claro, é um pouco alta, mas agora existem osciloscópios rápidos. Aqui está o resultado:



Símbolos - dados realmente medidos, curvas - splines em dois conjuntos de dados durante uma tentativa de passar, normalização horizontal de acordo com o período de oscilação, etapa de animação - mil períodos. A fase flutuante, como eu a entendo, é precisamente o resultado da modulação usada nas comunicações móveis.

Você pode tentar usar o design final de uma das duas maneiras. A opção número um é limpar todas as impressões e outros vestígios com vinagre e coletar um extrato dentro do cobre brilhante. A opção número dois é conectar o produto com um cabo coaxial ao conector de uma antena externa no telefone. Ao viajar para lugares remotos, isso pode ajudar muito na qualidade da comunicação, se, é claro, você pode adivinhar com a direção da torre e a polarização.

Obrigado pela atenção, espero que tenha sido interessante.

Source: https://habr.com/ru/post/pt398675/