Efecto Faraday en carcasas IoT

Efecto Faraday en carcasas IoT — Investigación para Cloudlock

Contexto: Cloudlock con carcasa negra reporta degradación de señal cuando está cerrada.

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1. ¿Qué es el efecto Faraday?

Jaula de Faraday — Carcasa conductora que redistribuye campos EM externos por su superficie, bloqueando penetración interior (y viceversa).

Cómo bloquea RF

Tipo carcasa	Blindaje	Impacto
Metálica sólida (acero, aluminio)	40–80 dB @ 900 MHz	Rango LoRa: 3 km → 30 m
Carcasa con grietas/orificios	Parcial, depende tamaño ranura	Crítico si ranura < 1–2 mm
Plástico + pintura metálica	20–40 dB	Moderado
Plástico negro puro	Casi nada (~3 dB)	Absorción térmica no es blindaje

Problema con Cloudlock

Probables causas de degradación cuando está cerrada:

1. Carcasa o partes metálicas (incluso recubrimiento fino)
2. PCB con ground plane grande — actúa como espejo reflectante
3. Cableado antena próximo a componentes metálicos
4. Antena en “zona muerta” entre grandes elementos metálicos (batería, servo, carcasa)

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2. Diagnóstico

Nivel básico (gratis)

Herramientas: Blues Notecard + firmware cliente

Medir RSSI (signal strength) del Notecard en dos escenarios:

1. Carcasa abierta
2. Carcasa cerrada

Diferencia típica:

• Carcasa abierta: RSSI -75 dBm (bueno)
• Carcasa cerrada: RSSI -95 dBm (pobre)
• Delta > 20 dB = sospecha Faraday

Acción: Verificar card.wireless API output en Notehub dashboard.

Nivel intermedio (~500 €)

Herramientas:

• TinySA Ultra spectrum analyzer (100 kHz–5.3 GHz, ~120 €)
• NanoVNA-F V2 (VNA + signal source, ~130 €)
• Near-field probe set (~200 €)

Medir atenuación exacta en dB por frecuencia (LTE, GPS, Skylo).

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3. Soluciones

3.1 Cambiar carcasa a plástico transparente/blanco

Material: Polietileno (PE), polipropileno (PP), PMMA acrílico.

Propiedades RF:

• Pérdida dieléctrica muy baja (<1 dB hasta 10 GHz)
• Transparencia: permite pruebas visuales de LED status
• Costo: similar a plástico opaco

Ventaja: Solución más simple, sin cambios electrónica.

3.2 Salidas de antena a través de carcasa

Si es plástico, hacer orificios con conectores SMA panel en caras laterales:

Carcasa plástico
    │
    ├─ SMA MAIN (LTE)
    ├─ SMA DIV (LTE-MIMO)
    ├─ SMA WiFi
    └─ SMA GPS

Las antenas externas fuera de carcasa = sin blindaje Faraday.

Ventaja: Funcionamiento óptimo incluso con carcasa metálica futura.

3.3 Reposicionamiento antena

Si la carcasa debe ser metálica (necesarias para fuerza mecánica):

1. Trasladar antena GPS lo más lejos posible del servo (que genera EMI)
2. Antena LTE en cara opuesta a RTC/batería
3. Cable antena blindado (compartidas con cable servo = acoplamiento)
4. Aumentar separación física:
   • LTE ↔ GPS: mínimo λ/4 @ 1 GHz = 75 mm
   • LTE ↔ servo: mínimo 100 mm
   • GPS ↔ servo: mínimo 100 mm

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4. Material recomendado para carcasa

Material	RF loss	Costo	Dureza	Recomendación
Polietileno (PE)	<1 dB	€€€	Media	✓ Mejor RF
Polipropileno (PP)	<1 dB	€€€	Media	✓ Mejor RF
PMMA acrílico	<1 dB	€€€€	Alta	✓ Transparente
Poliestireno (PS)	<1 dB	€€	Baja	OK pero frágil
ABS	<1 dB	€€€	Alta	✓ Estándar
Nylon + 15% vidrio	~2 dB	€€	Muy alta	Poco RF pero robusto

Para Cloudlock: ABS opaco (estándar en IoT industrial) o PE transparente para pruebas.

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5. Checklist diagóstico Faraday

• Medir RSSI carcasa abierta vs cerrada
• Verificar que antenas están externas (si es posible)
• Revisar qué material es carcasa (Si “¿material metálico?” → sospecha)
• Medir distancia antena ↔ servo
• Verificar cableado antena, ¿próximo a componentes metálicos?
• Probar con carcasa abierta temporalmente para confirmar recuperación RF

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• Revisión esquema
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