金物店を建てる ファラデー・ケージ

ハッカデイ読者のほとんどは、少なくとも名前だけはファラデー ケージに精通していることは間違いなく、ほぼ全員がファラデー ケージを所有しています。電子レンジ内でポップコーンの袋がゆっくりと回転するのを立って見ていた人なら、マイケル ファラデーの 1836 年の発明を目にしたことがあるはずです。アクション。 しかし、これほどよく知られたデバイスであるにもかかわらず、平均的なハッカーはまだそれを保有していません。 しかし、なぜ？

ファラデーケージにはある種の神秘性があり、その構築には家庭用ハッカーの領域を超えた技術や材料が必要であるという思い込みがあるのか​​もしれません。 特定の周波数に対して完璧なファラデーケージを構築するには、数学と細部への細心の注意が必要であるのは事実ですが、汎用用途や実験用に単純なモデルを組み立てるのは手早く簡単であることがわかります。

ミニマリストのハッキングの練習として、私は最近、ホームセンターから調達した材料で基本的なファラデーケージを作りました。その構造を説明するだけでなく、それを家庭でどのように実用化できるかについていくつかのアイデアを提供することは興味深いだろうと思いました。研究室これは完璧な標本とは言えませんが、明らかに機能しており、世界のほぼどこでも地元で調達できないものは何も使用していません。

最も基本的なレベルでは、ファラデーケージは電磁場を遮断する導電性材料で作られた筐体です。 ファラデー シールドと比較すると、ケージのバリアントは固体ではなく、むしろ金属メッシュです。 他の利点の中でも特に、これによりケージ内の被験者の観察が可能になります。 簡単に言うと、単にデバイスを干渉から保護したい (またはデバイスが干渉を引き起こすのを防ぎたい) 場合は、デバイスを金属製の箱に入れるだけで十分です。 しかし、実験できるものが必要な場合は、おそらくケージが必要になるでしょう。

重要なのは、ケージの材料の穴がブロックしたい波長よりも小さいことを確認することです。 比較的低い周波数を扱う場合に限り、標準的な金網を RF 反射板として使用できるのと同じ原理です。 ただし、ターゲットの周波数が増加すると、波長が小さくなり、金網をすり抜けてしまう可能性があるため、より密閉性の高いものを使用する必要があります。 しかし、どれくらい小さいと十分なのでしょうか？

まず、ブロックしたい周波数の波長を見つける必要があります。 これは、波の速度 (メートル/秒) を周波数 (ヘルツ) で割ることで求められます。 電波を扱っているので、それが光の速度で伝わることがわかっており、周波数については 2.4GHz をブロックしたいとします。 したがって、計算は次のようになります。

ファラデーケージの経験則では、開口部は波長の 1/10 以下であるべきです。この場合、波長は 12.5 mm (約 1/2 インチ) です。 幸運にも、メッシュ サイズが 1/2 インチと 1/4 インチのスチール製の「ハードウェア クロス」が広く入手可能です。 理論上はどちらでも機能するはずですが、安全を考えて最終的には 1/4 インチを選択しました。

メッシュを入手したら、次のステップはそのメッシュ用のフレームを構築することです。 偶然ですが、Home Depot の保管セクションには丈夫で比較的安価な木箱があります。 木片や塩ビパイプでフレームを作ることもできますが、時間をかけて作るのであれば、最終的には安くなる可能性があります。

中が見やすくなるように木枠の片側から数枚のスラットを外しましたが、それ以降の構造は木枠を金物布で包むだけです。 私は前から始めて後ろまで巻き込む長い作品を 1 つ作り、次に側面を「覆う」小さな作品を 2 つ作りました。 結局のところ、これはギフト包装とまったく異なるわけではありません。 いずれにしても、ギフト包装が金属製で、あなたを傷つける可能性がある場合。

細心の注意を払う必要があるのは、メッシュの部分が重なる場所です。 良好な電気接続を維持し、隙間ができないようにする必要があるため、安全のために少なくとも数インチ部分を重ねる必要があります。 電動ホッチキスを使って金物布を木箱に取り付けたので、メッシュが重なっている部分にさらに数本のホッチキスを打ち込んで、しっかりと固定されていることを確認しました。

簡単なテストとして、Android 用の「WiFi Analyzer」アプリケーションの信号強度機能を実行するベンチに携帯電話を設置し、1 つ上のフロアにあるアクセス ポイントをターゲットとして選択しました。 下の 2 つの写真では、ショットごとに変わったのは、DIY ファラデー ケージを電話機の上に置いたことだけです。

ご覧のとおり、電話機の信号強度は元々約 -55dBm でしたが、ケージ内では -80dBm 近くまで低下しました。 携帯電話がケージ内にある場合、弱い Wi-Fi ネットワークは検出できなくなり、携帯電話の LTE 受信に明らかに悪影響がありました。

以下のコメント投稿者が私にそれを行う機会を得る前に、これは明らかにあまり優れたファラデーケージではないことを言っておかなければなりません。 まず、完全に密閉されていないことが挙げられます。 底部がないため、信号は依然として下から入力される可能性があり、その効果は大幅に低下します。 スチールメッシュも理想的な導体ではないため、銅の方が適切に機能すると考えられます。 しかし、しっかりと巻かれた銅メッシュの地元の供給源を見つけるのは難しいことが判明しました。

ファラデーケージを接地する必要があるかどうかについても議論があります。 当然のことですが、私のテストでは、ケージを接地してもパフォーマンスに目に見える変化はありませんでした。 ただし、より従来型のファラデーケージでは動作が異なる可能性があります。

そうは言っても、私はこの設計が RF を十分にブロックして役に立つと感じています。 内部のデバイスを電磁干渉から完全に隔離することはできません (またはその逆) が、はっきりと観察できる程度に信号を大幅に減衰させます。 もともと私の野心はそこまでだったので、結果には満足しています。

遠隔制御デバイスを開発またはテストしていて、信号強度が弱いときにデバイスがどのように動作するかを確認したいと想像してください。 ケージをその上に投げると、信号強度が瞬時に低下する可能性があります。 あるいは、デバイスの RF エミッションを観察していて、余分なバックグラウンド ノイズを削減したいと考えている場合もあります。 テスト対象のギアと SDR ハードウェアをケージ内に置くと、「ノイズの少ない」環境でテストする簡単な方法になります。

これらは 2 つの可能性にすぎません。 このデモンストレーションは、自由に使えるシンプルな RF ブロッキング デバイスを持たない正当な理由がないことを示しています。 安くて効果があり、次の週末のプロジェクトになるかもしれません。 それをどうするかはあなた次第ですが、わかったら必ず連絡してください。 ファラデーケージを何に使いますか?