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 10м, что вас совершенно не устраивает. Попытки программно увеличить мощность передаваемого сигнала помогают увеличить дальность работы до 20м, но хочется в разы больше.
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 20м до 100м.
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 2мм, 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.
И почему это может не работать
Воодушевленный результатами этого нехитрого эксперимента, я решил опробовать тот же метод на другом модуле с той же антенной, который показан на фото справа. К моему удивлению, он перестал работать совсем. А после возврата антенны в исходное положение заработал снова.
Судя по всему, компактные (укороченные) антенны способны давать ту же эффективность, что и классические (четвертьволновые) антенны, но в более узком диапазоне по частоте, поскольку они обладают большей добротностью. Именно за счет большей добротности они и способны излучать в эфир ту же мощность при меньших габаритах. Но в данном случае частота резонанса определяется емкостью между антенной и земляным полигоном. У первого модуля резонансная частота удачно совпала с нужным диапазоном 2.4ГГц, а у второго модуля после поворота антенны она ушла куда то очень далеко от него.
Почему же модуль перестал работать совсем? Я выставил ему максимальную мощность, а у него видимо есть детектор перегрузки выхода. Понизив мощность, мне удалось заставить его работать и с перепаянной чип антенной.
Универсальное решение
Убираем чип антенну совсем и припаиваем кусок одножильного провода длиной 30мм за вычетом длины печатного проводника, подходящего к контактной площадке, где была антенна.
Результат по дальности - те же 100м. Для компактности провод можно загнуть, как показано на фото, дальность работы от этого почти не страдает.
Эксперименты с антеннами были проведены в рамках проекта универсального BT адаптера
