Raspberry Pi Zero 2 W 외부 안테나(External Antenna) 장착하기

 

 안녕하세요

 

  Raspberry Pi Zero 2 W는 onboard antenna로 사용하고 있습니다. 그래서 박스 안에 넣거나 하면 수신감도가 확 떨어지는 것을 알 수 있습니다. 그래서 생각한 것이 외부로 안테나로 돌출시키면 수신도 되고 성능도 개선될 것이라고 생각하고 작업해보았습니다.

  유튜브나 참고사이트를 보면 배선 패턴을 잘라내고 작은 저항과 U.FL 커넥터를 붙이도록 되어 있는데 일반인이 하기는 쉽지도 않을뿐더러 돋보기, 플럭스(Flux) 등 구비하고 있어야 작업이 가능해 보였습니다. 그래서 포기할까 하다가 똑같이 하지는 않고 간단한 방법으로 조금 다르게 시도해보았습니다.

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1. 작업에 필요한 부품

  - 0.4mm 납(얇을수록 좋음), U.FL Connector(U.FL-R-SMT-1(40)), PCB ANTENNA - U.FL (2.4 GHZ)

  - 안테나는 가지고 있는 다른 것을 사용해도 됩니다. 아니면 U.FL를 SMA 타입으로 변환하는 케이블을 이용해서 조금 더 큰 안테나를 사용해도 됩니다.

2. 장착 및 배선 작업

  - 배선을 잘라 내는 것이 아니라 PCB 패턴 안테나로 가는 길에 있는 Capacitor를 제거하는 하는 것으로 처리하였습니다.

  - U.FL Connector 납땜은 그나마 쉽게 할 수 있습니다. 그러나 주의할 점은 U.FL 커넥터를 자세히 보면 중앙 부분이 금색으로 은색은 GND와 연결되어 있습니다. 그래서 금색으로 된 부분이 저항 쪽 즉, 안테나 신호 쪽으로 연결되도록 해서 납땜합니다.

U.FL Connector  뒷면

  - 저항(zero ohm resistor (0201 size 0.6mm x 0.3mm)) 연결하는 부분도 납으로 연결하였습니다. 저항도 가지고 있지 않을뿐더러 작은 저항이라 연결하는 것이 쉽지 않습니다.

3. 연결하기

  - PCB ANTENNA - U.FL (2.4 GHZ)와 HDMI와 USB 등 연결해서 작동하는지 테스트합니다.

4. 무선랜 신호세기 측정하기

  - 신호세기를 확인하기 위해서 빈 스크립트 파일 하나 만듭니다.

pi@raspberrypi:~ $ vim wlanSignal.sh

   - 무한 루프를 돌면서  iwconfig wlan0을 명령어를 실행했을 때 나오는 값에서 Link 부분의 값을 추출합니다.

   

#!/bin/sh

while true
do
	iwconfig wlan0 | grep Link | awk '{$1=$1;print}'
done

  - 스크립트를 실행시키면 수신 감도를 확인할 수 있습니다.

pi@raspberrypi:~ $ sh wlanSignal.sh

 

  - 안테나 방향과 거리에 따라서 dBm이 높아지는 것을 확인할 수 있습니다.

  

  - AP 안테나에 완전 가까이 놓으면 2 dBm까지 나옵니다. 그러나 이 수치는 완전 가까이 있을 때 나오는 값이라 무의미하고, 영상이나 데이터를 받을 수 있을 정도는 최소 -50 dBm 정도까지 나와주면 가능해 보였습니다.

 

   - 참고 사이트에 나온 방법으로 하지 않았지만, 테스트해본 결과 문제없이 송수신이 되었습니다. 그러나 안테나 방향에 따라서 수신감도 차이는 발생하였습니다. 그리고 OnBoard에 있는 PCB 안테나보다는 좀 더 높은 감도를 보여주기도 하였습니다. 외국분이 비교한 값을 보아도 알 수 있습니다.

5. 참고 내용

  - dBm을 와트 전력으로 변환해주는 사이트가 있어 링크를 걸어 두었습니다. 수신 감도가 만약 2 dBm이 라면 1.585 mW가 되는 것을 확인할 수 있습니다. 

 

https://www.digikey.kr/ko/resources/conversion-calculators/conversion-calculator-dbm-to-watts

 

  - 외부 안테나 만들 때 위와 같이 캐패시터 제거하지 않는 이유를 외국분이 적어 놓으셨는데, 제가 해석하기는 부족해서 원문을 그대로 가져왔습니다.

 

Why not leave the track and remove the component on the antenna? There have been several comments posted on various blogs which have asked why we didn’t just remove the first “resistor” on the antenna trace. The component is a capacitor which measures 6.5pF on an LCR meter and is part of the tuned PCB antenna.   Removing the capacitor would create an unmatched impedance to the RF driver which could cause problems with the signal integrity.   The small curved track which would be left on the PCB measures approx. 4.3mm which would be resonant at 17.4 GHz at quarter wave (7th harmonic), 34 GHz at half wave (14th harmonic) and 69.7 GHz at full wavelength (29th harmonic). Harmonics are calculated on WiFi 2.4 gigahertz frequency. <참고 링크 : https://www.briandorey.com/post/raspberry-pi-zero-2-w-external-antenna-mod>

 

 

감사합니다.

 

 

<참고 사이트>

1. Raspberry Pi Zero 2 W external antenna mod

https://www.briandorey.com/post/raspberry-pi-zero-2-w-external-antenna-mod

2. 라즈베리파이 무선랜 신호세기 측정 (measure raspberry pi wifi signal level)

https://bloodguy.tistory.com/entry/Linux-라즈베리파이-무선랜-신호세기-측정-measure-raspberry-pi-wifi-signal-level