Construyendo una jaula de Faraday en una ferretería

La mayoría de los lectores de Hackaday sin duda están familiarizados con la jaula de Faraday, al menos de nombre, y casi todo el mundo tiene una: si alguna vez has visto una bolsa de palomitas de maíz girar lentamente dentro de un microondas, habrás visto el invento de Michael Faraday de 1836 en acción. Sin embargo, a pesar de ser un dispositivo tan conocido, el hacker promedio todavía no tiene uno en su arsenal. ¿Pero por qué?

Podría ser que haya cierta mística en las jaulas de Faraday, la suposición de que su construcción requiere técnicas o materiales fuera del ámbito del hacker doméstico. Si bien es cierto que construir una jaula de Faraday perfecta para una frecuencia determinada implica matemáticas y una cuidadosa atención a los detalles, armar un modelo simple para uso general y experimentación resulta ser rápido y fácil.

Como ejercicio de piratería minimalista, recientemente construí una jaula de Faraday básica con materiales de Home Depot, y pensé que sería interesante no solo describir su construcción, sino también dar algunas ideas sobre cómo se puede poner en práctica en el hogar. laboratorio. Si bien no es un espécimen perfecto, claramente funciona, y no tomó nada que no se pueda obtener localmente en casi cualquier parte del mundo.

En el nivel más básico, una jaula de Faraday es un recinto hecho de un material conductor que bloquea los campos electromagnéticos. En comparación con un escudo de Faraday, la variante de jaula no es un objeto sólido, sino una malla metálica. Entre otras ventajas, esto permite la observación del sujeto dentro de la jaula. En pocas palabras: si simplemente desea proteger un dispositivo de interferencias (o evitar que cause interferencias), entonces es suficiente encerrarlo en una caja de metal; pero si quieres algo con lo que puedas experimentar, probablemente querrás una jaula.

El truco consiste en asegurarse de que los agujeros en el material de la jaula sean más pequeños que la longitud de onda que desea bloquear. Es el mismo principio que le permite usar alambre gallinero estándar como reflector de RF siempre que trabaje con frecuencias relativamente bajas. Pero a medida que su frecuencia objetivo aumenta, la longitud de onda se vuelve lo suficientemente pequeña como para colarse a través de la malla gallinera, por lo que necesita usar algo más ajustado. Pero, ¿qué tan pequeño es lo suficientemente pequeño?

Para comenzar, necesitamos encontrar la longitud de onda para la frecuencia que queremos bloquear. Esto se puede encontrar dividiendo la velocidad de la onda en metros por segundo por su frecuencia en hercios. Como estamos tratando con una onda de radio, sabemos que viajará a la velocidad de la luz y, para la frecuencia, digamos que queremos bloquear 2,4 GHz. Entonces las matemáticas se verán así:

La regla general para una jaula de Faraday es que las aberturas no deben ser más grandes que 1/10 de la longitud de onda, que en nuestro caso es de 12,5 mm (aproximadamente 1/2 pulgada). Por suerte, la "tela de hardware" de acero con tamaños de malla de 1/2″ y 1/4″ está ampliamente disponible. En el papel, cualquiera de los dos debería funcionar, pero terminé yendo con el 1/4 ″ para estar seguro.

Con la malla en la mano, el siguiente paso es construir algún tipo de marco para ella. Da la casualidad de que Home Depot tiene cajas de madera en su sección de almacenamiento que son fuertes y relativamente baratas. También puedes construir un marco con piezas de madera o tubería de PVC, lo que puede terminar siendo más económico si no te importa tomarte el tiempo para construirlo.

Saqué un par de listones de un lado de la caja para que fuera más fácil ver el interior, pero más allá de eso, la construcción simplemente consiste en envolver la caja con la tela metálica. Hice una pieza larga que comenzaba en el frente y envolvía todo el camino hasta la parte posterior, y luego dos piezas más pequeñas para "tapar" los lados. Al final, no es del todo diferente al envoltorio de regalo; si el papel de regalo era de metal y tenía una desagradable tendencia a cortarte, de todos modos.

Una cosa a la que se debe prestar mucha atención es dónde se superponen las piezas de la malla. Desea mantener una buena conexión eléctrica y evitar espacios, por lo que debe superponer las piezas al menos un par de pulgadas para estar seguro. Adjunté la tela metálica a la caja con una grapadora eléctrica, así que también me aseguré de pasar algunas grapas adicionales a través de las áreas donde la malla se superponía para asegurar que se mantuvieran bien unidas.

Como una prueba simple, configuré mi teléfono en el banco ejecutando la función de intensidad de la señal de la aplicación "WiFi Analyzer" para Android, con un punto de acceso que está un piso arriba seleccionado como objetivo. En las dos imágenes a continuación, lo único que ha cambiado de una toma a otra es colocar la jaula de Faraday de bricolaje sobre el teléfono.

Como puede ver, el teléfono tenía una intensidad de señal de aproximadamente -55dBm originalmente, y se redujo a casi -80dBm cuando estaba dentro de la jaula. Las redes Wi-Fi más débiles se volvieron indetectables cuando el teléfono estaba dentro de la jaula, y hubo un efecto claramente perjudicial en la recepción LTE del teléfono.

Debo decir, antes de que los comentaristas a continuación tengan la oportunidad de hacerlo por mí, que esta ciertamente no es una muy buena jaula de Faraday. Por un lado, no está completamente cerrado. Como no hay fondo, las señales aún pueden ingresar desde abajo, lo que reduce en gran medida su efectividad. La malla de acero tampoco es un conductor ideal, y el cobre probablemente funcionaría mejor. Pero encontrar una fuente local de malla de cobre bien enrollada resultó complicado.

También existe cierto debate sobre si una jaula de Faraday debe estar conectada a tierra o no. Por lo que vale, durante mis pruebas no hubo cambios observables en el rendimiento cuando la jaula estaba conectada a tierra. Aunque es posible que una jaula de Faraday más convencional funcione de manera diferente.

Habiendo dicho eso, todavía siento que este diseño bloquea la RF lo suficiente como para ser útil. Nunca aislará por completo el dispositivo interno de la interferencia electromagnética (o viceversa), pero atenúa las señales lo suficiente como para ser claramente observables. Para empezar, ese era el alcance de mi ambición, así que estoy contento con los resultados.

Imagine que está desarrollando o probando un dispositivo controlado de forma remota y quiere ver cómo se comporta cuando la intensidad de la señal es baja. Lanzar la jaula sobre ella le permitiría inducir una caída en la intensidad de la señal instantáneamente. O tal vez esté observando las emisiones de RF de un dispositivo, pero desee reducir el ruido de fondo superfluo. Poner la pieza de equipo bajo prueba y su hardware SDR dentro de la jaula sería una manera fácil de estudiarlo en un entorno menos "ruidoso".

Esas son solo dos posibilidades. Esta demostración muestra que realmente no hay una buena razón para no tener a su disposición un simple dispositivo de bloqueo de RF. Es barato, funciona y puede ser tu próximo proyecto de fin de semana. Lo que haga con él depende de usted, solo asegúrese de enviarnos una línea cuando lo descubra. ¿Para qué usarías una jaula de Faraday?