Construire une quincaillerie Cage de Faraday

La plupart des lecteurs de Hackaday connaissent sans aucun doute la cage de Faraday, du moins de nom, et presque tout le monde en possède une : si vous avez déjà regardé un sac de pop-corn tourner lentement à l'intérieur d'un micro-ondes, vous avez vu l'invention de Michael Faraday en 1836 dans action. Pourtant, bien qu'il s'agisse d'un appareil si connu, le pirate informatique moyen n'en a toujours pas dans son arsenal. Mais pourquoi?

Il se pourrait qu'il y ait une certaine mystique à propos des cages de Faraday, une hypothèse selon laquelle leur construction nécessite des techniques ou des matériaux en dehors du domaine du pirate domestique. S'il est vrai que la construction d'une cage de Faraday parfaite pour une fréquence donnée implique des mathématiques et une attention particulière aux détails, la création d'un modèle simple à usage général et d'expérimentation s'avère rapide et facile.

En tant qu'exercice de piratage minimaliste, j'ai récemment construit une cage de Faraday de base à partir de matériaux provenant de Home Depot, et j'ai pensé qu'il serait intéressant non seulement de décrire sa construction, mais aussi de donner quelques idées sur la façon dont on peut la mettre en pratique à la maison laboratoire. Bien qu'il ne s'agisse pas d'un spécimen parfait, cela fonctionne clairement et il n'a fallu rien qui ne puisse être acheté localement à peu près partout dans le monde.

Au niveau le plus élémentaire, une cage de Faraday est une enceinte constituée d'un matériau conducteur qui bloque les champs électromagnétiques. Par rapport à un bouclier de Faraday, la variante cage n'est pas un objet solide, mais plutôt un treillis métallique. Entre autres avantages, cela permet l'observation du sujet à l'intérieur de la cage. En termes simples : si vous souhaitez simplement protéger un appareil des interférences (ou l'empêcher de provoquer des interférences), il suffit de l'enfermer dans un boîtier métallique ; mais si vous voulez quelque chose que vous pouvez expérimenter, vous voudrez probablement une cage.

L'astuce consiste à s'assurer que les trous dans le matériau de la cage sont plus petits que la longueur d'onde que vous souhaitez bloquer. C'est le même principe qui vous permet d'utiliser du grillage à poule standard comme réflecteur RF tant que vous travaillez avec des fréquences relativement basses. Mais à mesure que votre fréquence cible augmente, la longueur d'onde devient suffisamment petite pour pouvoir se faufiler à travers le fil de poulet, vous devez donc utiliser quelque chose de plus serré. Mais à quel point est-il suffisamment petit ?

Pour commencer, nous devons trouver la longueur d'onde de la fréquence que nous voulons bloquer. Cela peut être trouvé en divisant la vitesse de l'onde en mètres par seconde par sa fréquence en hertz. Comme nous avons affaire à une onde radio, nous savons qu'elle se déplacera à la vitesse de la lumière, et pour la fréquence, disons que nous voulons bloquer 2,4 GHz. Ainsi, le calcul ressemblera à :

La règle d'or pour une cage de Faraday est que les ouvertures ne doivent pas dépasser 1/10e de la longueur d'onde, qui dans notre cas est de 12,5 mm (environ 1/2 pouce). Par chance, le "tissu matériel" en acier avec des mailles de 1/2″ et 1/4″ est largement disponible. Sur le papier, l'un ou l'autre devrait fonctionner, mais j'ai fini par utiliser le 1/4″ pour être sûr.

Avec le maillage en main, l'étape suivante consiste à construire une sorte de cadre pour celui-ci. Il se trouve que Home Depot a des caisses en bois dans sa section de stockage qui sont solides et relativement bon marché. Vous pouvez également construire un cadre à partir de morceaux de bois ou de tuyaux en PVC, ce qui peut finir par être moins cher si cela ne vous dérange pas de prendre le temps de le construire.

J'ai sorti quelques lattes d'un côté de la caisse pour qu'il soit plus facile de voir à l'intérieur, mais au-delà de cela, la construction consiste simplement à envelopper la caisse avec le tissu de quincaillerie. J'ai fait un long morceau qui commençait à l'avant et s'enroulait jusqu'à l'arrière, puis deux morceaux plus petits pour "coiffer" les côtés. En fin de compte, ce n'est pas tout à fait différent de l'emballage cadeau ; si l'emballage cadeau était en métal et avait une mauvaise tendance à vous couper, de toute façon.

Une chose à laquelle il faut prêter une attention particulière est l'endroit où les morceaux du maillage se chevauchent. Vous voulez maintenir une bonne connexion électrique et éviter tout espace, vous devez donc chevaucher les pièces d'au moins quelques pouces pour plus de sécurité. J'ai attaché le tissu de quincaillerie à la caisse avec une agrafeuse électrique, donc je me suis également assuré d'enfoncer quelques agrafes supplémentaires dans les zones où le maillage se chevauchait pour m'assurer qu'ils étaient bien maintenus ensemble.

À titre de test simple, j'ai installé mon téléphone sur le banc en exécutant la fonction d'intensité du signal de l'application "WiFi Analyzer" pour Android, avec un point d'accès situé à un étage au-dessus sélectionné comme cible. Dans les deux images ci-dessous, la seule chose qui a changé d'un cliché à l'autre est le placement de la cage de Faraday DIY sur le téléphone.

Comme vous pouvez le voir, le téléphone avait une puissance de signal d'environ -55 dBm à l'origine, et il est tombé à près de -80 dBm à l'intérieur de la cage. Les réseaux Wi-Fi plus faibles étaient rendus indétectables lorsque le téléphone était à l'intérieur de la cage, et il y avait un effet clairement néfaste sur la réception LTE du téléphone.

Je dois dire, avant que les commentateurs ci-dessous aient la chance de le faire pour moi, que ce n'est certes pas une très bonne cage de Faraday. D'une part, ce n'est pas entièrement fermé. Puisqu'il n'y a pas de fond, les signaux peuvent toujours entrer par le bas, ce qui réduit considérablement son efficacité. Le treillis d'acier n'est pas non plus un conducteur idéal et le cuivre fonctionnerait probablement mieux. Mais trouver une source locale de treillis de cuivre étroitement enroulé s'est avéré délicat.

Il y a aussi un débat sur la question de savoir si une cage de Faraday doit être mise à la terre ou non. Pour ce que ça vaut, lors de mes tests, il n'y a eu aucun changement observable dans les performances lorsque la cage a été mise à la terre. Bien qu'il soit possible qu'une cage de Faraday plus conventionnelle fonctionne différemment.

Cela dit, je pense toujours que cette conception bloque suffisamment les RF pour être utile. Il n'isolera jamais complètement l'appareil à l'intérieur des interférences électromagnétiques (ou vice versa), mais il atténue suffisamment les signaux pour être clairement observable. C'était l'étendue de mon ambition au départ, donc je suis content des résultats.

Imaginez que vous développez ou testez un appareil télécommandé et que vous souhaitez voir comment il se comporte lorsque la puissance du signal est faible. Jeter la cage dessus vous permettrait d'induire instantanément une baisse de la force du signal. Ou peut-être observez-vous les émissions RF d'un appareil, mais souhaitez-vous réduire le bruit de fond superflu. Mettre la pièce d'équipement sous test et votre matériel SDR à l'intérieur de la cage serait un moyen facile de l'étudier dans un environnement moins "bruyant".

Ce ne sont que deux possibilités. Cette démonstration montre qu'il n'y a vraiment aucune bonne raison de ne pas avoir à votre disposition un simple dispositif de blocage RF. C'est bon marché, ça marche et ça peut être votre prochain projet le week-end. Ce que vous en faites dépend de vous, assurez-vous simplement de nous envoyer un message lorsque vous le comprendrez. À quoi serviriez-vous/utiliseriez-vous une cage de Faraday ?