Lilygo ESP32 LoRa: análisis de los armónicos
EL PROBLEMA
Mi amigo Paco me comentó que había observado en un analizador de espectros que la cuando la placa Lilygo ESP32 LoRa 433 MHz transmitía en 144 MHZ generaba emisiones espureas.
En principio las emisiones en no deseadas pueden deberse a :
- Transmisor sin el blindaje adecuado puesto a tierra: esto provoca que por ejemplo se radien armónicos del oscilador local (Normalmente se genera una señal de frecuencia que posteriormente se multiplica para obtener la frecuencia buscada), o productos de intermodulación de los mezcladores (TOda mezcla provoca una señal resultante en f1+f2 y f1-f2, y sus correspondientes armónicos)
- Antena mal adaptada y sin choques de ferrita: esto provoca que el coaxial no se comporte como tal y la malla termine radiando
- Transmisor sin filtros para armónicos: lo que hace es que independientemente de las dos causas anteriores se emitan los armonicos de la frecuencia fundamental (2f, 3f, 4f, etc.)
Con un filtro paso banda determinamos que era la falta de filtros de la placa por su bajo coste y diseño sencillo, por lo que llegamos a la conclusión de que:
LA PLACA LILYGO ESP32 LoRa Y SIMILARES DEBEN MONTARSE SIEMPRE CON UN FILTRO PASO BANDA O PASO BAJOS PARA ELIMINAR LOS ARMÓNICOS EN LA TX
ANALISIS DE ESPECTROS DE LAS PLACAS Lilygo ESP32 LoRa
Sin embargo el tema merece de un análisis mas detallado con el analizador de espectros.
Se usa un TinySA por lo cual debe tenerse en cuenta la potencia de la placa y la máxima potencia que admite el analizador, con el fin de no quemarlo:
- La potencia máxima de la Lilygo ESP32 LoRa es de 20 dBm (100 mW) aunque se puede ajustar por programa
- La potencia máxima aconsejable con atenuación automática es de 0 dBm
- TinySA admite atenuación manual o automática de o a 31 dB en pasos de 1 dB
- La potencia máxima continua admisible de entrada de un TinySA es de +10dBm con0dB de atenuación y picos de hasta +20dBm with 30dB de atenuación interna.
- Las mejores medidas se obtienen con señales de entrada al TinySA de -25dBm
Los chips LoRa usados por Lilygo para sus placas de desarrollo son:
- SX1278 (Lilygo ESP32 LoRa 433MHz)
- SX1276 (Lilygo ESP32 LoRa 868,915,923 MHz)
- SX1280 (Lilygo ESP32 LoRa 2,4 GHz)
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| Como se ve en esta tabla de SemTech fabricante de la serie SX127x el SX1278 que monta Lilygo ESP32 433 puede trabajar en 144 (Con la aplicación de recepción TinyGS se ha probado en RX y con un programa en TXse ha visto que funciona generando muchos armónicos) y el SX1276 que monta Lilygo ESP32 866 puede trabajar en 466(Con la aplicación de recepción TinyGS se ha probado en RX y no funciona y con un programa en TX se ha visto que funciona generando muchos armónicos) |
Las características generales de las placas de desarrollo son:
- Antena: 2,0 dBi
- Potencia de TX: +20dBm
- Modulaciones: FSK, GFSK, MSK, GMSK, LoRa and OOK
- Sensibilidad de RX:
- -139dBm@LoRa y 62,5KHz&SF=12 y 146bps
- -136dBm@LoRa & 125KHz&SF=12&293bps
- -118dBm@LoRa & 125KHz&SF=6&9380bps
- -123dBm@FSK, 5KHz y 1,2Kbps
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| Espectro generado por la placa de desarrollo Lilygo ESP32 LoRa 866 trabajando en F=866 MHz con -28 dBm. |
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| Espectro generado por la placa de desarrollo Lilygo ESP32 LoRa 866 trabajando en F=432 MHz con -28 dBm. Obsérvense los armónicos en 2F=863MHz -43 dBm, 3F=1,3 GHZ -47dBm y 4F=1,8 GHz -57dBm |
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| Mejora del espectro generado por la placa de desarrollo Lilygo ESP32 LoRa 866 trabajando en F=432 MHz al incluir un filtro paso banda |
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| Espectro generado por la placa de desarrollo Lilygo ESP32 LoRa 433 trabajando en F=433MHz con -28 dBm. |
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| Espectro generado por la placa de desarrollo Lilygo ESP32 LoRa 433 trabajando en F=144 MHz con -38 dBm. Obsérvense los armónicos en 2F=288MHz -40 dBm, 3F=432MHZ -41dBm y 4F=576 MHz -47dBm |
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Filtro usado para elimininar los armonicos generados con 144 MHz
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