Как Apple добивается полностью алюминиевого корпуса с радиочастотой на MacBook Pro?

Довольно хороший вопрос по физике, который каждый должен задать себе, когда думает о количестве беспроводных интерфейсов в современных iPhone и Mac.

Быстрый ответ

Apple тестирует различные детали, материалы и положения антенн с помощью математических моделей, чтобы вычислить полученный внешний сигнал и получить самый сильный и всенаправленный сигнал.

Физическая реальность

Первое, что нужно знать в этой области, мы говорим здесь не об электростатическом, а об электромагнетизме и, кроме того, об электромагнитной волне в микроволновом спектре (300 МГц - 300 ГГц).

Рассмотрим закрытый металлический ящик, соединенный с землей. Если вы приложите к этому ящику электростатическое поле без изменений, то электроны в металле этого ящика будут двигаться, пока не достигнут одной из граней металла и пока общее электростатическое поле не станет полностью равным нулю. Тогда электростатическое поле внутри этого металлического ящика также будет равно 0 в течение 1 пс (10⁻¹²с) для металла толщиной 0,2 мм. То же самое будет и с переменным электростатическим полем, но только если это поле меняется, оставаясь в том же направлении. Так обстоит дело с ударом молнии: электроны внутри смогут следовать за сильным изменением интенсивности этого электродинамического поля, чтобы нейтрализовать его внутри ящика. Этот ящик называется клеткой Фарадея ( клетка Фарадея в Википедии), как почти все учились в школе задолго до изучения электромагнетизма.

Клетка Фарадея блокирует электростатические поля.

Но в области электромагнетизма дела обстоят совершенно иначе. У электронов не будет достаточно времени, чтобы перейти от одной поверхности металла к другой, за время, необходимое электромагнитному полю, чтобы изменить направление: 0,2 пс на частоте 5 ГГц (напоминание: период = 1/частота). А в металле электроны начнут колебаться с той же частотой, что и внешнее электромагнитное поле. Они не будут достаточно быстрыми, чтобы следовать за музыкой, и больше не будут компенсировать внешним электромагнитным полем путем уравновешивания. Они создадут собственное электромагнитное поле, слегка сдвинутое по фазе с внешним (точно так же, как электроны в антенне). Два электромагнитных поля будут складываться и создавать электромагнитное поле внутри металлической коробки.

Клетка Фарадея не блокирует электромагнитные волны

Распространенным заблуждением является то, что клетка Фарадея обеспечивает полную блокировку или затухание электромагнитных волн, это не соответствует действительности. Следует говорить о прозрачности различных металлов или сплавов для электромагнитных волн (точнее, об их «спектре поглощения»). Большинство металлов полностью черные для медленных частот и прозрачные для высоких (посмотрите на фото своего ПМБ, когда проходите рентгенконтроль в аэропорту 😎). С другой стороны, бетон с утюгами, регулярно расположенными через каждые 25 см или 50 см, полностью непрозрачен для электромагнитных волн на частоте около 2,4 ГГц.

Вот хороший эксперимент, чтобы проверить эту физическую реальность.

Найдите маленькую коробочку из простой стали, например, старую коробку из-под сахара. Соедините его с землей электрическим кабелем (идеально подойдет любой заземляющий штырь на настенной электрической розетке). Поместите свой мобильный телефон в коробку, закройте коробку. Тогда позвони своему узнику клетки Фарадея. Если вы находитесь в обычной зоне приема, ваш мобильный телефон зазвонит, и вы услышите (клетка Фарадея также не блокирует звуки).

Apple ловко размещает антенну Wi-Fi рядом с вентиляционным отверстием, чтобы, казалось бы, «обойти законы физики» и решить проблему клетки Фарадея .

Глядя на нижнюю часть MacBook Pro (15 дюймов, 2017 г.), вы можете увидеть вентиляционное отверстие, которое занимает около 80% ширины машины.

Антенны Wi-Fi располагаются по обеим сторонам MacBook в непосредственной близости от вентиляционного отверстия. Таким образом, хотя кажется, что антенна WiFi скрыта за полностью алюминиевым корпусом, на самом деле она находится под открытым небом, поэтому она принимает сигналы WiFi в режиме закрытой раскладушки.

Apple, похоже, не хочет публиковать такую ​​информацию, и мы должны прибегнуть к фотографиям и видео, опубликованным техниками и ремонтниками, чтобы найти какие-либо полезные подсказки. Это такое видео. Речь идет о старом Macbook, но я полагаю, что антенны на современных Macbook находятся в том же месте. На видео хорошо видно расположение антенны: за пластиковой рамкой в ​​нижней части дисплея — там, где вы видите название «MacBook Pro» (по крайней мере, на моем).

Когда вы закрываете крышку и осматриваете корпус, это единственное место, которое имеет смысл. Как вы уже поняли, случай представляет ограниченные возможности для выхода радиочастотных сигналов. На самом деле, единственная возможность (при условии, что материал корпуса действительно алюминий) — это слот сзади; та самая щель, через которую отводится тепло от корпуса. Пластиковая рамка будет обращена к верхней части этого слота, когда крышка закрыта.

Я думаю, что корпус MacBook и его упаковка в целом — это чудеса современного дизайна и производства. Apple хороша, но даже их радиочастотные сигналы должны подчиняться законам физики, открытым Майклом Фарадеем почти 200 лет назад.

Интересная ветка. У меня есть MacBook Air 2016 года, и я уверен, что Apple будет использовать поликарбонат для шарнира и клавиш, а не пластик. Поликарбонат может быть материалом, устойчивым к радиоизлучению.