zigbee 모듈 CC2531, 외부 안테나 설치

Home Assistant(HA) 서버로 사용하고 있는 라즈베리파이에 Zigbee Hub 기능을 사용하기 위해서 "CC2531"이라는 유명한 zigbee 모듈을 사용하고 있습니다. 생긴 건 허접하지만 USB에 꽂기만 하면 HA를 zigbee hub로 만들어주는 강력한 성능과 함께 저렴한 가격 때문에 인기가 많아서 많은 분들이 사용하고 있는 걸로 알고 있습니다.

Home Assistant에 Zigbee 장치 연결하기(CC2531)

하지만 전파 수신감도가 떨어진다는 단점이 있습니다. 원래 Zigbee 통신 주파수가 BT/WiFi에 간섭을 받아서 CC2531처럼 USB에 바짝 붙어있는 형태가 특히 더 취약하다고 합니다. 그래서 연장 케이블을 이용해서 모듈을 본체에서 멀찍이 떨어뜨려서 사용하기도 하는데요.

좀 더 근본적인 해결을 해보자는 생각에 인터넷을 좀 뒤져보았고 역시나 안테나가 내장된 CC2531 모듈에 외부 안테나를 설치하는 DIY자료를 적지 않게 찾을 수 있었습니다.

먼저 필요한 부품은 안테나와 안테나를 연결해 줄 수 있는 커넥터입니다. 안테나는 USB 타입의 Wifi 동글에 달려있던 게 있어서 집에 있던 재고를 활용했고 커넥터는 RP-SMA 타입으로 알리에서 1.4$에 구매를 하였습니다.

커넥터는 PCB 모서리 부분에 설치할 때 용의 하도록 핀 배치가 보통의 PCB 두께에 맞추어서 설계되어 있는 걸로 골랐습니다.

 

이제 본격적으로 작업에 들어갑니다.

CC2531에 칼을 대야 하는 작업이며 잘못하면 모듈을 날려버릴 수 있어서 혹 잘못되면 새로 사지 뭐 하는 배짱을 가지고 시작하는 게 좋을 것 같습니다. 근데 아기 다루듯 조심조심하면 크게 어려운 건 없습니다.

먼저 CC2531 모듈에서 내장 안테나 패턴이 있는 부분의 일부 코팅을 벗겨 주어야 합니다. 위 사진 좌우가 손대기 전과 후 사진입니다. 구리색의 패턴이 드러난 부분은 납땜을 해줄 부분이고, 칼로 심하게 긁혀서 하얗게 된 부분은 구리 패턴까지 완전히 제거한 부분입니다. 안테나의 양 극성을 각각 안테나에 연결하기 위해서 페턴 2곳을 잘라서 단선을 시켜주었고 GND를 확실히 연결해 주기 위해서 왼쪽 끝부분 안테나 페턴은 모듈 기판의 GND와 한 번 더 연결해 주는 거라고 하네요. 아래 사진이 작업이 완료된 모습입니다.

안테나는 열결 하면 이런 모습이 됩니다.

 

그럼 수신감도가 얼마나 개선되었는지 작업 전과 후 결과를 비교해 보겠습니다.

먼저 작업 전입니다. 온습도 센서 중 하나를 CC2531 모듈 바로 앞에 두었을 때 신호 강도입니다. 바로 코앞에 있는데도 불구하고 110대가 최댓값입니다. 안방에 있는 센서는 77이라고 하네요. 그런데 이마저도 방하나 건너가면 신호가 끊어지기 일수입니다. ㅡ.,ㅡ

그런데 이랬던 녀석이 안테나 하나 달았더니 방 하나 정도 이내 거리에서는 기본적으로 170 찍어주고 있습니다. 

그런데 Link quality라고 하는 이 값은 0~255까지 범위에서 표현이 되며 값이 클수록 신호가 좋은 걸로 알고 있습니다. 하지만 수치상으로 개선이 되긴 했지만 기대했던 것보다는 좀 못 미치는 결과라 아쉽습니다. 그리고 이 수치도 변화가 심했습니다.

아무튼 200 이상의 수치를 기대했는데 아마도 제가 가진 센서 자체의 절대적인 신호 강도가 약할 수도 있고 그 외에도 여러 가지 원인이 있을 수 있어서 수치상으로 외부 안테나를 추가한 효과를 설명드리기에는 어려움이 있을 것 같습니다. 대신 벽 2개를 넘어서는 거리에서는 거의 90% 확률로 연결이 끊어지던 센서였는데 집안 어느 위치에서든지 신호는 약할지언정 연결은 유지되는 모습을 보여주었습니다. 개인적으로는 나쁘지 않은 투자였던 것 같습니다.

 

끝!