Чи є радіочастотний переглядач, як термокамера?


16

Тож я знаю, що термокамери продаються. Поліція / пожежа їх використовують постійно. Ви вказуєте свою маленьку ручну чорну коробку на кущ, і ви можете побачити, чи живе там істота, яка знаходиться там, чи в зоні опіку, і бачите, де є гарячі місця.

Чи є пристрій, який буде робити те ж саме для радіочастотних сигналів? УКХ до 2,4 ГГц. Я думав, що це буде чудовою допомогою для розміщення радіочастотного шуму у чутливих умовах.


1
Його називають радіотелескопом.
Петро Г.

2
Або пасивний РЛС з фазованою решіткою.
Кріс Страттон

Відповіді:


16

Тож мені здається дуже цікавим, що всі відповіді дотепер здаються думками щодо радіотехніки до 1900-х років. Для продуктивного продумування переносних або досить розмірних методів радіовізуалізації вам доведеться подумати трохи інакше.

Спосіб отримання електромагнітних хвиль - це отримання матеріалу, непрозорого і поглинаючого на довжину хвилі. Потім поглинені хвилі повинні бути перетворені в електричний сигнал для вимірювання. Для цього існує досить багато способів: наприклад, при видимому світлі одиничні фотони мають у них більш ніж достатньо енергії для збудження електронів у певних кристалографічних структурах. Тому все, що вам потрібно зробити, - це зробити відносно провідний об'ємний матеріал, непрозорий для вашої конкретної довжини хвилі, і все світло тієї довжини хвилі, що потрапляє на матеріал, матиме (значний) шанс генерувати електрон.

Радіочастоти мають набагато більшу довжину хвилі і за розширенням мають багато, значно меншу енергію. Енергія та довжина хвилі - це зворотна пропорційна залежність, так, як сказав Енді: в 300 мільйонів разів менше енергії. Цього недостатньо для того, щоб збуджувати електрони з валентної смуги атомів, навіть якщо ви кинете на нього надзвичайно високі щільності випромінювальної енергії. Поглинання цих фотонів не є проблемою, фокус полягає в тому, як перетворити фотони в електричний сигнал.

До речі, помилковим є те, що для поглинання потрібен матеріал, який фізично більший за довжину хвилі. Наприклад, молекули води надзвичайно добре поглинають радіохвилі, хоча вони на порядок менші.

Найпростіший та інтуїтивно зрозумілий спосіб - взяти антену довжиною рівно однієї хвилі. Ця антена буде реагувати суто на магнітну складову електромагнітної хвилі (обидві мають однакову довжину хвилі), а антена буде реагувати як індуктор високого опору, створюючи струм з індукованого магнітного поля. Антена, що має саме довжину хвилі, вона резонансна і створить з цих фотонів максимально можливий сигнал. Це надзвичайно основна фізика.

Однак вам не потрібно весь час дивитися на фотони як на хвилі. Вони все ще поводяться як частинки, і ви здатні «зловити» одну, навіть якщо у вас набагато менша поверхня. Один із способів зробити це - створити антену, на якій падаючі хвилі будуть підстрибувати в декілька разів, ефективно збільшуючи довжину шляху, поки не буде приблизно довжина хвилі фотона. Таким чином ви все одно отримуєте однакові поглинаючі та резонансні магнітні властивості антени, але зі значно меншими фізичними розмірами. Це антени, якими ми користуємося сьогодні в мобільних телефонах, в народі відомі як "фрактальні антени" (форма отримана від фракталів, щоб максимально збільшити довжину шляху для всіх напрямків падаючого випромінювання).

Але це все-таки не найменше, де можна отримати детектор. Можна активно настроїти дуже маленький шматок поглинаючого матеріалу, а можна зробити його абсорбуючим в одному конкретному напрямку. Таким чином в детектор будуть поглинатися лише фотони, що виходять із відносно невеликого твердого кута. Це робиться за допомогою резонансу знову - резонансний контур приблизно з частотою світла підключається до електропровідного радіопрозорого матеріалу, а при падінні випромінювання резонансна точка зміститься, що свідчить про прийом.

Це все означає, що не потрібно, як думають багато людей, мати гумонні датчики для «перегляду» радіохвиль. Однак датчики ніколи не будуть майже такими ж маленькими, як датчики видимого світла. Незважаючи на те, що ви можете «обдурити» звичайні оптичні закони і мати менші кути огляду з меншою оптикою, ніж ви могли б очікувати від Ері, кількість енергії у випромінюванні суттєво обмежує те, наскільки добре ви можете зобразити довгі хвилі. Вам знадобиться надзвичайно довгострокова експозиція, однозначно неможливо отримати кілька кадрів в секунду. Як зараз, з найкращою технологією детекторів ми говоримо про години чи дні експозиції з детектором розміром із таблиці, не кажучи вже про справжній портативний датчик радіовізуалізації. Можливо, надпровідні матеріали можуть покращити це, але я не знаю жодних досліджень у цій галузі.

Щоб повернутись до Вашого актуального питання: поки немає комерційного пристрою, який би робив те, що Ви хочете. Хоча в цій галузі проводяться дослідження, і ми не матимемо багато часу, поки у нас не буде таких пристроїв. Однак це також не задовго буде, поки ваш мобільний телефон не зможе робити RF-зображення, з появою поетапних масивів і по суті "антенних" антен у телефонах.


4
Все, що ви сказали, є правдою. Але жодне з них не охоплює спрямованість , яка є найбільшою перешкодою.
Ігнасіо Васкес-Абрамс

1
@ IgnacioVazquez-Abrams: так, це правда. Я наче зупинився на цьому місці. Спрямованість - це те, що сьогодні можна покращити або за допомогою вимірювання різниці фаз, або за анізотропним резонансом, але, хоча ви зможете отримати кращу кутову роздільну здатність таким чином, ніж дасть вам синтетична діафрагма, ви все ще дивитесь на кілька градусів суцільного кута на 'піксель' . У мене немає відповіді, як покращити цей вектор чутливості.
користувач36129

4

Якщо у вас був мішок з піском і рівномірно його розклали по підлозі, ви можете намалювати в ньому фігури пальцем і зробити з нього складні замки з піску. Це моя аналогія видимого світла. Аналогією УКХ / УВЧ були б зерна піску розміром з футбольний стадіон.

Зелений (колір) має довжину хвилі близько 500 нанометрів - це половина однієї тисячної частини міліметра.

1 ГГц має довжину хвилі приблизно 300 мм - в 600 000 разів більше.


Неможливо досягти зображень за допомогою пасивного звуку? Це не обов'язково як камери, але це робиться.
Скотт Сейдман

@ScottSeidman: Кажани використовують сонари, що працює, оскільки довжина хвилі становить ~ 1 мм. Важлива не частота, а довжина хвилі.
MSalters

1
Правильно, саме визначення простору пропонує невелика довжина хвилі. Розглянемо також дорожній тунель - якщо ваше автомобільне радіо налаштоване на діапазон AM, то вдруге, коли ви входите в тунель, музика зникає, замінюючись шумом та шумом свічки запалювання. На УКХ ви можете зайти набагато далі в тунель, перш ніж музика зникне. AM - близько 1 МГц, довжина хвилі 300 м, тоді як 100 МГц (УКВ) має довжину хвилі 3 м. Кажани можуть "чути" звукові хвилі частотою 100 кГц, і вони мають довжину хвилі близько 4 мм.
Енді ака

3

Чим довша довжина хвилі випромінювання, тим більший датчик потрібно для його виявлення. Радіохвилі, довжина хвилі яких починається в міліметрах, вимагають занадто великого датчика, щоб виявити таким же чином.


1
Якщо бути точним: це стосується датчиків зображення , що саме вам потрібно в камері. Менші датчики можуть виявити випромінювання - для виявлення поля 50 Гц високовольтних ліній очевидно не потрібен датчик великістю 6000 км - але такі маленькі датчики не можуть сформувати зображення.
MSalters

1

Це можна зробити в домашніх умовах, використовуючи спрямовану антену на каркасі та SDR.

Це не портативно і не швидко, але ви можете створити його самостійно, і цей конкретний проект є відкритим кодом, тому ви можете в основному слідувати інструкціям і розпочати роботу.

Побудова камери, яка може бачити Wifi | Частина 3 Успіху!

Група в TUM також досягла цього за допомогою радіолографії. Дивіться їх слайд-шоу тут (їхня робота доступна в Інтернеті безкоштовно: Голографія Wifi Radiation 2016, P. Holl).

Голографія випромінювання Wi-Fi

Це дуже цікава робота і набагато швидше, ніж перший підхід.


1
Їх таке обладнання є шалено повільним і генерує шалений обсяг даних - більшість з яких викидається. Основна проблема полягає в їх методі захоплення рівнів потужності. 8-бітове відбір проб, який вони використовують, означає, що їм потрібно використовувати багато усереднення для вирішення невеликих варіацій. Вони роблять це шляхом збору декількох гігабайт необроблених даних і після обробки. Було б набагато ефективніше використовувати кращий приймач і цифровий перетворювач з великою кількістю біт на вибірку.
JRE

... і використання цієї гвинтової антени абсолютно божевільне. Очевидно, що автори не мають найменшого уявлення про дизайн або теорію антен. Для точного визначення джерел радіо потрібна параболічна або патч-антена з дуже вузькою шириною променя. (Гвинтові антени використовуються для
кругополяризованого

Це правда, але навіть при їх неоптимальному дизайні отримані дані були чітким зображенням освітлення Wi-Fi, що ілюструвало розташування точкових точок та відбивних поверхонь. Я впевнений, що більш досконалий підхід може дати ще швидші, детальніші та менш галасливі результати.
Нейт Гарднер

-1

Я так зобразив це, щоб було достатньо аналізаторів спектру для кожного пікселя. Скажімо, ви хочете роздільну здатність 1080p, ви б використали близько 1 мільйона аналізаторів спектру для кожного пікселя. Чим вам потрібно мати 1 мільйон антен. Зрозуміло, що це було б жахливо за розмірами, але працювало б теоретично.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.