Esiste un visualizzatore RF come una termocamera?


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Quindi so che le termocamere sono vendute. La polizia / il fuoco li usano sempre. Indichi la tua piccola scatola nera tenuta in mano a un cespuglio e puoi vedere se c'è una creatura che vive lì o in una zona di combustione e vedere dove sono i punti caldi.

Esiste un dispositivo che farà lo stesso per i segnali RF? VHF fino a 2,4 GHz Stavo pensando che sarebbe stato di grande aiuto nel localizzare il rumore RF in un ambiente sensibile.


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Si chiama radiotelescopio.
Peter G.

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O un radar a matrice passiva passivo.
Chris Stratton,

Risposte:


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Quindi trovo molto interessante il fatto che tutte le risposte finora sembrano pensare in termini di tecnologia radio pre-1900. Per pensare in modo produttivo a tecniche di imaging radio portatili o di dimensioni ragionevoli, devi pensare in modo leggermente diverso.

Il modo di ricevere le onde elettromagnetiche è produrre un materiale che sia opaco e assorbente alla lunghezza d'onda. Quindi, le onde assorbite dovrebbero essere convertite in un segnale elettrico da misurare. Esistono diversi modi per farlo: ad esempio con la luce visibile, i singoli fotoni hanno più di energia sufficiente per eccitare gli elettroni in alcune strutture cristallografiche. Quindi tutto ciò che devi fare è creare un materiale sfuso relativamente conduttivo che sia opaco per la tua specifica lunghezza d'onda e tutta la luce di quella lunghezza d'onda che colpisce il materiale avrà una (significativa) possibilità di generare un elettrone.

Le frequenze radio hanno una lunghezza d'onda molto più lunga e per estensione hanno un'energia molto, molto più bassa. L'energia e la lunghezza d'onda sono una relazione proporzionale inversa, così come ha detto Andy: 300 milioni di volte meno energia. Questo non è abbastanza per eccitare gli elettroni dalla banda di atomi di valenza, anche se si lanciassero densità di energia radiativa estremamente elevate. L'assorbimento di quei fotoni non è un problema, il trucco sta nel come convertire i fotoni in un segnale elettrico.

A proposito, è un errore che hai bisogno di un materiale che sia fisicamente più grande della lunghezza d'onda per assorbirlo. Ad esempio, le molecole d'acqua sono estremamente brave ad assorbire le onde radio, anche se sono di molti ordini di grandezza più piccole.

Il modo più semplice e intuitivo è quello di prendere un'antenna lunga esattamente una lunghezza d'onda. Questa antenna reagirà esclusivamente alla componente magnetica dell'onda elettromagnetica (entrambe le quali hanno la stessa lunghezza d'onda) e l'antenna reagirà come un induttore ad alta impedenza, creando una corrente dal campo magnetico che viene indotta. L'antenna ha esattamente la lunghezza d'onda, è risonante e creerà il segnale più grande possibile da questi fotoni. Questa è una fisica estremamente basilare.

Tuttavia, non è necessario guardare i fotoni come onde in ogni momento. Si comportano ancora come particelle e tu puoi "catturarne" uno anche se hai una superficie molto, molto più piccola. Un modo per farlo è quello di creare un'antenna sulla quale le onde incidente rimbalzeranno circa un paio di volte, aumentando efficacemente la lunghezza del percorso fino a raggiungere la lunghezza d'onda del fotone. In questo modo si ottengono ancora le stesse proprietà magnetiche di assorbimento e risonanza dell'antenna, ma con dimensioni fisiche molto inferiori. Queste sono le antenne che utilizziamo oggi nei telefoni cellulari, colloquialmente note come "antenne frattali" (la forma è derivata dai frattali per massimizzare la lunghezza del percorso per tutte le direzioni di radiazione incidente).

Ma questo non è ancora il più piccolo che puoi ottenere un rilevatore. È possibile regolare attivamente un pezzo molto piccolo di materiale assorbente ed è possibile renderlo assorbente in una direzione specifica. In questo modo solo i fotoni che emanano da un angolo solido relativamente piccolo verranno assorbiti nel rivelatore. Questo viene fatto di nuovo con la risonanza: un circuito risonante alla frequenza della luce è collegato a un materiale radio-opaco conduttivo e quando si verificano radiazioni, il punto di risonanza si sposterà, indicando la ricezione.

Tutto ciò significa che non è necessario, come molte persone penseranno, disporre di enormi sensori per "visualizzare" le onde radio. Tuttavia, i sensori non saranno mai così piccoli come i sensori di imaging a luce visibile. Anche se puoi "ingannare" le normali leggi dell'ottica e avere angoli di visione più piccoli con un'ottica più piccola di quanto ti aspetteresti da Airy, la quantità di energia nella radiazione limita fortemente la capacità di immaginare lunghe lunghezze d'onda. Avresti bisogno di esposizioni a lungo termine, non è assolutamente possibile ottenere più fotogrammi al secondo. Allo stato attuale, con la migliore tecnologia di rivelazione di cui stiamo parlando stiamo parlando di ore o giorni di esposizione con un rivelatore delle dimensioni di un tavolo, per non parlare di un sensore di imaging radio davvero portatile. Forse i materiali superconduttori possono migliorare questo, ma non conosco alcuna ricerca in questo settore.

Per tornare alla tua vera domanda: non esiste ancora un dispositivo commerciale che fa ciò che desideri. Esistono ricerche in questo settore, e non passerà molto tempo prima che avremo tali dispositivi. Tuttavia, non passerà molto tempo prima che il tuo cellulare sia in grado di eseguire l'imaging RF, con l'avvento di array graduali e essenzialmente antenne di "imaging" nei telefoni.


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Tutto ciò che hai detto è vero. Ma nessuno di questi riguarda in particolare la direzionalità , che è il maggiore ostacolo.
Ignacio Vazquez-Abrams,

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@ IgnacioVazquez-Abrams: sì, è vero. Mi sono quasi fermato a quel punto. La direzionalità è qualcosa che al giorno d'oggi può essere migliorata con la misurazione della differenza di fase o la risonanza anisotropica, ma anche se puoi ottenere una migliore risoluzione angolare in un modo che un'apertura sintetica ti darebbe, stai ancora osservando più gradi di angolo solido per 'pixel' . Non ho una risposta su come migliorare quel vettore di sensibilità.
user36129

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Se avevi una borsa di sabbia e la stendi uniformemente sul pavimento, puoi tracciarne delle forme con il dito e ricavarne castelli di sabbia intricati. Questa è la mia analogia della luce visibile. L'analogia per VHF / UHF sarebbe granelli di sabbia delle dimensioni di uno stadio di calcio.

Il verde (il colore) ha una lunghezza d'onda di circa 500 nano metri, ovvero la metà di un millesimo di millimetro.

1 GHz ha una lunghezza d'onda di circa 300 mm - 600.000 volte più grande.


L'imaging non è realizzabile con l'audio passivo? Non è necessariamente simile a una fotocamera, ma è fatto.
Scott Seidman,

@ScottSeidman: i pipistrelli usano l'imaging sonar, che funziona perché la lunghezza d'onda è ~ 1 mm. Non è la frequenza che conta, ma la lunghezza d'onda.
Salterio

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Corretto, è la definizione dello spazio che offre una piccola lunghezza d'onda. Considera anche un tunnel stradale: se l'autoradio è sintonizzata sulla banda AM, nel momento in cui entri nel tunnel la musica scompare per essere sostituita dal rumore e dal rumore della candela. Al VHF, puoi ottenere molto di più nel tunnel prima che la musica scompaia. AM è di circa 1MHz che ha una lunghezza d'onda di 300m mentre 100MHz (VHF) ha una lunghezza d'onda di 3m. I pipistrelli possono "sentire" onde sonore a 100 kHz e queste hanno una lunghezza d'onda di circa 4 mm.
Andy aka

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Più lunga è la lunghezza d'onda della radiazione, più grande è un sensore necessario per rilevarla. Le onde radio, con una lunghezza d'onda che inizia nei millimetri, richiedono un sensore troppo grande per essere rilevato allo stesso modo.


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Per essere precisi: questo vale per i sensori di imaging , che è ciò di cui hai bisogno in una fotocamera. Sensori più piccoli possono rilevare la radiazione - il rilevamento del campo a 50 Hz delle linee ad alta tensione ovviamente non richiede un sensore grande di 6000 km - ma sensori così piccoli non possono formare un'immagine.
Salterio

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Questo può essere fatto a casa usando un'antenna direzionale su un gimbal e un DSP.

Non è portatile e non veloce, ma puoi costruirlo tu stesso e questo particolare progetto è open source, quindi puoi praticamente seguire le istruzioni e iniziare.

Costruire una fotocamera in grado di vedere Wifi | Parte 3 SUCCESSO!

Un gruppo della TUM ha anche raggiunto questo obiettivo usando la radio olografia. Guarda la loro presentazione qui (il loro documento è disponibile online gratuitamente: Holography of Wifi Radiation 2016, P. Holl).

Olografia della radiazione Wi-Fi

È un lavoro molto interessante e molto più veloce del primo approccio.


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Il loro impianto è follemente lento e genera una quantità folle di dati, la maggior parte dei quali viene scartata. Il problema principale è il loro metodo di acquisizione dei livelli di potenza. Il campionamento a 8 bit che usano significa che devono usare molta media per risolvere piccole variazioni. Lo fanno raccogliendo diversi gigabyte di dati non elaborati e post-elaborazione. Sarebbe molto più efficiente usare un ricevitore migliore e un digitalizzatore con più bit per campione.
JRE,

... e l'uso di quell'antenna elicoidale è completamente folle. Chiaramente gli autori non hanno la più pallida idea sulla progettazione o la teoria dell'antenna. Per individuare le sorgenti radio è necessaria un'antenna parabolica o patch con una larghezza del fascio molto stretta. (Le antenne elicoidali vengono utilizzate per radiazioni polarizzate circolarmente, che non viene utilizzato per il Wifi.)
not2qubit

È vero, ma anche con il loro design non ottimale i dati risultanti erano un'immagine chiara dell'illuminazione wifi che illustrava le posizioni degli hotspot e delle superfici riflettenti. Sono sicuro che un approccio più sofisticato potrebbe produrre risultati ancora più veloci, più dettagliati e meno rumorosi.
Nate Gardner,

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Il modo in cui l'ho immaginato è di avere abbastanza analizzatori di spettro per ciascun pixel. Supponiamo che tu voglia una risoluzione di 1080p, utilizzeresti circa 1 milione di analizzatori di spettro per ogni pixel. Di quanto dovresti avere 1 milione di antenne. Concesso, questo sarebbe di dimensioni mostruose ma avrebbe funzionato in teoria.

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