Czy istnieje przeglądarka RF jak kamera termowizyjna?

16

Więc wiem, że kamery termowizyjne są sprzedawane. Policja / ogień używają ich przez cały czas. Skierujesz małą, trzymaną w ręku czarną skrzynkę na krzak i zobaczysz, czy w tym miejscu żyje istota lub strefa spalania, i zobaczysz, gdzie są gorące punkty.

Czy istnieje urządzenie, które zrobi to samo dla sygnałów RF? VHF do 2,4 GHz Myślałem, że będzie to bardzo pomocne w lokalizowaniu szumów RF w wrażliwym otoczeniu.

Szef kuchni Flambe
źródło
1
To się nazywa radioteleskop.
Peter G.
2
Lub pasywny radar z fazowanym układem.
Chris Stratton

Odpowiedzi:

16

Uważam więc za bardzo interesujące, że wszystkie dotychczasowe odpowiedzi wydają się myśleć w kategoriach technologii radiowej sprzed 1900 roku. Aby produktywnie myśleć o przenośnych lub rozsądnych rozmiarach technikach obrazowania radiowego, musisz myśleć nieco inaczej.

Sposobem na otrzymywanie fal elektromagnetycznych jest wytworzenie materiału nieprzezroczystego i absorbującego długość fali. Następnie zaabsorbowane fale należy przekształcić w sygnał elektryczny, który należy zmierzyć. Jest na to kilka sposobów: na przykład w świetle widzialnym pojedyncze fotony mają w sobie więcej niż wystarczająco energii, aby wzbudzić elektrony w niektórych strukturach krystalograficznych. Wszystko, co musisz zrobić, to stworzyć względnie przewodzący materiał sypki, który jest nieprzezroczysty dla twojej określonej długości fali, a całe światło tej długości fali uderzające w materiał będzie miało (znaczącą) szansę na wygenerowanie elektronu.

Częstotliwości radiowe mają znacznie dłuższą długość fali i przez to mają znacznie, dużo niższą energię. Energia i długość fali są odwrotną zależnością proporcjonalną, tak jak powiedział Andy: 300 milionów razy mniej energii. Nie jest to prawie wystarczające, aby wzbudzić elektrony z pasma walencyjnego atomów, nawet gdybyś rzucił w niego wyjątkowo wysoką gęstością energii promieniowania. Absorbowanie tych fotonów nie stanowi problemu, sztuczka polega na tym, w jaki sposób przekształcasz fotony w sygnał elektryczny.

Nawiasem mówiąc, błędem jest, że potrzebujesz materiału, który jest fizycznie większy niż długość fali, aby go pochłonąć. Na przykład cząsteczki wody są wyjątkowo dobre w pochłanianiu fal radiowych, mimo że są o wiele rzędów wielkości mniejsze.

Najłatwiejszym i najbardziej intuicyjnym sposobem jest wzięcie anteny o długości dokładnie jednej długości fali. Antena ta będzie reagować wyłącznie na składnik magnetyczny fali elektromagnetycznej (obie o tej samej długości fali), a antena będzie reagować jak cewka indukcyjna o wysokiej impedancji, wytwarzając prąd z indukowanego pola magnetycznego. Antena ma dokładnie długość fali, jest rezonansowa i wytworzy największy możliwy sygnał z tych fotonów. To jest niezwykle podstawowa fizyka.

Nie musisz jednak cały czas patrzeć na fotony jako fale. Wciąż zachowują się jak cząstki i możesz je złapać, nawet jeśli masz znacznie, dużo mniejszą powierzchnię. Jednym ze sposobów na to jest stworzenie anteny, na której fale padające będą odbijać się kilka razy, skutecznie zwiększając długość ścieżki, aż osiągnie długość fali fotonu. W ten sposób nadal uzyskujesz takie same właściwości absorpcyjne i rezonansowe anteny magnetycznej, ale przy znacznie mniejszym rozmiarze fizycznym. Są to anteny, których używamy obecnie w telefonach komórkowych, potocznie zwane „antenami fraktalnymi” (kształt pochodzi od fraktali, aby zmaksymalizować długość ścieżki dla wszystkich kierunków padającego promieniowania).

Ale to wciąż nie jest najmniejszy, jaki można dostać do detektora. Możliwe jest aktywne dostrojenie bardzo małego kawałka materiału chłonnego i możliwe jest uczynienie go chłonnym w jednym określonym kierunku. W ten sposób do detektora zostaną wchłonięte tylko fotony pochodzące ze stosunkowo małego kąta bryłowego. Odbywa się to ponownie za pomocą rezonansu - obwód rezonansowy o częstotliwości zbliżonej do częstotliwości światła jest podłączony do przewodzącego nieprzejrzystego radiowo materiału, a gdy padnie promieniowanie, punkt rezonansowy przesunie się, wskazując na odbiór.

Wszystko to oznacza, że ​​nie jest konieczne, jak wielu myśli, posiadanie ogromnych czujników do „oglądania” fal radiowych. Jednak czujniki nigdy nie będą tak małe jak czujniki do przetwarzania światła widzialnego. Chociaż można „oszukiwać” normalne prawa optyczne i mieć mniejsze kąty widzenia przy mniejszej optyce niż można by oczekiwać od Airy, ilość energii w promieniowaniu poważnie ogranicza to, jak dobrze można obrazować długie długości fal. Potrzebujesz bardzo długich ekspozycji, zdecydowanie nie jest możliwe uzyskanie wielu klatek na sekundę. W tej chwili, z najlepszą dostępną technologią detektora, mówimy o godzinach lub dniach ekspozycji z detektorem wielkości stołu, nie mówiąc już o naprawdę przenośnym radiowym czujniku obrazowania. Być może materiały nadprzewodzące mogą to poprawić, ale nie znam badań w tej dziedzinie.

Aby odpowiedzieć na twoje aktualne pytanie: nie ma jeszcze komercyjnego urządzenia, które robi to, co chcesz. Istnieją jednak badania w tej dziedzinie i nie potrwa to długo, dopóki nie będziemy mieć takich urządzeń. Jednak nie zajmie to również długo, dopóki telefon komórkowy nie będzie w stanie wykonywać obrazowania RF, wraz z pojawieniem się układów fazowych i zasadniczo „obrazujących” anten w telefonach.

użytkownik36129
źródło
4
Wszystko, co powiedziałeś, jest prawdą. Ale żaden z nich nie dotyczy w szczególności kierunkowości , co stanowi największą przeszkodę.
Ignacio Vazquez-Abrams
1
@ IgnacioVazquez-Abrams: tak, to prawda. W pewnym momencie przestałem. Kierunkowość jest czymś, co można obecnie poprawić za pomocą pomiaru różnicy faz lub rezonansu anizotropowego, ale nawet jeśli możesz uzyskać lepszą rozdzielczość kątową w ten sposób niż apertura syntetyczna, wciąż patrzysz na wiele stopni kąta bryłowego na „piksel” . Nie mam odpowiedzi, jak poprawić ten wektor wrażliwości.
user36129
4

Jeśli miałeś worek piasku i rozłożyłeś go równomiernie na podłodze, możesz rysować w nim kształty palcem i tworzyć z niego skomplikowane zamki z piasku. To moja analogia do światła widzialnego. Analogią do VHF / UHF byłyby ziarna piasku wielkości stadionu piłkarskiego.

Kolor zielony (kolor) ma długość fali około 500 nanometrów - to połowa jednej tysięcznej milimetra.

1GHz ma długość fali około 300 mm - 600 000 razy większą.

Andy aka
źródło
Czy obrazowanie nie jest możliwe przy użyciu pasywnego dźwięku? Niekoniecznie jest podobny do aparatu, ale jest zrobiony.
Scott Seidman
@ScottSeidman: Nietoperze używają obrazowania sonarowego, co działa, ponieważ długość fali wynosi ~ 1 mm. Liczy się nie częstotliwość, ale długość fali.
MSalters
1
Zgadza się, to definicja przestrzeni oferowana przez małą długość fali. Zastanów się również nad tunelem drogowym - jeśli radio samochodowe jest dostrojone do pasma AM, po wejściu do tunelu muzyka znika, zastępując go hałasem i hałasem świecy zapłonowej. W VHF możesz zagłębić się w tunel, zanim muzyka zniknie. AM wynosi około 1 MHz, który ma długość fali 300 m, podczas gdy 100 MHz (VHF) ma długość fali 3 m. Nietoperze mogą „słyszeć” fale dźwiękowe 100 kHz, które mają długość fali około 4 mm.
Andy aka
3

Im dłuższa długość fali promieniowania, tym większy czujnik trzeba wykryć. Fale radiowe o długości fali rozpoczynającej się w milimetrach wymagają zdecydowanie zbyt dużego czujnika, aby wykryć w ten sam sposób.

Ignacio Vazquez-Abrams
źródło
1
Mówiąc dokładniej: dotyczy to czujników obrazowania , których potrzebujesz w kamerze. Mniejsze czujniki mogą wykrywać promieniowanie - wykrywanie pola 50 Hz linii wysokiego napięcia oczywiście nie wymaga czujnika o długości 6000 km - ale takie małe czujniki nie mogą utworzyć obrazu.
MSalters
1

Można to zrobić w domu za pomocą anteny kierunkowej na gimbalu i SDR.

Nie jest przenośny i nie jest szybki, ale możesz go zbudować samodzielnie, a ten konkretny projekt jest open source, więc możesz w zasadzie postępować zgodnie z instrukcjami i zacząć.

Budowanie kamery, która może zobaczyć Wifi | Część 3 SUKCES!

Grupa w TUM osiągnęła to również za pomocą holografii radiowej. Zobacz ich pokaz tutaj (ich artykuł jest dostępny online za darmo: Holography of Wifi Radiation 2016, P. Holl).

Holografia promieniowania wi-fi

To bardzo interesująca praca i znacznie szybsza niż pierwsze podejście.

Nate Gardner
źródło
1
Ich platforma jest niesamowicie wolna i generuje niesamowitą ilość danych - z których większość jest odrzucana. Głównym problemem jest ich metoda rejestrowania poziomów mocy. 8-bitowe próbkowanie, którego używają, oznacza, że ​​muszą używać dużo uśredniania, aby rozwiązać małe różnice. Robią to, zbierając kilka gigabajtów nieprzetworzonych danych i przetwarzając je. Byłoby o wiele bardziej efektywne w użyciu lepszy odbiornik i digitizer z większą liczbą bitów na próbkę.
JRE
... a użycie tej spiralnej anteny jest całkowicie szalone. Najwyraźniej autorzy nie mają najmniejszego pojęcia na temat projektu anteny lub teorii. Aby precyzyjnie zlokalizować źródła radiowe, potrzebujesz anteny parabolicznej lub krosowej o bardzo wąskiej szerokości wiązki. (Anteny spiralne są używane do promieniowania kołowo spolaryzowanego, które nie jest używane do Wi-Fi.)
not2qubit
To prawda, ale nawet przy ich nieoptymalnym projekcie uzyskane dane były wyraźnym obrazem oświetlenia Wi-Fi, który ilustrował lokalizację punktów zapalnych i powierzchni odbijających światło. Jestem pewien, że bardziej wyrafinowane podejście może przynieść jeszcze szybsze, bardziej szczegółowe i mniej hałaśliwe wyniki.
Nate Gardner
-1

Wyobraziłem to sobie jako posiadanie wystarczającej liczby analizatorów widma dla każdego piksela. Powiedzmy, że chcesz rozdzielczości 1080p, użyłbyś około 1 miliona analizatorów widma dla każdego piksela. Należałoby mieć 1 milion anten. To prawda, że ​​byłoby to monstrualne, ale działałoby w teorii.

John Hooper
źródło