Có một trình xem RF như một máy ảnh nhiệt?


16

Vì vậy, tôi biết máy ảnh nhiệt được bán. Cảnh sát / Lửa sử dụng chúng mọi lúc. Bạn chỉ bàn tay nhỏ bé cầm hộp đen của mình vào một bụi cây và bạn có thể thấy nếu có một sinh vật sống trong đó hoặc tại khu vực bị bỏng và xem các điểm nóng ở đâu.

Có một thiết bị sẽ làm tương tự cho các tín hiệu RF? VHF lên đến 2,4 GHz Tôi đã nghĩ rằng nó sẽ là một trợ giúp tuyệt vời trong việc định vị nhiễu RF trong một môi trường nhạy cảm.


1
Nó được gọi là kính viễn vọng vô tuyến.
Peter G.

2
Hoặc một radar mảng pha thụ động.
Chris Stratton

Câu trả lời:


16

Vì vậy, tôi thấy rất thú vị khi tất cả các câu trả lời cho đến bây giờ dường như nghĩ về công nghệ vô tuyến trước những năm 1900. Để suy nghĩ một cách hiệu quả về các kỹ thuật hình ảnh vô tuyến di động hoặc có kích thước hợp lý, bạn phải nghĩ khác đi một chút.

Cách để nhận sóng điện từ là tạo ra một vật liệu mờ đục và hấp thụ theo bước sóng. Sau đó, các sóng hấp thụ nên được chuyển đổi thành tín hiệu điện cần đo. Có khá nhiều cách để làm điều này: ví dụ với ánh sáng khả kiến, các photon đơn lẻ có quá nhiều năng lượng trong chúng để kích thích các electron trong các cấu trúc tinh thể nhất định. Vì vậy, tất cả những gì bạn cần làm là tạo ra một vật liệu khối tương đối dẫn điện mờ với bước sóng cụ thể của bạn và tất cả ánh sáng của bước sóng đó chiếu vào vật liệu sẽ có cơ hội (đáng kể) tạo ra một điện tử.

Tần số vô tuyến là bước sóng dài hơn nhiều và bởi phần mở rộng có năng lượng thấp hơn nhiều. Năng lượng và bước sóng là một mối quan hệ tỷ lệ nghịch, như Andy đã nói: năng lượng ít hơn 300 triệu lần. Điều này gần như không đủ để kích thích các electron ra khỏi dải hóa trị của các nguyên tử, ngay cả khi bạn sẽ ném mật độ năng lượng bức xạ cực cao vào nó. Hấp thụ các photon đó không có vấn đề gì, mẹo ở đây là cách bạn chuyển đổi các photon thành tín hiệu điện.

Nhân tiện, đó là một sai lầm mà bạn cần một vật liệu lớn hơn vật lý so với bước sóng để hấp thụ nó. Chẳng hạn, các phân tử nước cực kỳ tốt trong việc hấp thụ sóng vô tuyến, mặc dù chúng có nhiều bậc nhỏ hơn.

Cách dễ nhất và trực quan nhất là lấy một ăng ten dài chính xác một bước sóng. Ăng-ten này sẽ phản ứng hoàn toàn với thành phần từ tính của sóng điện từ (cả hai đều có cùng bước sóng) và ăng-ten sẽ phản ứng như một cuộn cảm có trở kháng cao, tạo ra dòng điện từ trường cảm ứng. Ăng-ten có chính xác bước sóng, nó cộng hưởng và sẽ tạo ra tín hiệu lớn nhất có thể từ các photon này. Đây là vật lý cực kỳ cơ bản.

Tuy nhiên, bạn không cần phải xem các photon như sóng mọi lúc. Chúng vẫn hoạt động giống như các hạt và bạn có thể 'bắt' ngay cả khi bạn có bề mặt nhỏ hơn nhiều. Một cách để làm điều này là tạo ra một ăng-ten mà trên đó các sóng tới sẽ dội lại xung quanh một vài lần, làm tăng hiệu quả độ dài đường truyền cho đến khi nó đạt được bước sóng của photon. Bằng cách này, bạn vẫn có được tính chất hấp thụ và cộng hưởng từ của ăng ten, nhưng với kích thước vật lý nhỏ hơn nhiều. Đây là những ăng-ten chúng ta sử dụng trong điện thoại di động ngày nay, được gọi chung là 'ăng-ten fractal' (hình dạng có nguồn gốc từ các mảnh nhỏ để tối đa hóa chiều dài đường truyền cho tất cả các hướng của bức xạ sự cố).

Nhưng đây vẫn không phải là nhỏ nhất bạn có thể nhận được một máy dò. Có thể chủ động điều chỉnh một mảnh vật liệu hấp thụ rất nhỏ, và có thể làm cho nó hấp thụ theo một hướng cụ thể. Theo cách đó, chỉ các photon phát ra từ một góc rắn tương đối nhỏ sẽ được hấp thụ vào máy dò. Điều này được thực hiện với cộng hưởng một lần nữa - một mạch cộng hưởng với tần số của ánh sáng được kết nối với vật liệu mờ vô tuyến dẫn điện, và khi bức xạ là sự cố, điểm cộng hưởng sẽ dịch chuyển, biểu thị sự tiếp nhận.

Tất cả điều này có nghĩa là không cần thiết, như nhiều người sẽ nghĩ, để có các cảm biến hài hước để 'xem' sóng vô tuyến. Tuy nhiên, cảm biến sẽ không bao giờ nhỏ gần bằng cảm biến hình ảnh ánh sáng nhìn thấy được. Mặc dù bạn có thể 'gian lận' các định luật quang thông thường và có góc nhìn nhỏ hơn với quang học nhỏ hơn bạn mong đợi từ Airy, lượng năng lượng trong bức xạ hạn chế nghiêm trọng mức độ bạn có thể chụp ảnh bước sóng dài. Bạn sẽ cần phơi sáng cực kỳ lâu dài, chắc chắn không thể có được nhiều khung hình mỗi giây. Hiện tại, với công nghệ máy dò tốt nhất, chúng ta đang nói về việc tiếp xúc nhiều giờ hoặc vài ngày với máy dò kích thước của một cái bàn, chứ đừng nói đến một cảm biến hình ảnh radio thực sự di động. Có thể các vật liệu siêu dẫn có thể cải thiện điều này, nhưng tôi biết không có nghiên cứu nào trong lĩnh vực này.

Để trả lời bạn câu hỏi thực tế: chưa có thiết bị thương mại nào thực hiện những gì bạn muốn. Có nghiên cứu trong lĩnh vực này, và sẽ không lâu nữa cho đến khi chúng ta sẽ có những thiết bị như vậy. Tuy nhiên, cũng sẽ không lâu nữa cho đến khi điện thoại di động của bạn có thể thực hiện hình ảnh RF, với sự xuất hiện của các mảng pha và ăng ten "hình ảnh" trong điện thoại.


4
Tất cả những gì bạn nói là sự thật. Nhưng không ai trong số đó đặc biệt bao gồm tính định hướng , đó là rào cản lớn nhất.
Ignacio Vazquez-Abrams

1
@ IgnacioVazquez-Abrams: vâng, đó là sự thật. Tôi loại dừng lại ở điểm đó. Định hướng là một thứ mà ngày nay có thể được cải thiện bằng phép đo độ lệch pha hoặc cộng hưởng dị hướng, nhưng mặc dù bạn có thể có độ phân giải góc tốt hơn theo cách đó so với khẩu độ tổng hợp sẽ mang lại cho bạn, bạn vẫn đang nhìn ở nhiều mức độ góc trên mỗi 'pixel' . Tôi không có câu trả lời về cách cải thiện độ nhạy cảm đó.
dùng36129

4

Nếu bạn có một túi cát và trải đều trên sàn nhà, bạn có thể vẽ hình dạng trong đó bằng ngón tay và tạo ra những lâu đài cát phức tạp từ nó. Đó là sự tương tự của tôi về ánh sáng khả kiến. Sự tương tự cho VHF / UHF sẽ là những hạt cát có kích thước bằng một sân vận động bóng đá.

Màu xanh lá cây (màu) có bước sóng khoảng 500 nano mét - đó là một nửa của một phần nghìn milimét.

1GHz có bước sóng khoảng 300mm - lớn hơn 600.000 lần.


Không thể chụp ảnh có thể đạt được với âm thanh thụ động? Nó không nhất thiết phải giống như máy ảnh, nhưng nó đã được thực hiện.
Scott Seidman

@ScottSeidman: Dơi sử dụng hình ảnh sonar, hoạt động vì bước sóng là ~ 1 mm. Đó không phải là tần số quan trọng, mà là bước sóng.
MSalters

1
Đúng, đó là định nghĩa không gian mà bước sóng nhỏ đưa ra. Cũng xem xét một đường hầm - nếu đài phát thanh trên xe của bạn được điều chỉnh theo băng tần AM, lần thứ hai bạn vào đường hầm, âm nhạc sẽ biến mất để được thay thế bằng tiếng ồn và tiếng ồn của bugi. Tại VHF, bạn có thể tiến xa hơn vào đường hầm trước khi âm nhạc biến mất. AM có kích thước khoảng 1 MHz có bước sóng 300m trong khi 100 MHz (VHF) có bước sóng là 3 m. Dơi có thể "nghe" được sóng âm thanh 100kHz và chúng có bước sóng khoảng 4mm.
Andy aka

3

Bước sóng của bức xạ càng dài, cảm biến bạn cần để phát hiện nó càng lớn. Sóng vô tuyến, với bước sóng bắt đầu bằng milimet, đòi hỏi một cảm biến quá lớn để phát hiện theo cách tương tự.


1
Nói chính xác: điều này áp dụng cho các cảm biến hình ảnh , đó là những gì bạn cần trong một máy ảnh. Các cảm biến nhỏ hơn có thể phát hiện ra bức xạ - phát hiện trường điện áp cao 50 Hz rõ ràng không cần cảm biến lớn 6000 km - nhưng các cảm biến nhỏ như vậy không thể tạo thành hình ảnh.
MSalters

1

Điều này có thể được thực hiện tại nhà bằng cách sử dụng ăng-ten định hướng trên gimbal và SDR.

Nó không di động và không nhanh, nhưng bạn có thể tự xây dựng nó và dự án cụ thể này là nguồn mở, vì vậy về cơ bản bạn có thể làm theo hướng dẫn và bắt đầu.

Xây dựng một camera có thể nhìn thấy Wifi | Phần 3 THÀNH CÔNG!

Một nhóm tại TUM cũng đã đạt được điều này bằng cách sử dụng hình ba chiều trên radio. Xem trình chiếu của họ ở đây (giấy của họ có sẵn trực tuyến miễn phí: Holography of Wifi Radiation 2016, P. Holl).

Hình ba chiều của bức xạ Wi-fi

Đó là công việc rất thú vị và nhanh hơn nhiều so với cách tiếp cận đầu tiên.


1
Giàn khoan của họ cực kỳ chậm và tạo ra một lượng dữ liệu điên rồ - hầu hết trong số đó bị loại bỏ. Vấn đề chính là phương pháp của họ để nắm bắt các mức năng lượng. Lấy mẫu 8 bit họ sử dụng có nghĩa là họ phải sử dụng nhiều trung bình để giải quyết các biến thể nhỏ. Họ làm điều đó bằng cách thu thập một vài gigabyte dữ liệu thô và xử lý bài. Nó muốn được xa hiệu quả hơn để sử dụng một máy thu tốt hơn và một số hóa với nhiều bit cho mỗi mẫu.
JRE

... Và việc sử dụng ăng-ten xoắn ốc đó là hoàn toàn điên rồ. Rõ ràng các tác giả không có ý tưởng mờ nhạt nhất về thiết kế hoặc lý thuyết ăng-ten. Để xác định chính xác các nguồn vô tuyến, bạn cần một ăng-ten parabol hoặc vá với độ rộng chùm rất hẹp. (Anten xoắn ốc được sử dụng cho bức xạ phân cực tròn, không được sử dụng cho Wifi.)
not2qubit

Đó là sự thật, nhưng ngay cả với thiết kế tối ưu của họ, dữ liệu thu được là một hình ảnh rõ ràng về chiếu sáng wifi minh họa vị trí của các điểm nóng và bề mặt phản chiếu. Tôi chắc rằng một cách tiếp cận tinh vi hơn có thể tạo ra kết quả thậm chí nhanh hơn, chi tiết hơn và ít ồn hơn.
Nate Gardner

-1

Cách tôi hình dung điều này là có đủ các máy phân tích phổ cho mỗi pixel. Giả sử bạn muốn độ phân giải 1080p, Bạn sẽ sử dụng khoảng 1 triệu máy phân tích phổ cho mỗi pixel. Hơn bạn sẽ cần phải có 1 triệu ăng ten. Cấp điều này sẽ là kích thước khổng lồ nhưng sẽ hoạt động trên lý thuyết.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.