題:
我可以製造對2.4GHz敏感的相機嗎?
Lenar Hoyt
2015-10-07 05:50:40 UTC
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我想將攝影機遮蓋起來,作為產生WiFi信號照片的藝術項目。現在的想法是建造一個125cm x 125cm x 125cm法拉第籠(使用精細的銅網),並在中心放一個中心孔(直徑12.5cm)和20 x 20盤形銅板作為傳感器。這會工作嗎?孔處的衍射會完全破壞圖像嗎?是否有其他可行的替代方法?謝謝。

即使假設實現是完美的,也要進行一些仿真以確保您會真正得到一些東西。您不想花一個星期或更長的時間,更不用說錢了,以發現沒有細節的模糊事物。例如,在可見光下,智能手機照片(iPhone 6)約為衍射光斑(4.8x3.6mm,2微米衍射光斑)的2400x1800倍。在您的情況下,您可能會得到20x20像素的圖像...您不會看到太多,您需要在源波中添加細節以檢測最終圖像中有意義的任何內容。
這裡也有類似的問題:http://photo.stackexchange.com/q/69587
請記住,雷達系統本質上是連接了閃光燈的無線電攝像機。該系統成本高昂,是大型卡車到辦公大樓的大小。如果您製作了一些很棒的東西,請務必告訴我們!
@OlafM您或其他人碰巧知道一個EM輻射模擬器,該模擬器可以用反射和吸收材料不同的方法解決3D場景的亥姆霍茲方程嗎?
五 答案:
alex.forencich
2015-10-07 06:57:40 UTC
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嗯,它有工作的潛力。您必須在內部襯有RF吸收材料,否則入射波將在整個位置反彈。

使用銅板檢測RF功率可能不是最佳方法。我建議為此使用實際的wifi天線,每個天線都連接到LNA和2.4 GHz帶通濾波器以及晶體或二極管檢測器。

要考慮的另一個(可能更好)的選擇是相控陣設置。這有點複雜,但是您不需要盒子或吸收RF的泡沫。在這種情況下,您將採用一組天線(例如4x4、8x8或16x16網格)並將它們連接到一組稱為Butler矩陣的設備。巴特勒矩陣是一種無源波束形成網絡。這些設備由混合耦合器和移相器組成,它們的排列方式是將陣列中不同的“光束”映射到單獨的端口。基本上,他們的想法是像透鏡一樣工作,只是在信號被天線捕穫後才進行聚焦。對於4x4的天線網格,每個管家矩陣都需要4個混合耦合器,您將需要8個矩陣-4個用於水平,四個在垂直。您很幸運能在2.4 GHz上工作-可以在該頻率下僅在電路板上的銅上構建合理大小的混合耦合器,從而有可能在單個PC板上構建完整的Butler矩陣,而無需任何組件從連接器。可以構建8端口或16端口管家矩陣(必須是2的冪),儘管矩陣越大,矩陣越複雜。然後,這些輸出將通過LNA,2.4 GHz帶通濾波器以及晶體或二極管檢測器。

用於8x8天線陣列的管家陣列互連的圖片:

Butler array

相控陣確實是唯一可行的方法。檢查一下RF雷達-幾乎所有雷達都具有這一原理。
當然。相控陣雷達實際上已經有點老了,當前大多數係統實際上是AESA陣列。AESA =有源電子掃描陣列。基本上是一個相控陣,但每個元件都有其自己的TX和RX放大器,並且相移是通過功能強大的FFT引擎在DSP中完成的。但是,總體原理是相同的,我認為基於標準FR4建立的男管家矩陣將是最簡單的解決方案。
謝謝。關於第一個想法,我還有兩個問題:RF吸收性泡沫能否代替銅網籠?孔的衍射效應有多嚴重?
還有關於巴特勒矩陣想法的問題:這讓我想起了波束形成的“逆向”,這有關係嗎?這樣的接收器的方向性會是什麼,側面的噪聲會干擾多少?
我建議同時使用兩者。網格物體將阻擋外部信號,而泡沫將阻止內部反射。不過,不確定衍射。而且,巴特勒矩陣是一種對多個接收器進行被動波束成形的方法。
Daniel
2015-10-07 06:14:13 UTC
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您可能會對 Greg Charvat使用LED無線電探測器和長時間曝光攝影演示的這種方法感到幸運。

這種晦澀的想法很有趣,但可以通過RF聽起來像那樣……有點瘋狂哈!如果您能夠考慮並控制所有可能發生的重新輻射和反射,那將是非常棒的。

但是,如果您能夠使其正常工作,那麼您肯定會在黑客活動中四處尋找博客!

2012rcampion
2015-10-09 02:00:57 UTC
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不幸的是,您將遇到衍射極限。我們知道(至少對於光學針孔),給定針孔半徑 s 的理想焦距是 s ^ 2 /λ,並且在此距離處,光點大小約為 0.6 s

從這些值中,我們可以確定對於給定分辨率為 n 且具有“正常”場的-視距(將 n 視為圖像的寬度或高度(以像素為單位)),所需的焦距約為 0.5 n ^ 2λ,並且針孔大小將是 1.3 nλ

對於2.4 GHz,波長約為12.5 cm。因此,如果您只需要一張16×16的圖像,就需要一台焦距為16米或52英尺的相機!


最終,您可能最終會發現,與光不同,我們可以輕鬆地讀取入射無線電波的相位。但是到那時,您正在設計天線,而不是相機!

tomnexus
2015-10-08 03:12:33 UTC
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通過一個小的波長大小的孔進行的衍射將僅填充其後面的區域。用於光的針孔透鏡具有相同的問題。如果將其放大,您的想法將可行,例如您使用了一個帶金屬屋頂的足球場,在屋頂上開了10 x 10 m的孔,並在場地上放置了傳感器。不切實際。

為什麼不考慮使用單像素相機?使用wifi碟形天線,在整個環境中進行機械掃描,並使用wifi卡記錄每移動幾度的信號強度。您可以將其繪製在場景的全景照片上,有點像覆蓋無線電和光學天文圖像的方式。

兩英尺的碟形天線在2.4 GHz時的波束寬度約為12度,因此它不會是非常清晰的圖像,但這是物理的基本限制,適用於任何其他簡單的相機設計。

JRE
2016-01-11 05:53:29 UTC
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我只想發布並提及@tomnexus提出的建議是可行的。

我剛剛完成了類似鑽機的首次測試。我的設置使用帶有LNB的碟形衛星天線,一個用於提高信號強度的衛星取景器,一個Arduino和一個PC上的小軟件。

Arduino可以控制幾個伺服器並讀取信號強度從尋像器PC告訴Arduino將碟子對準哪裡,然後將各個讀數組裝成位圖。

這是掃描儀: SatScanner

這是從我家向南看天空的視圖: South view

您可以在該圖片中看到三顆衛星。增益太高了,因此沒有任何細節。在普通照片中,您稱其為“曝光過度”。請注意,增益已經足夠高,以至於右下角的可見物體有些反射。

這是我車庫一半進一半的視圖。 Garage

很難將圖片中的內容與掃描儀的內容進行匹配。右側部分與光學視圖完全不同。那裡的柵欄前面有一排垃圾桶,但是衛星掃描視圖看起來很奇怪。我認為左側的垂直線是牆的邊緣,真正清晰的黑色垂直線是從柵欄的縫隙中出來的。

我將在幾天后發布一些關於如何改進尋星器部分的問題。我剛剛了解了通常用於驅動電錶的電壓。它可以工作(很明顯),但是它具有某種閾值,可以使較暗的區域變成黑色。不過,我必須先跟踪電路。

應該有可能使用定向天線(可能是品客可以天線嗎?),幾個伺服器和一個2.4GHz天線來構建類似的東西。一個帶有放大器的簡單二極管檢測器,用於檢測信號強度。

甚至有可能使用衛星探測器設置來探測2.4GHz。如果整個物體都具有足夠的增益並且您距離足夠近,則它可能會拾取足夠的帶外信號以進行檢測和測量。我也會嘗試一下-我這裡有WLAN,所以可能值得一看。


我正在將SF-95衛星探測器用作信號強度探測器的額定頻率為0.95GHz至2.4GHz,因此應該可以將WiFi天線直接連接到它。

幹得好!請發布並排光學相機的照片!坐取景器可能僅對信標頻率敏感,而熱噪聲功率覆蓋整個〜0-1 GHz頻段。您的系統可能會受益於更寬的帶寬檢測器,即使只有一個很小的放大器和一個RF二極管也可以覆蓋100 MHz。然後,您應該能夠以攝氏度或華氏度校準圖片。
另外,瞄準至少2D²/λ遠的場景,例如> 30 m,否則您將處於近場模式中,或者從光學角度講,碟子將無法對焦。


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