Existe um visualizador de RF como uma câmera térmica?


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Então eu sei que câmeras térmicas são vendidas. Polícia / Bombeiros os usam o tempo todo. Você aponta sua caixinha preta de mão para um arbusto e pode ver se há uma criatura morando lá ou em uma zona de queimadura e ver onde estão os pontos quentes.

Existe um dispositivo que faça o mesmo com os sinais de RF? VHF de até 2,4 GHz Eu estava pensando que seria uma grande ajuda para localizar o ruído de RF em um ambiente sensível.


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Chama-se radiotelescópio.
Peter G.

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Ou um radar de matriz faseada passiva.
Chris Stratton

Respostas:


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Por isso, acho muito interessante que todas as respostas até agora pareçam pensar em termos de tecnologia de rádio pré-1900. Para pensar de maneira produtiva sobre técnicas de imagem por rádio portáteis ou de tamanho razoável, é necessário pensar um pouco diferente.

A maneira de receber ondas eletromagnéticas é produzir um material que é opaco e absorvente ao comprimento de onda. Em seguida, as ondas absorvidas devem ser convertidas em um sinal elétrico a ser medido. Existem várias maneiras de fazer isso: por exemplo, com luz visível, fótons únicos possuem energia mais que suficiente para excitar elétrons em certas estruturas cristalográficas. Portanto, tudo que você precisa fazer é criar um material a granel relativamente condutor, opaco ao seu comprimento de onda específico, e toda a luz desse comprimento de onda atingindo o material terá uma chance (significativa) de gerar um elétron.

As frequências de rádio têm um comprimento de onda muito maior e, por extensão, têm uma energia muito, muito menor. A energia e o comprimento de onda são uma relação proporcional inversa, como Andy disse: 300 milhões de vezes menos energia. Isso não é suficiente para excitar os elétrons da faixa de átomos de valência, mesmo que você atinja densidades de energia radiativa extremamente altas. Absorver esses fótons não é problema, o truque está em como você os converte em um sinal elétrico.

A propósito, é uma falácia que você precise de um material fisicamente maior que o comprimento de onda para absorvê-lo. Por exemplo, as moléculas de água são extremamente boas para absorver as ondas de rádio, embora sejam muitas ordens de magnitude menores.

A maneira mais fácil e intuitiva é usar uma antena com exatamente um comprimento de onda. Essa antena reagirá puramente ao componente magnético da onda eletromagnética (ambos com o mesmo comprimento de onda) e a antena reagirá como um indutor de alta impedância, criando uma corrente do campo magnético que é induzida. A antena tendo exatamente o comprimento de onda, é ressonante e criará o maior sinal possível desses fótons. Isso é física extremamente básica.

No entanto, você não precisa olhar para os fótons como ondas o tempo todo. Eles também se comportam como partículas, e você pode 'pegar' uma, mesmo que tenha uma superfície muito, muito menor. Uma maneira de fazer isso é criar uma antena na qual as ondas incidentes ricochetearão algumas vezes, aumentando efetivamente o comprimento do caminho até atingir o comprimento de onda do fóton. Dessa forma, você ainda obtém as mesmas propriedades magnéticas de absorção e ressonância da antena, mas com um tamanho físico muito menor. Atualmente, essas são as antenas que usamos nos telefones celulares, conhecidas coloquialmente como 'antenas fractais' (a forma é derivada de fractais para maximizar o comprimento do caminho para todas as direções da radiação incidente).

Mas este ainda não é o menor que você pode obter um detector. É possível ajustar ativamente um pedaço muito pequeno de material absorvente e é possível torná-lo absorvente em uma direção específica. Dessa forma, apenas os fótons que emanam de um ângulo sólido relativamente pequeno serão absorvidos no detector. Isso é feito com ressonância novamente - um circuito ressonante aproximadamente na frequência da luz é conectado a um material condutor de rádio-opaco e, quando a radiação é incidente, o ponto de ressonância muda, indicando recepção.

Tudo isso significa que não é necessário, como muitas pessoas pensam, ter sensores enormes para 'visualizar' as ondas de rádio. No entanto, os sensores nunca serão tão pequenos quanto os sensores de imagem com luz visível. Mesmo que você possa "trapacear" as leis ópticas normais e tenha ângulos de visão menores com ópticas menores do que você esperaria do Airy, a quantidade de energia na radiação limita severamente o quão bem você pode imaginar comprimentos de onda longos. Você precisaria de exposições extremamente de longo prazo. Definitivamente, não é possível obter vários quadros por segundo. Como está agora, com a melhor tecnologia de detectores que temos, estamos falando de horas ou dias de exposição com um detector do tamanho de uma mesa, sem falar em um sensor de imagem de rádio verdadeiramente portátil. Possivelmente materiais supercondutores podem melhorar isso, mas não conheço nenhuma pesquisa nessa área.

Para voltar à sua pergunta real: ainda não existe um dispositivo comercial que faça o que você deseja. Há pesquisas nessa área, porém, e não demorará muito até que tenhamos esses dispositivos. No entanto, também não demorará muito até que o seu telefone celular possa fazer imagens de RF, com o advento de matrizes em fases e essencialmente antenas de 'imagem' nos telefones.


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Tudo o que você disse é verdade. Mas nada disso cobre particularmente a direcionalidade , que é o maior obstáculo.
Ignacio Vazquez-Abrams

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@ IgnacioVazquez-Abrams: sim, isso é verdade. Eu meio que parei nesse ponto. Atualmente, a direcionalidade é algo que pode ser aprimorado com a medição da diferença de fase ou com ressonância anisotrópica, mas mesmo que você possa obter uma melhor resolução angular dessa maneira do que uma abertura sintética lhe daria, você ainda está olhando para vários graus de ângulo sólido por 'pixel' . Não tenho uma resposta sobre como melhorar esse vetor de sensibilidade.
user36129

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Se você tiver um saco de areia e espalhá-lo uniformemente pelo chão, poderá desenhar formas nele com o dedo e fazer dele complexos castelos de areia. Essa é a minha analogia da luz visível. A analogia para VHF / UHF seria grãos de areia do tamanho de um estádio de futebol.

O verde (a cor) tem um comprimento de onda de cerca de 500 nano metros - isso é meio milésimo de milímetro.

1GHz tem um comprimento de onda de cerca de 300mm - 600.000 vezes maior.


Não é possível obter imagens com som passivo? Não é necessariamente como uma câmera, mas está feito.
21813 Scott Seidman #

@ScottSeidman: Os morcegos usam imagens de sonar, que funcionam porque o comprimento de onda é de ~ 1 mm. Não é a frequência que importa, mas o comprimento de onda.
MSalters

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Correto, é a definição de espaço que um pequeno comprimento de onda oferece. Considere também um túnel rodoviário - se o rádio do carro estiver sintonizado na banda AM, no momento em que você entrar no túnel, a música desaparecerá para ser substituída por ruídos e ruídos de velas. No VHF, você pode ir muito além no túnel antes que a música desapareça. AM é de cerca de 1 MHz, que tem um comprimento de onda de 300 m, enquanto 100 MHz (VHF) tem um comprimento de onda de 3 m. Os morcegos podem "ouvir" ondas sonoras de 100kHz e estas têm um comprimento de onda de cerca de 4 mm.
Andy aka

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Quanto maior o comprimento de onda da radiação, maior o sensor necessário para detectá-la. As ondas de rádio, com um comprimento de onda começando nos milímetros, exigem um sensor muito grande para serem detectadas da mesma maneira.


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Para ser preciso: isso se aplica aos sensores de imagem , que é o que você precisa em uma câmera. Sensores menores podem detectar a radiação - detectar o campo de 50 Hz das linhas de alta tensão obviamente não requer um sensor grande de 6000 km - mas esses sensores pequenos não podem formar uma imagem.
MSalters

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Isso pode ser feito em casa, usando uma antena direcional em um cardan e um SDR.

Não é portátil nem rápido, mas você pode construí-lo e esse projeto em particular é de código aberto, para que você possa basicamente seguir as instruções e começar.

Construindo uma câmera capaz de ver Wifi | Parte 3 SUCESSO!

Um grupo da TUM também conseguiu isso usando a holografia por rádio. Veja a apresentação de slides aqui (o artigo está disponível on-line gratuitamente: Holografia da radiação Wifi 2016, P. Holl).

Holografia da radiação Wi-fi

É um trabalho muito interessante e muito mais rápido que a primeira abordagem.


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O equipamento deles é incrivelmente lento e gera uma quantidade insana de dados - a maioria dos quais é descartada. O principal problema é o método deles de capturar níveis de energia. A amostragem de 8 bits que eles usam significa que eles precisam usar muita média para resolver pequenas variações. Eles fazem isso coletando vários gigabytes de dados brutos e pós-processamento. Seria muito mais eficiente usar um receptor melhor e um digitalizador com mais bits por amostra.
JRE

... e o uso dessa antena helicoidal é completamente insano. Claramente, os autores não têm a menor idéia sobre o projeto ou a teoria das antenas. Para localizar fontes de rádio, você precisa de uma antena parabólica ou remota com largura de feixe muito estreita. (Antenas helicoidais são utilizados para a radiação polarizada circularmente, o qual não é usado para Wifi.)
not2qubit

É verdade, mas mesmo com seu design abaixo do ideal, os dados resultantes eram uma imagem clara da iluminação wifi que ilustrava a localização de pontos de acesso e superfícies refletivas. Tenho certeza de que uma abordagem mais sofisticada pode produzir resultados ainda mais rápidos, detalhados e menos ruidosos.
Nate Gardner

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A maneira como imaginei isso é ter analisadores de espectro suficientes para cada pixel. Digamos que você queira resolução 1080p, você usaria cerca de 1 milhão de analisadores de espectro para cada pixel. Do que você precisaria ter 1 milhão de antenas. Concedido que isso seria monstruoso em tamanho, mas funcionaria em teoria.

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