Bisakah saya meningkatkan direktivitas modul radar X-band dengan antena patch-pesawat terintegrasi?

9

Banyak detail yang disediakan jika diperlukan.

Saya terus bermain-main dengan sensor jarak jauh yang dikemudikan oleh Arduino (dan akhirnya hanya chip ATMEGA * dan teman-teman keselamatannya) dan memiliki prototipe yang cukup bagus sejauh ini. Ini mengambil gerakan seperti modul PIR dan memberi sinyal yang sama, yang berubah menjadi Arduino mekanik mengetuk melalui solenoida 5V. Modul PIR tidak bekerja di balik kaca berinsulasi (dapat diprediksi) dan menjadikannya unit luar membutuhkan lebih banyak pekerjaan (dan manajemen daya untuk baterai) daripada yang ingin saya investasikan saat ini.

Untuk mempermudah, saya memutuskan untuk mencoba modul radar x-band sehingga saya dapat menyimpan unit di dalam ruangan dan menghindari cuaca. Daya pikat menunjuk perangkat microwave keluar melalui dinding bata untuk mendeteksi gerakan cukup kuat. :-) Saya menggunakan modul Parallax ini ( lembar data ).

Masalahnya adalah unit ini mengambil gerakan di belakangnya di samping antena apa pun, bahkan dengan pot sensitivitas diatur sepenuhnya. Melihat lembar data (dan melihat grafik yang mewakili bidangnya - tidak tahu terminologi), itu tampaknya perilaku yang diharapkan. NAMUN, saya ingin memfokuskannya ke balok yang menghadap ke depan (relatif terhadap perangkat) sehingga saya dapat mengarahkannya ke luar.

Saya cukup tahu untuk mengetahui bahwa saya memerlukan semacam pandu gelombang tetapi setiap upaya menghalangi punggungnya dengan logam (aluminium foil, kaleng Coke, dan sepotong lampu gantung berbentuk kerucut tahun 1950-an yang saya ganti dengan kipas langit-langit) telah gagal. Modul terus mengambil gerakan di belakangnya. Saya bahkan membungkus semuanya dalam sebuah proyek aluminium hanya untuk memverifikasi bahwa saya sebenarnya bisa membutakannya. Entah bagaimana tampaknya langsung melalui kandang dan mengambil gerakan. Ini tidak terduga. Saya curiga gangguan tetapi deteksi HANYA bertepatan dengan gerakan yang sebenarnya.

Jadi: apa yang membuat Waveguide bagus? Bagaimana kalian mendekati masalah memfokuskan radar doppler pulsa menjadi sinar yang cukup sempit untuk deteksi gerak? Terima kasih atas wawasan yang Anda tawarkan. Saya senang mendapatkan yang lebih spesifik atau memperjelas salah satu di atas.

Catatan: Saya yakin subjeknya mungkin lebih spesifik, tetapi ini adalah proyek elektronik pertama saya dan saya lebih suka tidak jelas daripada salah secara membingungkan. : -}

Adendum Gangguan:

  • Saya masih tidak yakin tidak ada gangguan yang terjadi. Karena saya tidak punya osiloskop (belum), saya tidak yakin bagaimana menguji teori ini.

  • Utas ini tampaknya menyarankan pendekatan saya cacat: rupanya status modul harus dibaca dari pin analog dengan noise dan ambang waktu. Saya sudah membacanya pada pin digital TINGGI / RENDAH.

Joshua Nozzi
sumber
Terima kasih, DrFriedParts, untuk baris subjek yang jauh lebih baik. :-)
Joshua Nozzi

Jawaban:

7

Antena Patch-Pesawat

Antena yang dimaksud disebut antena patch-plane (atau plane-patch) - antena patch dengan bidang referensi di belakangnya. Anda dapat melihatnya di sini (empat kotak hijau muda di dekat sudut).

masukkan deskripsi gambar di sini

Menurut datasheet, direktivitasnya terlihat seperti ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Dari belakang kemampuan pendeteksiannya sekitar 63 kali lebih lemah dengan asumsi Anda berada pada level yang sama dengannya. Jika Anda tidak berada di level yang sama, itu lebih dari 250 kali lebih lemah.

Jadi ... mungkin Anda pasang tinggi-tinggi dan miringkan ke bawah. Ini juga akan membantu Anda untuk mengontrol jangkauan deteksi.

Anda juga harus waspada dan berusaha menghindari refleksi. RF hanya EM (seperti cahaya) dan memantul juga! ... terutama logam dan larutan elektrolitik cair (seperti air garam).

Reflektor

Panduan gelombang tidak akan membantu. Yang Anda butuhkan di sini adalah reflektor. Saya yakin Anda pernah melihat parabola sebelumnya. Itulah tujuannya: untuk memfokuskan kembali lobus belakang ke arah depan dan mengurangi lobus samping (misalnya meningkatkan directivity).

masukkan deskripsi gambar di sini

Mendesain satu di luar ruang lingkup dari apa yang akan saya jawab di sini. Jika Anda memilih untuk melanjutkan dengan pendekatan reflektor, tanyakan lagi dengan pertanyaan Anda yang lebih spesifik, @ referensi saya, dan saya akan menjawab lebih detail.

Pendekatan Volume Pencarian Awal

Sebenarnya, saya menemukan arsitektur RADAR yang dirancang khusus untuk menangani jenis skenario yang disebut Angle-of-Arrival-Assisted Interferometry Relatif (ARI) dan menulis beberapa makalah akademis tentang topik ( [A] , [B] , [C] , dll). Implementasi yang lengkap mungkin di luar Anda (dan terlalu banyak untuk aplikasi Anda), tetapi inilah ide dasarnya:

masukkan deskripsi gambar di sini

Anda dapat sebagian tumpang tindih beberapa modul dan menghubungkan deteksi mereka untuk menolak target out-of-area-of-interest. Anda dapat membuat zona deteksi fokus yang bagus dengan cara ini. Di ARI, daerah persimpangan itu disebut Initial Search Volume (ISV).

Kesimpulannya...

Semoga berhasil! Proyek yang rapi.

Catatan cepat (terima kasih @AndrejaKo!):

Perhatikan bahwa jika seseorang menggunakan @ untuk merujuk Anda pada pertanyaan yang belum Anda posting sebelumnya, Anda tidak akan menerima pemberitahuan. Pilihan yang lebih baik adalah menempatkan referensi di sini atau menggunakan @ dalam obrolan.

DrFriedParts
sumber
Terima kasih, itu memberi saya beberapa hal ke Google. Saya melihat masalahnya sedikit lebih kompleks daripada yang saya perkirakan, tetapi setidaknya saya memiliki terminologi yang tepat untuk mencari sekarang.
Joshua Nozzi
Ah, kegembiraan elektromagnetik ... ;-)
DrFriedParts
Sebagai seorang insinyur perangkat lunak karier yang menjadi agak letih, saya benar-benar menikmati berada pada kerugian yang hampir lengkap dengan subjek / hobi baru. Banyak belajar dan membuat saya sibuk.
Joshua Nozzi
@DrFriedParts Perhatikan bahwa jika seseorang menggunakan @ untuk merujuk Anda pada pertanyaan yang belum Anda posting sebelumnya, Anda tidak akan menerima pemberitahuan. Pilihan yang lebih baik adalah menempatkan referensi di sini atau menggunakan @ dalam obrolan.
AndrejaKo
2

Sangat mungkin bahwa lobus belakang / samping antena itu sendiri tidak menjadi masalah. Setiap objek di lobus utama juga dapat memantulkan / menyebarkan energi gelombang mikro, mengarahkannya ke area di belakang antena (dan kembali lagi).

Anda mengatakan bahwa Anda mengirim gelombang mikro melalui dinding bata. Karakteristik dielektrik batu bata sangat berbeda dengan udara (belum lagi kancing dinding, paku / sekrup, kabel dan / atau pipa, dll.) Dan diskontinuitas impedansi ini akan mencerminkan sebagian energi yang menimpa, sama seperti permukaan kaca prisma memantulkan dan membiaskan cahaya.

Dave Tweed
sumber
Terima kasih, senang tahu. Saat ini, itu duduk di desktop saya diarahkan jauh dari saya daripada langsung ke dinding. Bahkan diarahkan ke jendela saya (hanya bagian kaca), masih mendeteksi gerakan dari belakang. Saya pikir saya akan membangun perangkap tikus yang lebih baik (daripada PIR) tetapi saya akui saya tidak mempertimbangkan penyebaran sinyal.
Joshua Nozzi
Menambahkan: apakah tautan yang saya temukan tentang pemfilteran suara masih merupakan jalur yang baik untuk diikuti?
Joshua Nozzi
Perlu diingat bahwa beamwidth dari lobus utama berada di urutan 120 derajat, jadi kecuali Anda sangat dekat dengan jendela, tidak ada yang bisa menghentikan dinding di mana jendela dipasang dari memantulkan energi kembali pada Anda.
Dave Tweed
Jadi hampir seperti ini akan menjadi jalan keluar untuk tujuan yang saya maksudkan (sensor gerak tripwire diarahkan ke lokasi properti). Kurasa aku jatuh cinta pada omongan penjualan jagoan-jagoan "Deteksi menembus tembok! Deteksi unicorn!" ;-)
Joshua Nozzi
@ Yosua - Ini bisa bekerja, itu tidak inheren super selektif. Jika Anda ingin melokalisasi target daripada melihat secara luas saat bergerak, Anda mendarat di ranah sistem RADAR. Ada banyak teknik untuk meningkatkan direktivitas, tetapi Anda harus melakukan lebih dari sekadar men-tweak antena terintegrasi dalam modul Anda ... Ini mungkin sebenarnya taktik yang baik untuk hanya mengacaukannya dan melihat apakah Anda dapat hidup dengan beberapa kesalahan positif. . Anda memiliki banyak pengalaman perangkat lunak, jadi cobalah berbagai strategi pemfilteran lunak. Saya menambahkan beberapa ide ke jawaban saya jika Anda berambisi.
DrFriedParts