Apakah ada penampil RF seperti kamera thermo?

16

Jadi saya tahu kamera thermo dijual. Polisi / Pemadam Kebakaran menggunakannya setiap saat. Anda mengarahkan tangan kecil Anda memegang kotak hitam di semak-semak dan Anda dapat melihat apakah ada makhluk yang tinggal di sana atau di zona terbakar dan melihat di mana hot spot berada.

Apakah ada perangkat yang akan melakukan hal yang sama untuk sinyal RF? VHF hingga 2.4GHz Saya berpikir itu akan sangat membantu dalam menemukan kebisingan RF di lingkungan yang sensitif.

Chef Flambe
sumber
1
Ini disebut teleskop radio.
Peter G.
2
Atau radar bertahap bertahap.
Chris Stratton

Jawaban:

16

Jadi saya merasa sangat menarik bahwa semua jawaban sampai sekarang tampaknya berpikir dalam hal teknologi radio pra-1900-an. Untuk berpikir secara produktif tentang teknik pencitraan radio portabel atau berukuran wajar, Anda harus berpikir sedikit berbeda.

Cara untuk menerima gelombang elektromagnetik adalah dengan menghasilkan bahan yang buram dan menyerap ke panjang gelombang. Kemudian, gelombang yang diserap harus diubah menjadi sinyal listrik untuk diukur. Ada beberapa cara untuk melakukan ini: misalnya dengan cahaya tampak, foton tunggal memiliki lebih dari cukup energi di dalamnya untuk merangsang elektron dalam struktur kristalografi tertentu. Jadi yang perlu Anda lakukan adalah membuat bahan curah yang relatif konduktif yang tidak tembus terhadap panjang gelombang spesifik Anda dan semua cahaya dari panjang gelombang yang mengenai bahan tersebut akan memiliki peluang (signifikan) untuk menghasilkan elektron.

Frekuensi radio adalah gelombang yang jauh lebih panjang dan ekstensi memiliki energi yang jauh lebih rendah. Energi dan panjang gelombang adalah hubungan proporsional terbalik, jadi seperti yang Andy katakan: 300 juta kali lebih sedikit energi. Ini hampir tidak cukup untuk mengeluarkan elektron dari pita valensi atom, bahkan jika Anda akan melemparkan kepadatan energi radiasi yang sangat tinggi padanya. Menyerap foton-foton itu tidak masalah, masalahnya adalah bagaimana Anda mengubah foton menjadi sinyal listrik.

Ngomong-ngomong, itu adalah kekeliruan bahwa Anda membutuhkan bahan yang secara fisik lebih besar dari panjang gelombang untuk menyerapnya. Sebagai contoh, molekul air sangat bagus dalam menyerap gelombang radio, meskipun mereka banyak orde yang lebih kecil.

Cara termudah dan paling intuitif adalah mengambil antena yang panjangnya tepat satu panjang gelombang. Antena ini akan bereaksi murni terhadap komponen magnetik dari gelombang elektromagnetik (keduanya memiliki panjang gelombang yang sama), dan antena akan bereaksi sebagai induktor impedansi tinggi, menciptakan arus dari medan magnet yang diinduksi. Antena memiliki panjang gelombang yang tepat, itu resonansi dan akan membuat sinyal terbesar yang mungkin dari foton ini. Ini adalah fisika yang sangat mendasar.

Namun, Anda tidak perlu melihat foton sebagai gelombang sepanjang waktu. Mereka juga masih berperilaku seperti partikel, dan Anda dapat 'menangkap' satu bahkan jika Anda memiliki permukaan yang jauh lebih kecil. Salah satu cara untuk melakukan ini, adalah membuat antena di mana gelombang datang akan memantul sekitar beberapa kali, secara efektif meningkatkan panjang jalur hingga sekitar panjang gelombang foton. Dengan cara ini Anda masih mendapatkan penyerapan dan sifat magnetik resonansi antena yang sama, tetapi dengan ukuran fisik yang jauh lebih kecil. Ini adalah antena yang kami gunakan di ponsel saat ini, bahasa sehari-hari dikenal sebagai 'antena fraktal' (bentuknya berasal dari fraktal untuk memaksimalkan panjang jalur untuk semua arah radiasi kejadian).

Tapi ini masih bukan yang terkecil Anda bisa mendapatkan detektor. Adalah mungkin untuk secara aktif menyetel bagian kecil dari bahan absorbant, dan dimungkinkan untuk membuatnya absorbant dalam satu arah tertentu. Dengan cara itu hanya foton yang berasal dari sudut padat yang relatif kecil yang akan diserap ke dalam detektor. Ini dilakukan dengan resonansi lagi - sirkuit resonansi sekitar frekuensi cahaya terhubung ke bahan radio-opak konduktif, dan ketika radiasi terjadi, titik resonansi akan bergeser, menunjukkan penerimaan.

Ini semua berarti bahwa tidak perlu, seperti yang dipikirkan banyak orang, untuk memiliki sensor besar untuk 'melihat' gelombang radio. Namun, sensor tidak akan pernah sekecil sensor pencitraan cahaya tampak. Meskipun Anda dapat 'menipu' hukum optik normal dan memiliki sudut pandang lebih kecil dengan optik lebih kecil daripada yang Anda harapkan dari Airy, jumlah energi dalam radiasi sangat membatasi seberapa baik Anda dapat membayangkan panjang gelombang panjang. Anda akan membutuhkan eksposur jangka panjang yang sangat panjang, sudah pasti tidak mungkin untuk mendapatkan beberapa frame per detik. Seperti yang ada sekarang, dengan teknologi detektor terbaik yang kita miliki, kita sedang berbicara tentang jam atau hari paparan dengan detektor ukuran meja, apalagi sensor pencitraan radio yang benar-benar portabel. Mungkin bahan superkonduktor dapat meningkatkan ini, tapi saya tahu tidak ada penelitian di bidang ini.

Untuk kembali kepada Anda pertanyaan aktual: belum ada perangkat komersial yang melakukan apa yang Anda inginkan. Ada penelitian di bidang ini, dan itu tidak akan lama sampai kita akan memiliki perangkat tersebut. Namun, itu juga tidak akan lama sampai ponsel Anda akan dapat melakukan pencitraan RF, dengan munculnya array bertahap dan dasarnya 'pencitraan' antena di telepon.

pengguna36129
sumber
4
Semua yang Anda katakan itu benar. Tapi tidak ada yang secara khusus membahas directionality , yang merupakan rintangan terbesar.
Ignacio Vazquez-Abrams
1
@ IgnacioVazquez-Abrams: yeah, itu benar. Saya agak berhenti pada saat itu. Directionality adalah sesuatu yang saat ini dapat ditingkatkan dengan pengukuran perbedaan fasa atau resonansi anisotropik, tetapi meskipun Anda bisa mendapatkan resolusi sudut yang lebih baik daripada yang diberikan aperture sintetis, Anda masih melihat beberapa derajat sudut padat per 'piksel' . Saya tidak punya jawaban tentang cara meningkatkan vektor sensitivitas itu.
user36129
4

Jika Anda memiliki sekantong pasir dan membentangkannya secara merata di lantai Anda, Anda dapat menggambar bentuk di dalamnya dengan jari Anda dan membuat istana pasir yang rumit dari sana. Itu analogi saya tentang cahaya tampak. Analogi untuk VHF / UHF akan menjadi butiran pasir seukuran stadion sepak bola.

Hijau (warnanya) memiliki panjang gelombang sekitar 500 nano meter - setengah dari seperseribu milimeter.

1GHz memiliki panjang gelombang sekitar 300mm - 600.000 kali lebih besar.

Andy alias
sumber
Bukankah pencitraan dapat dicapai dengan suara pasif? Ini tidak harus seperti kamera, tetapi dilakukan.
Scott Seidman
@ScottSeidman: Kelelawar menggunakan sonar imaging, yang berfungsi karena panjang gelombangnya ~ 1 mm. Bukan frekuensi yang penting, tetapi panjang gelombang.
MSalters
1
Benar, itu definisi ruang yang ditawarkan oleh panjang gelombang kecil. Pertimbangkan juga sebuah terowongan jalan - jika radio mobil Anda disetel ke band AM, begitu Anda memasuki terowongan, musik itu menghilang untuk digantikan oleh kebisingan dan kebisingan busi. Di VHF, Anda bisa masuk lebih jauh ke dalam terowongan sebelum musiknya hilang. AM adalah sekitar 1MHz yang memiliki panjang gelombang 300m sedangkan 100MHz (VHF) memiliki panjang gelombang 3m. Kelelawar dapat "mendengar" gelombang suara 100kHz dan ini memiliki panjang gelombang sekitar 4mm.
Andy alias
3

Semakin lama panjang gelombang radiasi, semakin besar sensor yang Anda butuhkan untuk mendeteksinya. Gelombang radio, dengan panjang gelombang mulai milimeter, membutuhkan sensor yang terlalu besar untuk dideteksi dengan cara yang sama.

Ignacio Vazquez-Abrams
sumber
1
Tepatnya: ini berlaku untuk sensor pencitraan , yang merupakan apa yang Anda butuhkan di kamera. Sensor yang lebih kecil dapat mendeteksi radiasi - mendeteksi medan 50 Hz dari saluran tegangan tinggi jelas tidak memerlukan sensor besar 6000 km - tetapi sensor kecil tersebut tidak dapat membentuk gambar.
MSalters
1

Ini dapat dilakukan di rumah dengan menggunakan antena terarah pada gimbal dan SDR.

Ini tidak portabel dan tidak cepat, tetapi Anda dapat membuatnya sendiri dan proyek khusus ini bersifat open source, jadi Anda pada dasarnya dapat mengikuti instruksi dan memulai.

Membangun Kamera yang Dapat Melihat Wifi | Bagian 3 SUKSES!

Sekelompok di TUM juga telah mencapai ini dengan menggunakan holografi radio. Lihat tayangan slide mereka di sini (makalah mereka tersedia online secara gratis: Holografi Wifi Radiasi 2016, P. Holl).

Holografi Radiasi Wi-fi

Ini pekerjaan yang sangat menarik dan jauh lebih cepat daripada pendekatan pertama.

Nate Gardner
sumber
1
Rig mereka sangat lambat, dan menghasilkan jumlah data yang gila - sebagian besar dibuang. Masalah utama adalah metode mereka menangkap level daya. 8 bit sampling yang mereka gunakan berarti mereka harus menggunakan banyak rata-rata untuk menyelesaikan variasi kecil. Mereka melakukannya dengan mengumpulkan beberapa gigabytes data mentah, dan pemrosesan pasca. Akan jauh lebih efisien untuk menggunakan receiver dan digitizer yang lebih baik dengan lebih banyak bit per sampel.
JRE
... dan penggunaan antena heliks itu benar-benar gila. Jelas penulis tidak memiliki ide yang samar tentang desain antena atau teori. Untuk menentukan sumber radio, Anda memerlukan antena parabola atau patch dengan lebar berkas sangat sempit. (Antena heliks digunakan untuk radiasi terpolarisasi sirkuler, yang tidak digunakan untuk Wifi.)
not2qubit
Memang benar, tetapi bahkan dengan desain suboptimal mereka data yang dihasilkan adalah gambar yang jelas tentang iluminasi wifi yang menggambarkan lokasi hotspot dan permukaan reflektif. Saya yakin pendekatan yang lebih canggih dapat menghasilkan hasil yang lebih cepat, lebih rinci, dan lebih tidak berisik.
Nate Gardner
-1

Cara saya membayangkan ini adalah memiliki penganalisa spektrum yang cukup untuk setiap piksel. Katakanlah Anda menginginkan resolusi 1080p, Anda akan menggunakan sekitar 1 juta penganalisa spektrum untuk setiap piksel. Daripada Anda perlu memiliki 1 juta antena. Memang ini akan menjadi besar dalam ukuran tetapi akan bekerja secara teori.

John Hooper
sumber