我可以制造对2.4GHz敏感的相机吗?


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我想建立一个暗箱摄影机,作为产生WiFi信号照片的艺术项目。现在的想法是建造一个125cm x 125cm x 125cm法拉第笼(使用精细的铜网),并在中心放一个中心孔(直径12.5cm)和20 x 20盘形铜板作为传感器。这会工作吗?孔处的衍射会完全破坏图像吗?有没有其他可能的替代方法?谢谢。


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即使假设实现是完美的,也要进行一些仿真以确保您会真正得到一些东西。您不想花一个星期或更多的时间,更不用说钱了,以发现没有细节的模糊东西。例如,在可见光下,智能手机照片(iPhone 6)约为衍射光斑(4.8x3.6mm,2微米衍射光斑)的2400x1800倍。在您的情况下,您可能会得到20x20像素的图像...您不会看到太多,您需要在源波中添加细节以检测最终图像中有意义的任何内容。
FarO

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这里还有一个类似的问题:photo.stackexchange.com/q/69587
尤金·里亚布谢夫

请记住,雷达系统本质上是连接了闪光灯的无线电摄像机。该系统成本很高,大小不一,仅是大型卡车到办公大楼的大小。如果您制作了很棒的东西,请务必让我们知道!
Phil

@OlafM您或其他人是否碰巧知道一个EM辐射模拟器,该模拟器使用不同的反射和吸收材料来解决3D场景的亥姆霍兹方程?
Lenar Hoyt

Answers:


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好吧,它有发挥作用的潜力。您必须在内部衬有RF吸收材料,否则入射波将在整个位置反弹。

使用铜板检测RF功率可能不是最佳方法。我建议为此使用实际的wifi天线,每个天线都连接到LNA和2.4 GHz带通滤波器以及晶体或二极管检测器。

要考虑的另一个(可能更好)的选择是相控阵设置。这有点复杂,但是您不需要盒子或吸收RF的泡沫。在这种情况下,您将采用一组天线(例如4x4、8x8或16x16网格)并将它们连接到一组称为Butler矩阵的设备。巴特勒矩阵是一种无源波束形成网络。这些设备由混合耦合器和移相器组成,它们的排列方式是将阵列中不同的“光束”映射到单独的端口。基本上,他们的想法是像透镜一样,只是在信号被天线捕获后才进行聚焦。对于4x4的天线网格,每个管家矩阵都需要4个混合耦合器,您将需要8个矩阵-4个用于水平,四个在垂直。您很幸运能够以2.4 GHz的频率工作- 只需在电路板上的铜上以该频率构建尺寸合理的混合耦合器,就可以在单个PC板上构建完整的Butler矩阵,而连接器除外。可以构建8端口或16端口管家矩阵(必须是2的幂),尽管矩阵越大,则矩阵越复杂。然后,这些输出将通过LNA,2.4 GHz带通滤波器以及晶体或二极管检测器。它变得越复杂。然后,这些输出将通过LNA,2.4 GHz带通滤波器以及晶体或二极管检测器。它变得越复杂。然后,这些输出将通过LNA,2.4 GHz带通滤波器以及晶体或二极管检测器。

8x8天线阵列的管家阵列互连的图片:

巴特勒阵列


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相控阵确实是唯一可行的方法。查看RF雷达-几乎所有雷达都具有这一原理。
德米特里·格里戈里耶夫

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当然。相控阵雷达实际上已经有点老了,当前大多数系统实际上都是AESA阵列。AESA =有源电子扫描阵列。基本上是一个相控阵,但每个元件都有其自己的TX和RX放大器,并且相移是通过功能强大的FFT引擎在DSP中完成的。但是,总体原理是相同的,我认为基于标准FR4建立的男管家矩阵将是最简单的解决方案。
alex.forencich

谢谢。关于第一个想法,我还有两个问题:RF吸收泡沫能否代替铜网笼?孔的衍射效应有多严重?
Lenar Hoyt

还有关于巴特勒矩阵想法的问题:这让我想起了波束形成的“逆向”,这有关系吗?这样的接收机的方向性会是什么,侧面的噪声会干扰多少?
Lenar Hoyt

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我建议同时使用两者。网格物体将阻挡外部信号,泡沫将阻止内部反射。不过,不确定衍射。而且,巴特勒矩阵是一种对多个接收器进行被动波束成形的方法。
alex.forencich 2015年

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Greg Charvat使用LED无线电探测器和长时间曝光摄影演示的这种方法可能会让您有些运气。

晦涩的想法很有趣,但是让RF以这种方式行事听起来……有点疯狂!如果您可以考虑并控制所有可能发生的重新辐射和反射,那就太了不起了。

如果您可以使它正常工作,那么您肯定会在黑客博客上巡回演出!


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不幸的是,您将遇到衍射极限。我们知道(至少对于光学针孔而言),给定针孔半径的理想焦距ss^2/λ,并且在此距离处的光斑大小约为0.6 s

根据这些,我们可以确定对于n具有“正常”视场的给定分辨率(n以图像的宽度或高度(以像素为单位)),所需的焦距约为0.5 n^2 λ,针孔尺寸为1.3 n λ

对于2.4 GHz,波长约为12.5 cm。因此,如果您只想要16×16的图像,就需要一台焦距为16米或52英尺的相机!


最终,您可能最终会遇到这样一个事实,即与光不同,我们可以轻松地读取入射无线电波的相位。但是到那时,您正在设计天线,而不是相机!


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通过一个小的波长大小的孔进行的衍射将仅填充其后面的区域。用于光的针孔透镜也有同样的问题。如果将其放大,您的想法将可行,例如,您使用了一个带有金属屋顶的足球场,在屋顶上开了10 x 10 m的孔,并在场地上放置了传感器。不切实际。

为什么不考虑使用单像素相机?使用wifi碟形天线,在整个环境中进行机械扫描,并使用wifi卡记录每移动几度的信号强度。您可以将其绘制在场景的全景照片上,有点像无线电和光学天文图像的叠加方式。

两英尺高的碟形天线在2.4 GHz时的波束宽度约为12度,因此它不是非常清晰的图像,但这是物理的基本限制,它适用于任何其他简单的相机设计。


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我只想发布并提及@tomnexus提出的建议是可行的。

我刚刚完成了类似钻机的首次测试。我的设置使用带有LNB的碟形卫星天线,一个卫星取景器(用于拾取信号强度),一个Arduino和PC上的一个小软件。

Arduino控制几个伺服器,并从取景器读取信号强度。PC告诉Arduino将碟子对准目标,然后将各个读数组装成位图。

这是扫描仪: 卫星扫描仪

这是我家朝南的天空的景色: 南视

您可以在该图片中看到三颗卫星。增益太高了,因此没有任何细节。在普通照片中,您称其为“曝光过度”。请注意,增益已经足够高,以至于右下角的可见内容有些反射。

这是我车库一半进一半的视图。 车库

很难将您在图片中看到的与扫描仪所看到的相匹配。右侧部分与光学视图完全不同。那里的栅栏前面有一排垃圾桶,但是卫星扫描视图看起来很奇怪。我认为左侧的垂直线是墙的边缘,真正清晰的黑色垂直线来自围栏中的缝隙。

我将在几天后回过头来提出自己的一些问题,以解决如何改善寻星仪部分的问题。我刚刚了解了通常驱动电表的电压。它可以工作(很明显),但是它具有某种阈值,可以使较暗的区域变成黑色。不过,我必须先跟踪电路。

应该有可能使用定向天线(可能是品格天线吗?),几个伺服器和一个带有放大器的简单二极管检测器来构建2.4GHz信号强度的信号强度。

甚至有可能使用卫星探测器设置来探测2.4GHz。如果整个设备都具有足够的增益并且您距离足够近,则它可能会拾取足够的带外信号以进行检测和测量。我也将尝试一下-我这里有WLAN,因此可能值得一看。


我用作信号强度检测器的SF-95卫星检测器的额定频率为0.95GHz至2.4GHz,因此应该可以将WiFi天线直接连接到它。


干得好!请发布并排光学相机的照片!坐取景器可能只对信标频率敏感,而热噪声功率覆盖整个〜0-1 GHz频段。您的系统可能会受益于更宽的带宽检测器,即使只是一个小型放大器和一个RF二极管也可以覆盖100 MHz。然后,您应该可以在摄氏度或华氏度下校准照片
。– tomnexus

另外,将场景对准至少2D²/λ远的地方,例如> 30 m,否则您将处于近场模式中,或者从光学角度来说,碟子将无法聚焦。
tomnexus's
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