2.4GHz에서 민감한 카메라를 만들 수 있습니까?


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WiFi 신호 사진을 만드는 아트 프로젝트로 카메라 옵스큐라를 만들고 싶습니다. 지금은 125cm x 125cm x 125cm 패러데이 케이지 (정밀 구리 메쉬 사용)를 중심 구멍 (직경 12.5cm)과 20 x 20 디스크 모양의 구리판을 센서로하여 후면의 센서로 만드는 것입니다. 이것이 전혀 효과가 있습니까? 구멍에서의 회절이 그림을 완전히 파괴합니까? 생각할 수있는 대안이 있습니까? 감사.


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구현이 완벽하다고 가정하더라도 실제로 무언가를 얻을 수 있도록 시뮬레이션을 수행하십시오. 돈을 언급하지 않고 일주일 이상을 보내고 싶지 않다면 세부 사항없이 흐릿한 물건을 얻는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어 가시 광선에서 스마트 폰 사진 (iPhone 6)은 회절 지점 (4.8x3.6mm, 2 미크론 회절 지점)의 약 2400x1800 배입니다. 귀하의 경우 20x20 픽셀 이미지를 얻을 수 있습니다 ... 많은 것을 볼 수 없습니다. 최종 이미지에서 의미있는 것을 감지하려면 소스 웨이브에서 스트라이킹 세부 정보가 필요합니다.
— FarO

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또한 여기에 비슷한 질문 : photo.stackexchange.com/q/69587
— 유진 Ryabtsev

레이더 시스템은 본질적으로 플래시가 부착 된 무선 카메라입니다. 시스템 비용이 많이 들고 사무실 건물까지 큰 트럭 크기입니다. 멋진 것을 만들면 반드시 알려주십시오!
— Phil

@OlafM 귀하 또는 다른 누군가가 다르게 반사 및 흡수하는 물질로 3D 장면에 대한 Helmholtz 방정식을 해결하는 EM 방사선 시뮬레이터를 알고 있습니까?
— Lenar Hoyt

답변:


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글쎄, 그것은 일할 가능성이 있습니다. RF 흡수재로 내부를 정렬해야합니다. 그렇지 않으면 들어오는 파동이 모든 곳에서 튀어 오릅니다.

구리판을 사용하여 RF 전력을 감지하는 것이 가장 좋은 방법은 아닙니다. LNA 및 2.4 GHz 대역 통과 필터와 크리스털 또는 다이오드 검출기에 각각 연결된 실제 Wi-Fi 안테나를 사용하는 것이 좋습니다.

고려해야 할 또 다른 (아마도 더 나은) 옵션은 단계적 배열 설정입니다. 이것은 좀 더 복잡하지만 상자 나 RF 흡수 폼이 필요하지 않습니다. 이 경우 안테나 배열 (예 : 4x4, 8x8 또는 16x16 그리드)을 가져와 버틀러 매트릭스라는 장치 세트에 연결합니다. 버틀러 매트릭스는 수동 빔 형성 네트워크의 한 유형입니다. 이 장치는 하이브리드 커플러와 위상 시프터로 구성되어 어레이에서 별개의 '빔'을 별도의 포트에 매핑합니다. 기본적으로, 신호는 안테나에 의해 신호가 포착 된 후에 초점이 맞춰지는 것을 제외하고는 렌즈처럼 작동합니다. 4x4 안테나 그리드의 경우, 각 버틀러 매트릭스에는 4 개의 하이브리드 커플러가 필요하며 8 개의 매트릭스가 필요합니다. 수평은 4, 수직은 4입니다. 2.4GHz에서 작동하게되어 다행입니다. 회로 보드의 동선에서 그 주파수로 적당한 크기의 하이브리드 커플러를 구축 할 수 있으므로 커넥터 외에 별도의 구성 요소없이 단일 PC 보드에 완전한 버틀러 매트릭스를 구축 할 수 있습니다. 매트릭스가 클수록 더 복잡해 지지만 8 포트 또는 16 포트 버틀러 수학 (2의 거듭 제곱이어야 함)을 구축 할 수 있습니다. 이들의 출력은 LNA, 2.4GHz 대역 통과 필터 및 수정 또는 다이오드 검출기를 통과합니다. 더 복잡해집니다. 이들의 출력은 LNA, 2.4GHz 대역 통과 필터 및 수정 또는 다이오드 검출기를 통과합니다. 더 복잡해집니다. 이들의 출력은 LNA, 2.4GHz 대역 통과 필터 및 수정 또는 다이오드 검출기를 통과합니다.

8x8 안테나 어레이의 버틀러 어레이 상호 연결 그림 :

Butler array


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단계별 배열은 실제로 유일한 실용적인 방법입니다. RF 레이더를 확인하십시오. 거의 모든 것이이 원리를 공유합니다.
— Dmitry Grigoryev

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확실히. 위상 배열 레이더는 실제로 약간 오래되었지만 현재 시스템의 대부분은 실제로 AESA 배열입니다. AESA = 활성 전자 스캔 어레이. 기본적으로 위상 배열이지만 각 요소에는 자체 TX 및 RX 증폭기가 있으며 위상 변환은 매우 강력한 FFT 엔진을 갖춘 DSP에서 수행됩니다. 그러나 전반적인 원칙은 동일하며 표준 FR4를 기반으로하는 버틀러 수학이 가장 간단한 해결책이라고 생각합니다.
— alex.forencich

감사. 첫 번째 아이디어에 대한 두 가지 질문이 더 있습니다. RF 흡수 폼이 구리 메쉬 케이지를 대체 할 수 있습니까? 그리고 구멍에 회절 효과가 얼마나 나쁜가?
— Lenar Hoyt

버틀러 매트릭스 아이디어에 대한 질문은 빔 포밍의 '반전'을 생각 나게하는 것과 관련이 있습니까? 이러한 수신기의 방향성 속성은 무엇입니까? 측면의 노이즈가 얼마나 간섭합니까?
— Lenar Hoyt 8

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둘 다 사용하는 것이 좋습니다. 메시는 외부 신호를 차단하고 폼은 내부 반사를 방지합니다. 그러나 회절에 대해서는 확실하지 않습니다. 버틀러 매트릭스는 다중 수신기에 대해 수동적으로 빔 형성을 수행하는 방법입니다.
— alex.forencich

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Greg Charvat 가 LED 라디오 탐지기와 장시간 노출 사진을 사용하여 시연 하는 이 방법을 사용하면 운이 좋을 것 입니다.

외설적 인 아이디어는 흥미롭지 만 RF가 그런 식으로 동작하게 만드는 것은 조금 미친 것 같습니다. 발생할 수있는 모든 재 방사 및 반사를 설명하고 제어 할 수 있다면 정말 좋을 것입니다.

그래도 작동하게하려면 해킹 블로그에서 확실하게 라운드를 진행하십시오!


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불행히도 회절의 한계에 부딪 칠 것입니다. 우리는 (적어도 광학 핀 홀의 경우 ) 주어진 핀홀 반경에 대한 이상적인 초점 거리는 s이며 s^2/λ,이 거리에서의 스폿 크기는 약0.6 s

이것들로부터, 우리는 n'정상적인'시야 ( n이미지의 너비 또는 높이를 픽셀 단위로 생각) 로 주어진 해상도 에 대해 필요한 초점 길이가 대략 0.5 n^2 λ이고 핀홀 크기는1.3 n λ .

2.4GHz의 경우 파장은 약 12.5cm입니다. 따라서 16 x 16 정도의 이미지를 원한다면 초점 거리가 16 미터 또는 52 피트 인 카메라가 필요합니다!


궁극적으로 아마도 빛과 달리 들어오는 전파의 위상을 쉽게 읽을 수 있다는 사실을 사용하게 될 것입니다. 그러나 그 시점에서 카메라가 아닌 안테나를 설계하고 있습니다!


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파장이 작은 작은 구멍을 통한 회절은 그 뒤에있는 영역을 채울뿐입니다. 빛을위한 핀홀 렌즈도 같은 문제가 있습니다. 금속 지붕이있는 축구 경기장을 사용하고 지붕에 10 x 10m 구멍을 뚫고 필드에 센서를 배치했다고 가정 해보십시오. 실용적이지 않습니다.

왜 단일 픽셀 카메라를 고려하지 않습니까? Wi-Fi 접시 안테나를 사용하십시오. Wi-Fi 카드는 몇 도의 움직임마다 신호 강도를 기록하는 Wi-Fi 카드와 함께 환경에서 기계적으로 스캔됩니다. 라디오와 광학 천체 이미지가 겹쳐지는 방식과 같은 장면의 파노라마 사진 위에 이것을 플롯 할 수 있습니다.

양발 접시는 2.4GHz에서 약 12 ​​도의 빔 폭을 가지므로 이미지가 매우 선명하지는 않지만 물리의 기본 한계는 다른 간단한 카메라 디자인에 적용됩니다.


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@tomnexus가 제안한 내용이 상당히 효과적이라고 게시하고 언급하고 싶었습니다.

방금 비슷한 장비의 첫 테스트를 마쳤습니다. 내 설정은 LNB, 위성 파인더 (신호 강도를 포착하기 위해), Arduino 및 PC의 작은 소프트웨어와 함께 위성 접시를 사용합니다.

Arduino는 몇 개의 서보를 제어하고 satfinder에서 신호 강도를 읽습니다. PC는 Arduino에게 접시의 조준 위치를 알려주고 개별 판독 값을 비트 맵으로 어셈블합니다.

스캐너입니다. SatScanner

이것은 내 집에서 남쪽을 향한 하늘의 모습입니다. South view

그 사진에서 세 개의 위성을 볼 수 있습니다. 게인이 너무 높았으므로 세부 정보가 없습니다. 일반 사진에서는 "과다 노출"이라고합니다. 오른쪽 아래 구석에 보이는 부분에 약간의 반사가있을 정도로 게인이 충분히 높았습니다.

이것은 내 차고의 반과 반입니다. Garage

그림에 보이는 것과 스캐너에 보이는 것을 맞추기가 어렵습니다. 오른쪽 부분은 광학적 관점과 전혀 다릅니다. 울타리 앞에는 쓰레기통 한 줄이 있지만 앉은 스캔보기는 이상하게 보입니다. 왼쪽의 세로선은 벽의 가장자리이며 검은 색의 세로선은 펜스의 간격에서 비롯된 것입니다.

나는 며칠 안에 앉아있는 파인더 부분을 개선하는 방법에 대한 몇 가지 질문을 다시 게시 할 것입니다. 나는 보통 미터를 구동하는 전압을 두드렸다. 그것은 (분명히) 작동하지만 어두운 영역을 검은 색으로 만드는 임계 값을 가지고 있습니다. 그래도 먼저 회로를 추적해야합니다.

몇 개의 서보와 신호 강도를위한 증폭기가있는 간단한 다이오드 검출기와 함께 지향성 안테나 (프링 글 안테나 일 수 있음)를 사용하여 2.4GHz와 같은 것을 구축 할 수 있어야합니다.

위성 탐지기 설정을 사용하여 2.4GHz를 감지 할 수도 있습니다. 모든 것이 충분한 게인을 가지고 있고 충분히 가까이 있으면 감지하고 측정하기에 충분한 대역 외 신호를 포착 할 수 있습니다. 시도해 볼 것입니다-여기 WLAN이 있으므로 살펴볼 가치가 있습니다.


신호 강도 검출기로 사용하고있는 SF-95 위성 검출기는 0.95GHz ~ 2.4GHz 등급이므로 WiFi 칸 테나를 직접 연결할 수 있어야합니다.


잘 하셨어요! 나란히 광학 카메라 사진을 게시하십시오! 앉은 파인더는 비콘 주파수에만 민감 할 수 있지만 열 잡음 전력은 ~ 1 ~ 1GHz의 전체 대역을 커버합니다. 시스템은 더 넓은 대역폭 검출기, 심지어 작은 증폭기라도 RF 다이오드는 100 MHz를 커버 할 수 있습니다. 그러면 그림을 C 또는 F로 보정 할 수 있어야합니다.
— tomnexus

또한 최소 2 D² / lambda 떨어진 장면 (예 : 30m 이상)을 조준하십시오. 그렇지 않으면 필드 근처에 있거나 광학적 측면에서 접시의 초점이 맞지 않습니다.
— tomnexus
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