¿Puedo construir una cámara sensible a 2,4 GHz?

Question

Quiero construir una cámara oscura como proyecto artístico que produzca fotos de señales WiFi. La idea por ahora es construir una jaula de Faraday de 125cm x 125cm x 125cm (utilizando una malla fina de cobre) con un agujero centrado (de 12,5cm de diámetro) y 20 x 20 placas de cobre en forma de disco como sensores en la parte posterior. ¿Funcionaría esto? ¿La difracción en el agujero destruiría completamente la imagen? ¿Existe algún enfoque alternativo concebible? Gracias.

Answer 1

Bueno, tiene el potencial de funcionar. Habría que revestir el interior con material absorbente de radiofrecuencia, pues de lo contrario las ondas entrantes rebotarían por todas partes.

Utilizar placas de cobre para detectar la potencia de RF probablemente no sea la mejor idea. Yo recomendaría usar antenas wifi reales para ese propósito, cada una conectada a un LNA y a un filtro de paso de banda de 2,4 GHz y a un detector de cristal o de diodo.

Otra opción (probablemente mejor) a considerar sería una configuración phased array. Esto es un poco más complicado, pero no necesitaría la caja o la espuma absorbente de RF. En este caso, usted tomaría un conjunto de antenas (digamos, una rejilla de 4x4, 8x8 o 16x16) y las conectaría a un conjunto de dispositivos llamados matrices Butler. Una matriz Butler es un tipo de red pasiva de formación de haces. Estos dispositivos están formados por acopladores híbridos y desplazadores de fase dispuestos de tal manera que asignan distintos "haces" fuera de la matriz a puertos separados. Básicamente, la idea es que actúan como una lente, salvo que el enfoque se realiza DESPUÉS de que la señal sea captada por las antenas. Para una parrilla de antenas de 4x4, cada matriz de mayordomo requiere 4 acopladores híbridos, y necesitarías 8 matrices: 4 para la horizontal y 4 para la vertical. Tienes suerte de trabajar a 2,4 GHz: es posible construir acopladores híbridos de tamaño razonable a esa frecuencia sólo en cobre en una placa de circuito, lo que permite construir una matriz de mayordomos completa en una sola placa de PC, sin más componentes que los conectores. Sería posible construir matrices de mayordomo de 8 o 16 puertos (tenía que ser una potencia de 2), aunque cuanto más grande sea la matriz, más complicado se vuelve. Las salidas de éstas pasarían por LNAs, filtros de paso de banda de 2,4 GHz y detectores de cristal o de diodo.

Imagen de la interconexión del array de mayordomos para un array de antenas de 8x8:

Answer 2

Puede que tengas suerte con este enfoque que Greg Charvat demuestra utilizando un detector de radio LED y una fotografía de larga exposición.

¡La idea de la obscura es interesante, pero conseguir que la RF se comporte de esa manera suena... un poco loco ja! Sería increíble si se pudiera tener en cuenta y controlar toda la re-radiación y la reflexión que probablemente se produciría.

Sin embargo, si consigues que funcione, ¡seguro que harás la ronda en los blogs de hacking!

Answer 3

Desgraciadamente, te vas a encontrar con un límite en términos de difracción. Sabemos que (al menos para Agujeros ópticos ), la distancia focal ideal para un radio de agujero de alfiler determinado s es s^2/ y el tamaño del punto a esta distancia es de aproximadamente 0.6 s

A partir de ellos, podemos determinar que para una resolución dada n con un campo de visión "normal" (piense en n como la anchura o la altura de la imagen en píxeles), la distancia focal necesaria es de aproximadamente 0.5 n^2 y el tamaño del orificio será 1.3 n .

Para 2,4 GHz, la longitud de onda es de unos 12,5 cm. Por lo tanto, si quieres una mísera imagen de 16 × 16, necesitas una cámara con una distancia focal de 16 metros, o 52 pies.

---

En última instancia, probablemente acabe utilizando el hecho de que, a diferencia de la luz, podemos leer fácilmente la fase de las ondas de radio entrantes. Pero en ese momento estarás diseñando una antena, no una cámara.

Answer 4

La difracción a través de un agujero pequeño, del tamaño de una longitud de onda, sólo llenará el área detrás de él. Las lentes estenopeicas para la luz tienen el mismo problema. Tu idea funcionaría si la ampliaras, digamos que utilizas un estadio de fútbol con techo metálico, haces un agujero de 10 x 10 m en el techo y colocas sensores en el campo. No es práctico.

¿Por qué no considerar una cámara de un solo píxel? Utilizar una antena parabólica wifi, escaneada mecánicamente a través del entorno, con una tarjeta wifi que registre la intensidad de la señal cada pocos grados de movimiento. Se podría trazar esto sobre una foto panorámica de la escena, un poco como la forma en que se superponen las imágenes astronómicas de radio y ópticas.

Una antena parabólica de 60 cm tiene un ancho de haz de unos 12 grados a 2,4 GHz, por lo que no será una imagen muy nítida, pero ese es el límite fundamental de la física, que se aplica a cualquier otro diseño de cámara simple.

Answer 5

Sólo quería postear y mencionar que la sugerencia de @tomnexus es bastante factible.

Acabo de terminar las primeras pruebas de un equipo similar. Mi configuración utiliza una antena parabólica con LNB, un buscador de satélites (para captar la intensidad de la señal), un Arduino y un pequeño software en un PC.

El Arduino controla un par de servos y lee la intensidad de la señal del buscador de satélites. El PC le dice al Arduino hacia dónde apuntar la antena parabólica, y luego ensambla las lecturas individuales en un mapa de bits.

Este es el escáner:

Esta es la vista del cielo mirando al sur desde mi casa:

Se pueden ver tres satélites en esa imagen. La ganancia estaba muy alta, así que no hay detalles. En una foto normal lo llamarías "sobreexpuesta". Fíjate que la ganancia estaba lo suficientemente alta como para que haya un poco de reflejo de algo visible en la esquina inferior derecha.

Esta es una vista medio dentro y medio fuera de mi garaje.

Es difícil hacer coincidir lo que se ve en la imagen con lo que ve el escáner. La parte de la derecha no se parece en absoluto a la vista óptica. Allí hay una fila de cubos de basura delante de una valla, pero la vista del escáner por satélite se ve de forma extraña. Creo que las líneas verticales del lado izquierdo son los bordes de la pared y que la línea vertical negra realmente clara es de un hueco en la valla.

Volveré a publicar en unos días con algunas preguntas propias sobre cómo mejorar la parte del buscador de satélites. Acabo de intervenir el voltaje que normalmente maneja el medidor. Funciona (obviamente) pero tiene algún tipo de umbral que hace que las zonas más oscuras se vuelvan negras. Aunque primero tendré que trazar el circuito.

Debería ser posible construir algo así para 2,4GHz usando una antena direccional (¿tal vez una antena de lata de pringles?) con un par de servos y un simple detector de diodos con amplificador para la intensidad de la señal.

Incluso podría ser posible detectar los 2,4GHz utilizando la configuración del detector de satélites. Si el conjunto tiene suficiente ganancia y estás lo suficientemente cerca, entonces podría recoger suficiente de la señal fuera de banda para detectar y medir. Lo intentaré también, tengo WLAN aquí, así que podría valer la pena mirarlo.

---

El detector de satélites SF-95 que estoy usando como detector de intensidad de señal está clasificado para 0,95GHz a 2,4GHz, por lo que debería ser posible conectar una antena de WiFi directamente a él.