En smiley-ansiktsformad antenn (vänster) identifieras korrekt med en ny metod för att passivt lokalisera radiovågskällor (höger). Upphovsman:Aaron Diebold, Duke University
Elingenjörer vid Duke University har tagit fram en billig metod för att passivt lokalisera källor till radiovågor som Wi-Fi och mobilkommunikationssignaler.
Deras teknik kan leda till billiga enheter som kan hitta radiovågsenheter som mobiltelefoner eller Wi-Fi-sändare, eller kameror som tar bilder med radiovågorna som redan studsar runt omkring oss.
Resultaten visas online den 12 maj i tidningen Optica .
"I det här papperet uppnådde vi spektrala bilder av mikrovågsbruskällor själva, vilket innebär att vi kan hitta radio- och mikrovågskällor, som antenner, samtidigt som de karakteriserar vilka frekvenser de sänder ut, "sade Aaron Diebold, en forskningsassistent inom el- och datateknik på Duke, som ledde forskningen. "Vid optiska frekvenser, det skulle vara som att få en färgbild av ett hett föremål som en spisbrännare. Även om det är ganska enkelt optiskt, det krävs olika tekniker inom radio- och mikrovågsregimen. "
Det är redan möjligt att hitta källor för dessa typer av vågor, men den teknik och utrustning som krävs är komplex. Sådana enheter använder traditionellt en rad olika små, krafthungriga antenner som gör att dessa enheter blir skrymmande och dyra. Och eftersom radiovågor är så mycket större än ljusvågor, metoderna som används i optiska frekvenser är oöverkomligt komplexa och skulle resultera i extremt stora detektorer och andra maskiner.
Exempel på radiovågor som `` stämplas '' av en metamaterialkodad bländare, vilket gör det möjligt för forskare att göra mätningar med mindre data och att identifiera frekvensen av radiovågorna. Upphovsman:Aaron Diebold, Duke University
I det nya papperet forskarna vänder sig istället till metamaterial. Metamaterial är syntetmaterial som består av många individuella konstruerade funktioner, som tillsammans producerar egenskaper som inte finns i naturen genom sin struktur snarare än deras kemi. I detta fall, metamaterialet är en samling av rutor som innehåller inlagda trådar i specifika former som kan justeras dynamiskt för att interagera med radiovågor som passerar genom dem.
Genom att ha några rutor kan radiovågor passera igenom och andra som blockerar dem, forskarna kan skapa det som kallas en kodad bländare.
"Vi använder de olika mönstren för att koda data till en enda mätning, vilket ökar signalstyrkan i förhållande till vad du skulle få med bara en enda, liten antenn, "sade Mohammadreza Imani, en forskare vid Duke som kommer att ansluta sig till Arizona State University som biträdande professor i el- och datateknik senare i år. "Vi använder också metamaterialen för att" stämpla "olika datafrekvenser, vilket gör att vi kan reta isär dem. "
För att förstå hur en kodad bländare ökar signalen, överväga grundskoleförsöket att titta på en solförmörkelse genom att använda ett hål i kartong för att skapa en bild på trottoaren. Som alla som någonsin gjort detta vet, desto mindre hål, ju skarpare detaljerna i förmörkelsen. Men ett mindre hål gör det också svagare och svårare att se.
Lösningen är att göra många små hål för att skapa en rad förmörkelser, och sedan för att använda en dator för att rekonstruera dem till en enda bild. På så sätt får du skärpan i det lilla pinhålet med ljusstyrkan i ett stort pinhål. Nyckeln är att känna till hålmönstret - även känt som den kodade bländaren - som forskarna styr med metamaterialen.
Den gröna experimentella metamaterialenheten som "stämplar" inkommande radiovågor för att hjälpa forskare att hitta sin källa. Upphovsman:Aaron Diebold, Duke University
Metamaterialen modulerar också olika frekvenser olika när de passerar genom den kodade bländaren, vilket gör det möjligt för forskarna att härleda frekvenserna av de vågor som detekteras.
Forskarna demonstrerade användbarheten av detta tillvägagångssätt i tidningen. De visade först att de kan "se" och identifiera formen av radiovågor som avges av en smiley-formad antenn. De visade sedan att deras system kan fungera i den verkliga världen genom att lokalisera radiovågskällor i tre dimensioner i förhållande till varandra.
Forskarna planerar att fortsätta förfina sina metoder i hopp om att så småningom kunna ta "bilder" av föremål och scener med inget annat än att radiovågorna studsar av dem.
"Passiv avbildning sker i situationer där du inte kontrollerar källan, som att ta ett foto med ljus från solen eller glödlampor, "sa David R. Smith, James B. Duke Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering vid Duke. "Vid mikrovågsfrekvenser, det finns massor av signaler som studsar runt hela tiden. Dessa omgivande RF -vågor kan ge tillräckligt med belysning för att en metasurface -imager kan rekonstruera bilder med hjälp av de tekniker som beskrivs i denna forskning. "
