Как определить направление на источник радиоволн?

[Cars]

Как определить направление на источник электромагнитных волн (радиоволн)? Частота э/м волны несколько ГГц. Излучателем может быть Wi-Fi точка, антенна мобильного оператора или любой другой источник. Для устройства определения направления э/м волн могут быть использованы любые антенны (волновой канал, направленная антенна, дипольная антенна и т.д), главное чтобы эти антенны были доступны, т.е. в свободной продаже.

Есть идея:
1) установить 3 направленные антенны перпендикулярно друг к другу как оси координат XYZ. (Надо подумать какой именно тип антенны и с какими характеристиками).
2) Считывать сигнал с выхода каждой антенны (Интересно как именно считать? И какую характеристику сигнала? Видимо амплитуду или среднюю мощность).
3) Принять что характеристики, считанные по каждой из трех антенн, являются компонентами радиосигнала по X, Y и Z. Тогда определить направление самого сигнала не составит труда.

Но это всё домыслы неспециалиста. Хотелось бы узнать мнение участников Форума.

[wrest]

Cars в сообщении #1562792 писал(а):

Но это всё домыслы неспециалиста. Хотелось бы узнать мнение участников Форума.

Стационарно, без механического вращения, это можно сделать при помощи антенной фазированной решетки (это если самолёты сбивать, они там когда далеко ещё летят, по углу места небольшой разброс), но и там будут ограничения по углам. Почему вы думаете радары вращаются? :)
Вам надо два угла: угол места (выше-ниже) и азимут (север-юг). Обычно радары вращают (механически) по азимуту, а по углу места сканируют фазировкой решетки. Но если диапазон азимутов небольшой, а решетка большая, то можно все фазировкой (и то и другое).

Cars в сообщении #1562792 писал(а):

3) Принять что характеристики, считанные по каждой из трех антенн, являются компонентами радиосигнала по X, Y и Z. Тогда определить направление самого сигнала не составит труда.

Составит :) Ну и координат, для направления, у вас таки две а не три. Третья нужна была бы если бы вы хотели ещё расстояние до источника определять. Но при пассивном способе (только антеннами, без помощи самого источника сигнала) это только угломерным способом, а значит антенны надо будет разносить на существенное расстояние.

Ну, для простоты и зримости, представьте что вам надо определить направление откуда приходит не несколько гигагерц, а скажем несколько сотен терагерц, например неподалёку зажигается лампочка зеленого цвета (известен сам цвет, ну скажем длина волны). Как бы вы поступили (читерить, просто смотря глазами, нельзя)?
Что будете делать если дампочек зажигается три или десять?

[Cars]

wrest в сообщении #1562794 писал(а):

Почему вы думаете радары вращаются? :)

Думаю, потому что надо, в первую очередь, генерировать электромагнитный луч. В моем случае никакой генерации, только прием от сторонних источников. Надеюсь для такого случая должно быть более простое решение.

[Pphantom]

А почему, собственно, антенну нельзя вращать? В описанном случае это сильно усложняет задачу.

[wrest]

Cars в сообщении #1562804 писал(а):

Думаю, потому что надо, в первую очередь, генерировать электромагнитный луч.

Антенне, по большому счету, все равно: излучать или принимать :) Но нет, не поэтому. Вращают их, как раз чтобы определить направление прихода сигнала, а определяют направление по углу, при котором сигнал максимален. Можно вращать "виртуально", это как раз делается в фазированных антенных решетках, но угол отклонения направления приема там ограничен (ну не знаю, 30 градусов от перпендикуляра, например). Короче, решётку вы все равно не сделаете, там все сложно, много науки, СВЧ-схемотехники и настройки. Так что для проекта класса "очумелые ручки" из посильного остается только старое доброе механическое сканирование.

Примерно, но только по горизонтали, направление приема/передачи могут вращать многоантенные wifi роутеры. Вернее как, не поризонтали, а в плоскости перпендикулярной собственно штырям антенн. Но там, я думаю, точность очень плохая. А вам, кстати, какая нужна?

[Cars]

Pphantom в сообщении #1562808 писал(а):

А почему, собственно, антенну нельзя вращать? В описанном случае это сильно усложняет задачу.

wrest в сообщении #1562814 писал(а):

для проекта класса "очумелые ручки" из посильного остается только старое доброе механическое сканирование.

Механическое вращение не даст результат. Дело в том, что источник излучает не постоянно, а выдает несколько кратковременных импульсов в день, выводя на время домашнюю сеть Wi-Fi. Возможно пакостничает кто-то из соседей, используя э/м пушку. А может это какой-то радио-объект, АТС, мобильный оператор. В данном случае направление может найти только стационарная система.

-- Вт авг 16, 2022 11:42:44 --

wrest в сообщении #1562814 писал(а):

Примерно, но только по горизонтали, направление приема/передачи могут вращать многоантенные wifi роутеры. Вернее как, не поризонтали, а в плоскости перпендикулярной собственно штырям антенн. Но там, я думаю, точность очень плохая. А вам, кстати, какая нужна?

Хотя бы плюс-минус 5 градусов.

[wrest]

Cars в сообщении #1562835 писал(а):

выдает несколько кратковременных импульсов в день,

Cars в сообщении #1562835 писал(а):

Хотя бы плюс-минус 5 градусов.

Если импульсы и кратковременно и редко, то на мой взгляд, малореально вычислить направление "подручными" средствами. Все равно придётся механически, день за днём уточняя направление. А перед этим ещё долго калибровать вашу систему. И то, это если источник неподвижен и дело происходит на открытом воздухе (т.е. ваш домашний вайфай ломается от "прямого" луча а не переотражений). Грубо говоря, вам надо будет сделать что-то типа фасеточного глаза стрекозы - несколько направленных немного в разные стороны (с не очень большим углом расхождения) одинаковых (т.е. нормированных так что дают одинаковый отклик на сигнал той же мощности) антенн. Это "механическая" часть, а нужна ещё программная -- записывать и потом анализировать. Вы же не знаете когда именно придет сигнал...

Грубо говоря, в аналогии с видимым светом, если бы вы знали что в каком-то месте на секунду включается зеленая лампа, которая мешает вам жить, то вы бы поставили видеокамеру и какую-то программу которая анализирует запись. Видеокамера в этой аналогии - это несколько миллионов узконаправленных антенн, в высокой степени одинаковых. Но свет очень удобен -- он распространяется по прямой и хорошо отражается только зеркалами, и не проходит сквозь стены и другие препятствия. А вайфай... пути его неисповедимы :)

[Cars]

wrest в сообщении #1562838 писал(а):

вам надо будет сделать что-то типа фасеточного глаза стрекозы - несколько направленных немного в разные стороны (с не очень большим углом расхождения) одинаковых (т.е. нормированных так что дают одинаковый отклик на сигнал той же мощности) антенн. Это "механическая" часть, а нужна ещё программная -- записывать и потом анализировать.

С регистрацией сигналов и программным анализом проблем не будет. Проблема только "механическая" часть - антенная ))
Идею Вы подали интересную - расположить веером одинаковые по всем параметрам направленные антенны. Думаю должно сработать. Можете дать какие-нибудь рекомендации по поводу выбора направленных антенн?

Погуглил, одних только внешних направленных Wi-Fi-антенн множество типов:

Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.

Секторные антенны
Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.

Антенны "волновой канал"
Антенны типа "волновой канал" (или антенны Уда - Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна "волновой канал" из активного элемента - вибратора - и пассивных элементов - рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.

Сегментно-параболические антенны
Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.

Панельные антенны
Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.

ССЫЛКА

[upgrade]

wrest в сообщении #1562838 писал(а):

а нужна ещё программная -- записывать и потом анализировать

Припаять на антенны светодиоды, поместить в темноту и включить фотоаппарат на длительную выдержку - по яркости засветки определить направление, правда направление непонятно на что (какой сигнал ярче зажигает светодиоды неизвестно).

[wrest]

Cars в сообщении #1562857 писал(а):

Можете дать какие-нибудь рекомендации по поводу выбора направленных антенн?

Ну у меня в голове крутилось, что нужны будут рупорные, типа http://crit1.ru/2022/04/17/%D0%BF%D1%80 ... %80%D0%BE/ или что-то такое: http://dl2kq.de/ant/3-56.htm что будет, как говорится, дешево и сердито: тут уже говорят о диаграмме направленности по -3дБ шириной 15-18 градусов что близко к тому, что вы хотите.
Или сегментно-параболические, ну тут наверное по деньгам надо смотреть...
Остальные по направленности не очень. Насчет волнового канала я не уверен: вы же их рядом будете ставить, они будут влиять друг на друга.
Это на 2,4ГГц, ещё вайфай бывает на 5ГГц, там другие размеры рупора будут (можно поменьше делать).

Естественно, это всё вам надо будет испытать в поле, чтобы убедиться, что оно работает.

[LLeonid3]

Cars, направленные антенны требуют управления, вам нужен массивчик из нескольких не направленных простых антенн (например четверть волновых вертикалов и анализ фазы приходящего сигнала от каждой антенны.
(Кстати многие роутеры имеют по три шт. таких антенн именно с целью определить направление на сигнал и давать ответ в его сторону).
Небольшая программка для иллюстрации: https://disk.yandex.ru/d/bg0jQ3vg5mK_Gw
(Исходник приложен)

[wrest]

LLeonid3
Можете оценить достигаемую этим точность определения направления?
Фазу какого сигнала будем вычислять? Мы не знаем о сигнале ничего кроме того, что он большой мощности (достаточной чтобы "глушить" домашний вайфай).

[LLeonid3]

wrest, три антенны в ряд на расстоянии между ними ~0.8 длины волны имеют от лепестки излучения с углом от 45 до 90 угловых градуса. Два десятка таких антенн по кругу обеспечат лепесток 8 гр.
Для анализа фаз сигнала от антенн в домашних условиях требуется перенос в низкочастотную область с последующей записью и обработкой на компьютере.
(Если бы у меня роутер "глушился" посторонним излучением, первым делом проверил микроволновку на кухне на предмет целостности её экранов, особенно на дверце.)

[wrest]

LLeonid3 в сообщении #1562877 писал(а):

Для анализа фаз сигнала от антенн в домашних условиях требуется перенос в низкочастотную область с последующей записью и обработкой на компьютере.

Ну то есть там не оцифровка прям на 2.4ГГц (типа с частотой 24ГГц), а просто амплитуда нужна, никаких ФАПЧ и прочего, просто огибающая. А разрешение по времени хотя бы соответствующе расстоянию между штырями чтобы видеть на какой раньше упало на какой позже и насколько, то есть как раз 1/2.4ГГЦ что-то около сотен пикосекунд, я правильно понимаю расклад?
Просто если у вас есть длительный сигнал, синус там какой-нибудь, вы на него настроились и как-то можете посчитать смещение фаз между штырями, это одно. А если импульс короткий - это же другое. Ну как короткий, наверное порядка десятых долей-единиц секунд, иначе чего бы вайфаю домашнему ломаться.
Ну не знаю, мне идея решётки своими руками показалась утопической сразу. Хотя я по ним специалист по образованию (но это было давно, может что изменилось за 25 лет).

LLeonid3 в сообщении #1562877 писал(а):

Если бы у меня роутер "глушился" посторонним излучением, первым делом проверил микроволновку на кухне на предмет целостности её экранов, особенно на дверце.

Ну тут я думаю ТС бы заметил корреляцию. А вот если у соседа по дому утекает... То понять при помощи антенн у какого именно соседа, мне кажется будет очень затруднительно.

[artur_k]

Думаю, четыре антенны с кардиоидной диаграммой направленности, направленные по четырем сторонам света, позволят по соотношению уровней продетектированного сигнала определить направление по азимуту. Вот только вряд ли такие антенны доступны в свободной продаже.