Puis-je améliorer la directivité d'un module radar en bande X avec une antenne plane intégrée?

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Beaucoup de détails fournis au cas où cela serait nécessaire.

Je continue de bricoler avec des capteurs de proximité à distance pilotés par un Arduino (et finalement juste une puce ATMEGA * et ses copains de sécurité) et j'ai un assez bon prototype jusqu'à présent. Il capte le mouvement comme le module PIR et le signale, que l'Arduino transforme en un coup mécanique via un solénoïde 5V. Le module PIR ne fonctionne pas derrière du verre isolé (comme prévu) et en faire une unité extérieure nécessite plus de travail (et de gestion de l'alimentation pour les batteries) que je ne suis prêt à investir pour le moment.

Pour simplifier les choses, j'ai décidé d'essayer un module radar en bande X afin de pouvoir garder les unités à l'intérieur et éviter l'étanchéité. L'attrait de pointer un appareil à micro-ondes à travers un mur de briques pour détecter le mouvement était assez puissant. :-) J'utilise ce module Parallax ( fiche technique ).

Le problème est que l'appareil capte des mouvements derrière lui en plus de tout ce qui se trouve du côté de l'antenne, même avec le potentiomètre de sensibilité réglé à fond. En regardant la fiche technique (et en voyant les graphiques représentant son domaine - je ne connais pas la terminologie), il semble que ce soit un comportement attendu. CEPENDANT, je veux le focaliser dans un faisceau orienté vers l'avant (par rapport à l'appareil) afin de pouvoir le viser à l'extérieur.

J'en sais assez pour comprendre que j'ai besoin d'une sorte de guide d'ondes, mais chaque tentative de bloquer son dos avec du métal (papier d'aluminium, une canette de coca découpée et une pièce conique de suspension des années 1950 que j'ai remplacée par un ventilateur de plafond) a échoué. Le module continue de capter le mouvement derrière lui. J'ai même enfermé le tout dans un boîtier de projet en aluminium juste pour vérifier que je peux effectivement l'aveugler. Il semble en quelque sorte aller directement à travers l'enceinte et reprendre le mouvement de toute façon. C'était inattendu. Je soupçonnais une interférence, mais la détection coïncide UNIQUEMENT avec un mouvement réel.

Alors: qu'est-ce qui fait un bon guide d'onde? Comment aborderiez-vous le problème de la focalisation d'un radar doppler à impulsions sur un faisceau raisonnablement étroit pour la détection de mouvement? Merci pour tout aperçu que vous pouvez offrir. Je suis heureux d'être plus précis ou de clarifier tout ce qui précède.

Remarque: je suis sûr que le sujet pourrait probablement être plus précis, mais c'est mon premier projet d'électronique et je préfère être vague que incorrectement confus. : -}

Addendum sur les interférences:

  • Je ne suis toujours pas convaincu qu'il n'y ait aucune sorte d'interférence. Comme je n'ai pas (encore) d'oscilloscope, je ne sais pas comment tester cette théorie.

  • Ce fil semble suggérer que mon approche est défectueuse: apparemment l'état du module devrait être lu à partir d'une broche analogique avec des seuils de bruit et de temps. Je l'ai lu sur une broche numérique HIGH / LOW.

Joshua Nozzi
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Merci, DrFriedParts, pour une bien meilleure ligne d'objet. :-)
Joshua Nozzi

Réponses:

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L'antenne Patch-Plane

L'antenne en question est appelée antenne patch-plan (ou plane-patch) - une antenne patch avec un plan de référence derrière elle. Vous pouvez le voir ici (les quatre carrés verts plus clairs près des coins).

entrez la description de l'image ici

Selon la fiche technique, la directivité ressemble à ceci:

entrez la description de l'image ici

Derrière, sa capacité de détection est environ 63 fois plus faible en supposant que vous êtes au même niveau que lui. Si vous n'êtes pas au même niveau, il est plus de 250 fois plus faible.

Alors ... peut-être que vous le montez haut et l'inclinez vers le bas. Cela vous aidera également à contrôler la portée de détection.

Vous devez également être conscient et éviter les reflets. La RF est juste EM (comme la lumière) et elle rebondit aussi! ... en particulier les métaux et les solutions électrolytiques liquides (comme l'eau salée).

Le réflecteur

Un guide d'onde n'aidera pas. Ce dont vous avez besoin ici, c'est d'un réflecteur. Je suis sûr que vous avez déjà vu une antenne parabolique. C'est son but: recentrer le lobe arrière vers l'avant et réduire les lobes latéraux (par exemple améliorer la directivité).

entrez la description de l'image ici

En concevoir un dépasse le cadre de ce que je vais répondre ici. Si vous choisissez de poursuivre avec une approche de réflecteur, posez à nouveau vos questions plus spécifiques, @ référencez-moi, et je répondrai plus en détail.

Approche du volume de recherche initial

En fait, j'ai inventé une architecture RADAR spécialement conçue pour faire face à ce type de scénario appelé interférométrie relative assistée par angle d'arrivée (ARI) et j'ai écrit quelques articles universitaires sur le sujet ( [A] , [B] , [C] , etc). Une implémentation complète est probablement au-delà de vous (et exagérée pour votre application), mais voici l'idée de base:

entrez la description de l'image ici

Vous pouvez chevaucher partiellement plusieurs modules et corréler leurs détections pour rejeter les cibles hors zone d'intérêt. Vous pouvez ainsi créer une belle zone de détection ciblée. Dans ARI, cette région d'intersection s'appelle le volume de recherche initial (ISV).

En conclusion...

Bonne chance! Projet soigné.

Note rapide (merci @AndrejaKo!):

Notez que si quelqu'un utilise @ pour vous référencer dans une question dans laquelle vous n'avez pas posté auparavant, vous ne recevrez pas de notification. La meilleure option serait de placer la référence ici ou d'utiliser le @ dans le chat.

DrFriedParts
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Merci, cela me donne des trucs à Google. Je vois que le problème est un peu plus complexe que ce à quoi je m'attendais, mais au moins j'ai la terminologie appropriée à rechercher maintenant.
Joshua Nozzi
Ah les joies de l'électromagnétisme ... ;-)
DrFriedParts
En tant qu'ingénieur logiciel professionnel qui est devenu un peu blasé, je fait plaisir d' être à une perte presque complète avec un nouveau sujet / passe - temps. Beaucoup pour apprendre et garder mon occupation.
Joshua Nozzi
@DrFriedParts Notez que si quelqu'un utilise @ pour vous référencer dans une question dans laquelle vous n'avez pas posté auparavant, vous ne recevrez pas de notification. La meilleure option serait de placer la référence ici ou d'utiliser le @ dans le chat.
AndrejaKo
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Il est très probable que les lobes arrière / latéraux de l'antenne elle-même ne soient pas le problème. Tout objet dans le lobe principal peut également réfléchir / diffuser l'énergie micro-ondes, en la redirigeant vers la zone située derrière l'antenne (et vice-versa).

Vous dites que vous envoyez vos micro-ondes à travers un mur de briques. Les caractéristiques diélectriques de briques sont très différentes de celles de l' air (sans parler des montants du mur, des clous / vis, fils et / ou des tuyaux, etc.) et cette discontinuité d'impédance va refléter une partie de l'énergie qui frappe, tout comme la surface en verre d'un prisme réfléchit et réfracte la lumière.

Dave Tweed
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Merci, bon à savoir. Pour le moment, il est assis sur mon bureau, dirigé loin de moi plutôt que directement sur un mur. Même dirigé vers ma fenêtre (partie en verre uniquement), il détecte toujours le mouvement par derrière. Je pensais que je construirais un meilleur piège à souris (que PIR) mais j'avoue que je n'avais pas envisagé la dispersion du signal.
Joshua Nozzi
Ajout: le lien que j'ai trouvé concernant le filtrage du bruit est-il toujours une bonne piste à suivre?
Joshua Nozzi
Gardez à l'esprit que la largeur de faisceau du lobe principal est de l'ordre de 120 degrés, donc à moins que vous ne soyez très proche de la fenêtre, rien n'empêche le mur dans lequel la fenêtre est montée de refléter l'énergie vers vous.
Dave Tweed
Il semble donc que ce sera un non-usage pour mon objectif (un fil de détection de mouvement destiné à un emplacement de la propriété). Je suppose que je suis tombé dans le jargon des ventes de gee-whiz "Détecter à travers les murs! Détecter les licornes!" ;-)
Joshua Nozzi
@Joshua - Cela peut fonctionner, il n'est tout simplement pas intrinsèquement super sélectif. Si vous souhaitez localiser une cible plutôt que de regarder le mouvement dans son ensemble, vous vous placez dans le domaine des systèmes RADAR. Il existe de nombreuses techniques pour améliorer la directivité, mais vous devrez faire plus que simplement modifier l'antenne intégrée dans votre module ... Ce pourrait être une bonne tactique de simplement jouer avec et de voir si vous pouvez vivre avec quelques faux positifs . Vous avez une grande expérience logicielle, essayez différentes stratégies de filtrage logiciel. J'ai ajouté quelques idées à ma réponse au cas où vous seriez ambitieux.
DrFriedParts