¿Puedo mejorar la directividad de un módulo de radar de banda X con antena de parche plano integrada?

Muchos detalles proporcionados en caso de que sea necesario.

Continúo jugando con sensores de proximidad remotos impulsados ​​por un Arduino (y eventualmente solo un chip ATMEGA* y sus compañeros de seguridad) y hasta ahora tengo un prototipo bastante bueno. Capta el movimiento al igual que el módulo PIR y señala lo mismo, que el Arduino convierte en un golpeteo mecánico a través de un solenoide de 5V. El módulo PIR no funciona detrás de un vidrio aislante (como era de esperar) y convertirlo en una unidad exterior requiere más trabajo (y administración de energía para las baterías) de lo que estoy dispuesto a invertir en este momento.

Para simplificar las cosas, decidí probar un módulo de radar de banda X para poder mantener las unidades en el interior y evitar la impermeabilización. El atractivo de apuntar un dispositivo de microondas a través de una pared de ladrillos para detectar movimiento era bastante poderoso. :-) Estoy usando este módulo Parallax ( hoja de datos ).

El problema es que la unidad detecta movimiento detrás de ella además de cualquier cosa del lado de la antena, incluso con el potenciómetro de sensibilidad ajustado al mínimo. Mirando la hoja de datos (y viendo los gráficos que representan su campo, no conozco la terminología), parece ser el comportamiento esperado. SIN EMBARGO, quiero enfocarlo en un haz que mire hacia adelante (en relación con el dispositivo) para poder apuntarlo hacia afuera.

Sé lo suficiente como para darme cuenta de que necesito algún tipo de guía de ondas, pero todos los intentos de bloquear su parte posterior con metal (papel de aluminio, una lata de Coca-Cola cortada y una pieza cónica de lámpara colgante de la década de 1950 que reemplacé con un ventilador de techo) han fallado. El módulo sigue captando movimiento detrás de él. Incluso encerré todo en un recinto de proyecto de aluminio solo para verificar que, de hecho, puedo cegarlo. De alguna manera parece ir directamente a través del recinto y captar movimiento de todos modos. Esto fue inesperado. Sospeché interferencia, pero la detección SOLO coincide con el movimiento real.

Entonces: ¿qué es una buena guía de ondas? ¿Cómo abordarían el problema de enfocar un radar Doppler de pulso en un haz razonablemente estrecho para la detección de movimiento? Gracias por cualquier idea que pueda ofrecer. Me complace ser más específico o aclarar cualquiera de los anteriores.

Nota: Estoy seguro de que el tema probablemente podría ser más específico, pero este es mi primer proyecto de electrónica y prefiero ser vago que confuso incorrecto. :-}

Apéndice de interferencia:

  • Todavía no estoy convencido de que no esté ocurriendo algún tipo de interferencia. Como no tengo osciloscopio (todavía), no estoy seguro de cómo probar esta teoría.

  • Este hilo parece sugerir que mi enfoque es defectuoso: aparentemente, el estado del módulo debe leerse desde un pin analógico con umbrales de ruido y tiempo. Lo he estado leyendo en un pin digital ALTO/BAJO.

Gracias, DrFriedParts, por una línea de asunto mucho mejor. :-)

Respuestas (2)

La antena de plano de conexión

La antena en cuestión se llama antena de parche plano (o plano de parche), una antena de parche con un plano de referencia detrás. Puedes verlo aquí (los cuatro cuadrados verdes más claros cerca de las esquinas).

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De acuerdo con la hoja de datos, la directividad se ve así:

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Desde atrás, su capacidad de detección es aproximadamente 63 veces más débil, suponiendo que esté al mismo nivel que él. Si no está en el mismo nivel, es más de 250 veces más débil.

Entonces... quizás lo montes alto y lo inclines hacia abajo. Esto también le ayudará a controlar el rango de detección.

También debe tener en cuenta y tratar de evitar los reflejos. ¡RF es solo EM (como la luz) y también rebota! ...especialmente metales y soluciones electrolíticas líquidas (como agua salada).

el reflector

Una guía de ondas no ayudará. Lo que necesitas aquí es un reflector. Estoy seguro de que has visto una antena parabólica antes. Ese es su propósito: reenfocar el lóbulo posterior hacia adelante y reducir los lóbulos laterales (por ejemplo, mejorar la directividad).

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Diseñar uno está más allá del alcance de lo que responderé aquí. Si elige continuar con un enfoque reflector, pregunte nuevamente con sus preguntas más específicas, @remítame y le responderé con más detalle.

Enfoque del volumen de búsqueda inicial

En realidad, inventé una arquitectura de RADAR diseñada específicamente para lidiar con este tipo de escenario llamado Interferometría relativa asistida por ángulo de llegada (ARI) y escribí algunos artículos académicos sobre el tema ( [A] , [B] , [C] , etc). Una implementación completa probablemente esté fuera de su alcance (y excesiva para su aplicación), pero esta es la idea básica:

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Puede superponer parcialmente varios módulos y correlacionar sus detecciones para rechazar objetivos fuera del área de interés. Puede crear una bonita zona de detección enfocada de esta manera. En ARI, esa región de intersección se llama Volumen de búsqueda inicial (ISV).

En conclusión...

¡Buena suerte! Proyecto limpio.

Nota rápida (¡gracias @AndrejaKo!):

Tenga en cuenta que si alguien usa @ para referirse a usted en una pregunta en la que no ha publicado antes, no recibirá una notificación. Una mejor opción sería colocar la referencia aquí o usar la @ en el chat.

Gracias, eso me da algunas cosas para Google. Veo que el problema es un poco más complejo de lo que anticipé, pero al menos tengo la terminología adecuada para buscar ahora.
Ah, los placeres del electromagnetismo... ;-)
Como ingeniero de software de carrera que se ha vuelto un poco hastiado, en realidad disfruto estar casi completamente perdido con un nuevo tema/pasatiempo. Mucho para aprender y mantener mi ocupado.
@DrFriedParts Tenga en cuenta que si alguien usa @ para referirse a usted en una pregunta en la que no ha publicado antes, no recibirá una notificación. Una mejor opción sería colocar la referencia aquí o usar la @ en el chat.

Es muy probable que los lóbulos traseros/laterales de la antena no sean el problema. Cualquier objeto en el lóbulo principal también puede reflejar/dispersar energía de microondas, redirigiéndola al área detrás de la antena (y viceversa).

Dices que estás enviando tus microondas a través de una pared de ladrillos. Las características dieléctricas del ladrillo son muy diferentes de las del aire (sin mencionar los montantes de pared, clavos/tornillos, cables y/o tuberías, etc.) y esta discontinuidad de impedancia reflejará parte de la energía que incide sobre él, al igual que la superficie de vidrio de un prisma refleja y refracta la luz.

Gracias, es bueno saberlo. Por el momento, está sentado en mi escritorio apuntando lejos de mí en lugar de directamente a una pared. Incluso dirigido a mi ventana (solo la parte de vidrio), todavía detecta movimiento desde atrás. Pensé que construiría una mejor trampa para ratones (que PIR), pero admito que no había considerado la dispersión de señal.
Agregando: ¿el enlace que encontré con respecto al filtrado de ruido sigue siendo una buena pista a seguir?
Tenga en cuenta que el ancho del haz del lóbulo principal es del orden de 120 grados, por lo que, a menos que esté muy cerca de la ventana, no hay nada que impida que la pared en la que está montada la ventana refleje la energía hacia usted.
Por lo tanto, casi parece que esto no será posible para mi propósito previsto (cable trampa de detección de movimiento dirigido a una ubicación de la propiedad). Supongo que me enamoré de la jerga de ventas gee-whiz "¡Detecta a través de las paredes! ¡Detecta unicornios!" ;-)
@Joshua: puede funcionar, simplemente no es inherentemente súper selectivo. Si desea localizar un objetivo en lugar de observar el movimiento en términos generales, está aterrizando en el ámbito de los sistemas RADAR. Existen muchas técnicas para mejorar la directividad, pero tendrá que hacer algo más que ajustar la antena integrada en su módulo... De hecho, podría ser una buena táctica jugar con ella y ver si puede vivir con algunos falsos positivos. . Tiene mucha experiencia en software, así que pruebe varias estrategias de filtrado suave. Agregué algunas ideas más a mi respuesta en caso de que seas ambicioso.
Gracias de nuevo por las lúcidas explicaciones, señores. Sin duda es un rompecabezas divertido que exploraré, pero para mis propósitos (evitar la impermeabilización y el ajuste de energía para un nodo de sensor externo) definitivamente es excesivo. :-) Esto al menos me ha mostrado que hay muchas más complejidades que no había tenido en cuenta y que mi enfoque actual no es óptimo. Tomaré el camino de menor resistencia (¿ves lo que hice allí?) y esperaré a que un par de recintos resistentes a la intemperie lleguen hasta mí. PIR, a pesar de todas sus fallas, es más barato y más fácil.
Se quedó sin espacio. Si el nodo está montado en el sofito y apunta hacia abajo, debería eliminar la mayor parte de la interferencia solar y seguir teniendo un rango de detección lo suficientemente amplio para cumplir su propósito (advertencia sin alarma de alguien que se acerca a la casa).
@Joshua Nozzi Estos módulos (placas) no están aprobados por la FCC. Están diseñados para cumplir con las normas y reglamentos de la Parte 15 de la FCC. No están en forma de producto terminado. Están estrictamente destinados a fines experimentales únicamente. Si desea utilizar estos módulos en una capacidad no experimental, el módulo primero debe diseñarse en el producto y luego todo el producto debe ser aprobado por la FCC. FCC Parte 15: recorte... Los dispositivos, como los sistemas de protección perimetral que deben medirse en el sitio de instalación, deben tener verificación de las tres primeras instalaciones... recorte
@Joshua Nozzi, perdón por la banda equivocada... Quise decir 10,52x GHz. Hay varias otras regulaciones que deberá cumplir si esto se convierte en una instalación permanente y no solo en un experimento.
Estas son cosas buenas para saber. Sospechaba que podría tener problemas con el módulo y las regulaciones de la FCC. Parece que es más problema de lo que vale para un proyecto personal. No planeo producir/vender estas cosas (aunque no me opongo), solo intento extender mis sentidos al perímetro de mi casa.
¿Puedo mejorar la directividad de un módulo de radar de banda X con antena de parche plano integrada?
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