Их метод может привести к появлению недорогих устройств, которые могут находить радиоволновые устройства, такие как сотовые телефоны или излучатели Wi-Fi, или камеры, которые захватывают изображения с помощью радиоволн, уже отражающихся вокруг нас.
Результаты появятся в Интернете 12 мая в журнале Optica.
«В этой статье мы получили спектральные изображения самих источников микроволнового шума, что означает, что мы можем определять местонахождение радио и микроволновых источников, таких как антенны, и одновременно определять, на каких частотах они излучают», – сказал Аарон Диболд, научный сотрудник по электротехнике и компьютерной инженерии.
Герцог, руководивший исследованием. "На оптических частотах это было бы похоже на получение цветного изображения горячего объекта, например, горелки. Хотя это довольно просто оптически, для этого требуются разные методы в режиме радио и микроволнового излучения."
Обнаружение источников этих типов волн уже возможно, но требуемые методы и оборудование сложны.
В таких устройствах традиционно используется множество маленьких энергоемких антенн, которые делают эти устройства громоздкими и дорогими. А поскольку радиоволны намного больше, чем световые волны, методы, используемые в оптических частотах, чрезмерно сложны и могут привести к созданию чрезвычайно больших детекторов и другого оборудования.
В новой статье исследователи обращаются к метаматериалам.
Метаматериалы – это синтетические материалы, состоящие из множества индивидуальных инженерных характеристик, которые вместе создают свойства, не встречающиеся в природе, благодаря их структуре, а не химическому составу. В этом случае метаматериал представляет собой набор квадратов, содержащих инкрустированные провода определенной формы, которые можно динамически настраивать для взаимодействия с проходящими через них радиоволнами.
Имея некоторые квадраты, пропускающие радиоволны, а другие – блокирующие их, исследователи могут создать так называемую кодированную апертуру.
«Мы используем разные шаблоны для кодирования данных в одном измерении, что повышает мощность сигнала по сравнению с тем, что вы получили бы с помощью одной маленькой антенны», – сказал Мохаммадреза Имани, научный сотрудник Duke, который будет работать в Университете штата Аризона. в качестве доцента по электротехнике и компьютерной инженерии в конце этого года. «Мы также используем метаматериалы для« штамповки »различных частот данных, что позволяет нам различать их."
Чтобы понять, как закодированная апертура усиливает сигнал, рассмотрим школьный эксперимент по наблюдению за солнечным затмением с помощью дырки в картоне, чтобы создать изображение на тротуаре. Любой, кто когда-либо делал это, знает, что чем меньше отверстие, тем четче детали затмения. Но меньшее отверстие также делает его более тусклым и трудным для просмотра.
Решение состоит в том, чтобы сделать множество крошечных отверстий, чтобы создать массив затмений, а затем с помощью компьютера воссоздать их в одно изображение. Таким образом вы получите резкость крошечного отверстия с яркостью большого отверстия. Ключ в том, чтобы знать структуру отверстий, также известную как закодированная апертура, которую исследователи контролируют с помощью метаматериалов.
Метаматериалы также по-разному модулируют различные частоты при прохождении через закодированную апертуру, что позволяет исследователям определять частоты обнаруживаемых волн.
Исследователи продемонстрировали полезность этого подхода в статье. Сначала они показали, что могут «видеть» и определять форму радиоволн, излучаемых антенной в форме смайлика. Затем они показали, что их система может работать в реальном мире, располагая источники радиоволн в трех измерениях относительно друг друга.
Исследователи планируют и дальше совершенствовать свои методы в надежде, что в конечном итоге они смогут делать «снимки» объектов и сцен, используя только радиоволны, отражающиеся от них.
«Пассивная визуализация происходит в ситуациях, когда вы не контролируете источник, например, при фотографировании с использованием солнечного света или лампочек», – сказал Дэвид Р. Смит, Джеймс Б. Герцог, заслуженный профессор электротехники и вычислительной техники в Duke. "На микроволновых частотах постоянно передается множество сигналов. Эти окружающие радиочастотные волны могут обеспечить достаточное освещение для визуализатора метаповерхности, чтобы реконструировать изображения с использованием методов, описанных в этом исследовании."
Это исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС США (FA9550-18-1-0187).