Une antenne en forme de smiley (à gauche) est correctement identifiée par une nouvelle méthode de localisation passive des sources d'ondes radio (à droite). Crédit :Aaron Diebold, université de Duke
Les ingénieurs électriciens de l'Université Duke ont mis au point une méthode peu coûteuse pour localiser passivement les sources d'ondes radio telles que le Wi-Fi et les signaux de communication cellulaire.
Leur technique pourrait conduire à des appareils peu coûteux capables de trouver des appareils à ondes radio comme des téléphones portables ou des émetteurs Wi-Fi, ou des caméras qui capturent des images en utilisant les ondes radio qui rebondissent déjà tout autour de nous.
Les résultats paraissent en ligne le 12 mai dans la revue Optique .
"Dans cet article, nous avons réalisé des images spectrales des sources de bruit micro-ondes elles-mêmes, ce qui signifie que nous pouvons localiser des sources radio et micro-ondes, comme des antennes, tout en caractérisant simultanément sur quelles fréquences ils émettent, " dit Aaron Diebold, un assistant de recherche en génie électrique et informatique chez Duke, qui a dirigé la recherche. « Aux fréquences optiques, ce serait comme obtenir une image couleur d'un objet chaud comme un brûleur de cuisinière. Bien que ce soit assez simple optiquement, il faut différentes techniques dans le régime radio et micro-ondes."
Localiser les sources de ces types d'ondes est déjà possible, mais les techniques et équipements nécessaires sont complexes. De tels dispositifs utilisent traditionnellement un ensemble de nombreux petits, des antennes énergivores qui rendent ces appareils encombrants et coûteux. Et parce que les ondes radio sont tellement plus grosses que les ondes lumineuses, les méthodes utilisées dans les fréquences optiques sont d'une complexité prohibitive et entraîneraient des détecteurs et d'autres machines extrêmement grands.
Exemples d'ondes radio « estampées » par une ouverture codée en métamatériau, ce qui permet aux chercheurs de prendre des mesures avec moins de données et d'identifier la fréquence des ondes radio. Crédit :Aaron Diebold, université de Duke
Dans le nouveau journal, les chercheurs se tournent plutôt vers les métamatériaux. Les métamatériaux sont des matériaux synthétiques composés de nombreuses caractéristiques techniques individuelles, qui ensemble produisent des propriétés introuvables dans la nature par leur structure plutôt que par leur chimie. Dans ce cas, le métamatériau est une collection de carrés contenant des fils incrustés de formes spécifiques qui peuvent être réglés dynamiquement pour interagir avec les ondes radio qui les traversent.
En ayant certains carrés qui laissent passer les ondes radio et d'autres qui les bloquent, les chercheurs peuvent créer ce qu'on appelle une ouverture codée.
« Nous utilisons les différents modèles pour encoder les données en une seule mesure, qui augmente la force du signal par rapport à ce que vous obtiendriez avec un seul, petite antenne, " a déclaré Mohammadreza Imani, un chercheur à Duke qui rejoindra l'Arizona State University en tant que professeur adjoint en génie électrique et informatique plus tard cette année. « Nous utilisons également les métamatériaux pour « estampiller » les différentes fréquences des données, ce qui nous permet de les différencier."
Pour comprendre comment une ouverture codée amplifie le signal, Considérez l'expérience à l'école primaire consistant à regarder une éclipse solaire en utilisant un trou percé dans du carton pour créer une image sur le trottoir. Comme tous ceux qui ont déjà fait cela le savent, plus le trou est petit, plus le détail de l'éclipse est net. Mais un trou plus petit le rend également plus sombre et plus difficile à voir.
La solution est de faire de nombreux petits trous d'épingle pour créer un tableau d'éclipses, puis d'utiliser un ordinateur pour les reconstruire en une seule image. De cette façon, vous obtenez la netteté du petit trou d'épingle avec la luminosité d'un grand trou d'épingle. La clé est de connaître le motif des trous - également connu sous le nom d'ouverture codée - que les chercheurs contrôlent avec les métamatériaux.
Le métamatériau expérimental vert qui « timbre » les ondes radio entrantes pour aider les chercheurs à trouver leur source. Crédit :Aaron Diebold, université de Duke
Les métamatériaux modulent également différentes fréquences différemment lorsqu'ils traversent l'ouverture codée, ce qui permet aux chercheurs de déduire les fréquences des ondes détectées.
Les chercheurs ont démontré l'utilité de cette approche dans l'article. Ils ont d'abord montré qu'ils pouvaient « voir » et identifier la forme des ondes radio émises par une antenne en forme de smiley. Ils ont ensuite montré que leur système pouvait fonctionner dans le monde réel en localisant les sources d'ondes radio en trois dimensions les unes par rapport aux autres.
Les chercheurs prévoient de continuer à affiner leurs méthodes dans l'espoir de pouvoir éventuellement prendre des "photos" d'objets et de scènes avec rien de plus que les ondes radio qui rebondissent sur eux.
"L'imagerie passive se produit dans des situations où vous ne contrôlez pas la source, comme prendre une photo avec la lumière du soleil ou des ampoules, " a déclaré David R. Smith, le James B. Duke Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering à Duke. « Aux fréquences micro-ondes, il y a beaucoup de signaux qui rebondissent constamment. Ces ondes RF ambiantes pourraient fournir suffisamment d'éclairage pour qu'un imageur de métasurface reconstruise des images à l'aide des techniques décrites dans cette recherche. »
