Материалы для журнала  «инфосфера»

 

Адрес документа:

http://shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/krutas_wifi_v1/rrutas_wifi_v1.doc    инд. 2-15-2

 

 

Подготовил  Шабронов Андрей Анатольевич тс. 913-905-8839  shabronov@ngs.ru

Ред.  2017-12-13  

Диапазон частот  wi-fi  для исследования свойства материалов

 

А. Н. Игнатов

А. А. Шабронов

 

 

В настоящее время  мировая промышленность выпускает широкий спектр изделий для связи, работающих в диапазоне гигагерц. Наиболее развит стандарт WI-FI, который работает на частоте 2.4 и 5  гигагерц. В данной работе предлагается  использовать  USB WI-FI адаптеры для анализа поглощения и отражения электромагнитных волн. Приведено  описание системы на 2-х и  3-х адаптерах USB WI-FI Предложен способ визуализации объектов в используемом диапазоне. 

Ключевые слова:  usb  wi-fi 

1.  Введение

Измерить - значит сравнить с эталоном[6].  Параметр  RSSI (англ. Received Signal Strength Indication) канала связи WI-FI предоставляет значение уровня мощности принимаемого сигнала. RSSI читается через стандартную библиотеку wilan.dll в системе Windows 7 и 8

На сайте [1] представлено полное описание доступа к параметру RSSI.  Для увеличения точности и уменьшения внешних воздействий и отражений излучать необходимо направленными антеннами[2].

Следовательно, если создать направленные  каналы связи WI-FI на одном компьютере, и фиксировать  значения RSSI этим же компьютером [4], то получаемые данные позволят анализировать поглощение и отражение электромагнитных волн.  

 

2.     Рассмотрим  систему измерения на 2-а адаптера WI-FI

 

Блочная схема связи по каналу USB WI-FI между двумя компьютерами представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

Для работы в локальной сети через канал связи WI-FI  промышленность выпускает  специализированные изделия – маршрутизаторы WI-FI . Другое название - роутеры.  На рисунке 2 блочная схема USB WI-FI   сети.

Рисунок 2

«Замыкаем» канал связи USB WI-FI на одном компьютере, формируя «шлейф», как показано на рисунке 4. Адаптеры  настраиваются на режим соединения компьютер-компьютер.

Рисунок 3

Аналогия предложенной системы  - схема измерения сопротивления в цепи электрического тока по закону Ома. 

Рисунок 4 Аналогия системы  на примере измерения сопротивления в цепи переменного и постоянного тока.

В предложенной системе аналогия чуть сложнее. Источник тока - переменный.  Положительная полуволна - это передача сигнала от первого адаптера ко второму. А отрицательная полуволна - передача от второго к первому. Рисунок 4.

  Вспомним классическую ошибку. Сопротивление в цепи прямо пропорционально напряжению на участке цепи, и обратно пропорционально току в этой цепи.  Так читается формула. Но в природе и в предложенной измерительной системе  зависимости другие. Наиболее полное  представление данной системы описывается  теоремой Гаусса для напряженности электрического поля в вакууме[7].

Измерительная система содержит элементы, которые влияют на точность результатов:

·        погрешность антенной системы;

·        влияние внешних излучений и отражений;

·        погрешность программного обеспечения;

Следовательно, наиболее эффективно измерять предложенной системой методом эталонов [6]. Это отмечено в первом предложении данной работы.

Графики RSSI  при появлении  объекта исследования  представлены на рисунке 5

 

Рисунок 5

3.     Рассмотрим  систему измерения на 3-и адаптера WI-FI

На рисунке 6  схема для анализа сигналов проходящих и отраженных на 3-и адаптера.

Рисунок 6

 

Два адаптера (1-ый и 2-ой) располагаются неподвижно. А 3-ий адаптер дискретно перемещаем по круговой траектории от 1-го ко 2-му.  Т.е. делаем измерения в разных точках траектории.

В такой схеме измерения,  графики уровня RSSI  3-х адаптеров зависят от большого количества факторов.

  На рисунке 7  графики от 3-х адаптеров для крайне-идеального случая исследования :

 

 

Рисунок 7

 

 

 

Рисунок 8  Стабильный сигнал от одного адаптера

 

Рисунок 9  Сигналы различаются примерно в два раза по мощности

Рисунок 10 Сигналы  и время приема различаются примерно в два раза

По графикам увидеть изменение сложно. А по распределению гистограммы значительно проще. Как бы меняется «профиль», что визуально сразу же фиксируется. Ниже на фото, лабораторная установка для 3-х адаптеров WI-FI. Система находиться в лаборатории кафедры технической электроники. Новый корпус СибГУТИ, комната 202.   Чувствительность предлагаемой системы такова, что контролируется  уровень прохождения сигнала через  бутыль с водой в 1.5 литра.

 

 

4.  Способ визуализация объектов  и 3D-отображение.

Для детального анализа поглощения-отражения  вещества в электромагнитном поле предлагается использовать большее количество  адаптеров и расположить их по окружности или по поверхности шара. Исследуемый объект помещается в центр.

 В этом случае,  проводиться измерение  всего объема объекта и большей точностью. Рисунок 11 отображает  систему  на 8-мь адаптеров и объект,  в профиле полусферической формы.

Рисунок 11

Конечно же, правильнее располагать адаптеры не в плоскости, а в объеме. Например, по областям шара или его усеченной версии -  октаэдра.    Но возникает задача «подвесить» объект в воздухе. Или убрать влияние опоры.

Визуализация объекта предполагается на основе векторного отображения данных. По примеру  обратной «розы ветров».  Рисунок 12.

Рисунок 12

Для «3D» - объемного отображения, данные «привязываются»  к объемному расположению используемых адаптеров.  Система измерения «пеленгует» объект и отображает на плане помещения – вариант 2D или  объемном отображении помещения – 3D.

Возможны и другие варианты отображения, в зависимости от задач измерения.

Литература

1.       Описание  библиотек для работы  устройствам связи WI-FI [Электронный ресурс]. URL:       http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms706274(v=vs.85).aspx  

2.       К. Ротхаммель «Антенны» М. Энергия, 1979г, 320с. Ил.

3.       Г.З. Айзенберг «УКВ антенны» М. Радио и связь, 1977г.

4.       А.А. Шабронов   URL:   http://www.shabronov.narod.ru/doc_shabronov/razwedka_wifi/

5.   Описание  адаптеров WI-FI [Электронный ресурс]. URL:   http://www.tenda.ru/product/32/25

6.       Метод эталонов ГОСТ [Электронный ресурс]. URL: http://standartgost.ru/ 

7.       Электростатика [Электронный ресурс]. URL:    http://elektrostatika.narod.ru/paragraph14.htm

 

Игнатов Александр Николаевич

к.т.н., профессор кафедры ТЭ СибГУТИ,  (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86) тел. (383) 2-698-255, e-mail: ignatov.te@gmail.com

 

Шабронов Андрей Анатольевич

Старший преподаватель кафедры САПР СибГУТИ , тел. +7-913-905-8839, e-mail: shabronov@ngs.ru

 

 

Фото: из пользовательских страниц авторов  СибГУТИ

Игнтатов А.Н. -  https://www.sibsutis.ru/company/personal/user/8175/       Адрес2.

Должность Кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой технической электроники (ТЭ).

Академик МАС. Мастер радиоконструктор. Мастер связи.

 

Шабронов А.А,  https://sibsutis.ru/company/personal/user/27417/    Адрес2

Должность старший преподаватель кафедры САПР