树莓派5开源相控阵无线电设备：穿墙探测 WiFi、追踪空中无人机！

本文客观介绍树莓派5开源相控阵射频硬件技术，仅供树莓派爱好者学习参考。根据我国无线电管理、网络安全相关法律，未经许可私自探测他人 WiFi、侦测无人机、截取无线通信信号属于违法行为。

QuadRF，这是一款相控阵无线电设备，核心搭载树莓派 5 与具备皮秒级时序精度的 FPGA 开发板，可完成高级信号处理与波束成形运算。 它能够穿透墙体捕捉 WiFi 信号，还能追踪飞行中的无人机。

既然开源社区都能做出这类设备，不难想象各国政府机构掌握的同类工具性能有多强悍。

将电脑接入网络后，Wireshark 这类工具能抓取各类隐藏网络流量，很多信号常人根本察觉不到。WiFi 数据包同理，只不过它依靠空气传播，无需物理接触设备就能实施信号窃听。

QuadRF 内置专用程序，可实时传输、解码射频信号，你还能把信号数据流导出至性能更强的电脑，开展 WiFi 流量深度分析。

写下这些并非制造恐慌，各国官方早已配备同类设备多年。了解这类技术的实际能力、曝光各类不安全的网络使用习惯，远比直接封禁这类实用工具更有意义。

登月级射频项目

我在黑客技术网站 Hackaday 上看到 QuadRF 后，便联系了研发者马丁・麦考密克。QuadRF 是他一项大型项目的分支成果：一套可适配月球探测规模的天线阵列，支持地月地（EME）无线电通信实验与射电天文观测。

马丁的设计灵感源自 SpaceX 初代星链终端碟形天线 Dishy，这一点也合乎情理，他曾就职于 SpaceX，正是 Dishy 研发团队的一员。

这套相控阵天线系统并未绑定专属卫星服务，授权使用者可串联多台 QuadRF 模组，开展各类射频实验；设备等效全向辐射功率最高可达 1.15 兆瓦，意味着极强的定向天线增益，能实现大功率射频相关实验。

不过 QuadRF 做了小型化处理，便携可手持。虽然它的发射功率不足以向月球传输信号，但在本地软件无线电（SDR）应用、射频环境可视化监测方面实用性极强，工作频段覆盖 4.9–6 吉赫兹。

QuadRF 实测体验

我专门联系马丁，希望他能寄一台原型机，让我和退休广播电台工程师的父亲一同实测。

我早已在众筹平台 Crowd Supply 上预定了基础套件，售价 499 美元，但我想亲自验证这款设备是否像 ScaleRF 发布的演示视频那样好用、易上手。

先说结论：设备操作界面仍有优化空间，但实测效果远超我的预期，要知道整套设备仅靠树莓派 5 驱动。

开机后树莓派会自动启动，并生成一个 WiFi 热点。设备连接热点后，浏览器访问网址 quadrf / 即可操作。该网页内置 VNC 远程桌面，可直接运行 GNU Radio、各类软件无线电程序，还有专属的增强现实（AR）射频可视化工具。

整套软件里最有意思的就是这款 AR 可视化工具，尽管它在专业软件无线电实操场景下实用性有限。

界面设计虽略显粗糙，但你可以校准摄像头与相控阵天线的对位参数，同时调节接收机增益。

调试完成后，4.9–6 吉赫兹频段的各类信号会以彩色光斑形式直观呈现。早期样机界面尚未标注信号强度刻度，不过在工作室实测时，我自家 5 吉赫兹 WiFi（信道 100，频率约 5.5 吉赫兹）显示为浅蓝色，周边邻居的 WiFi 网络则分别呈现红色、绿色光斑。

如果选购移动拓展配件包，设备会配套电池组与手机手持支架，你可随身携带，实时监测 C 波段部分频段信号。

我和父亲操控他的大疆 Mini 4 Pro 无人机飞到工作室后方空域试飞，QuadRF 能清晰捕捉空中无人机信号。随着无人机越飞越远，需要不断调高增益才能持续锁定信号；设备缺少自动增益控制（AGC）功能，手持移动时反复调节增益的操作界面十分繁琐，这是一处有待改进的地方。

据悉本次众筹项目反响远超预期，设备外壳也会从目前原型机的 3D 打印件，升级为注塑一体成型外壳。

依托树莓派 5 MIPI 接口，实现高带宽射频数据流

这款设备最让我感兴趣的一点，是它利用树莓派的 MIPI 通道实现低延迟软件无线电 I/Q（同相 / 正交）信号流，数据传输速率突破 5 吉比特每秒。根据 QuadRF 官方文档介绍：

通过树莓派摄像头、显示屏柔性扁平线缆的 MIPI 接口传输 I/Q 信号，这一创新方案优势显著：MIPI 接口传输速率超 5 吉比特每秒，支持低延迟、全双工数据传输，依托树莓派 RP1 主控芯片实现。相比 USB 接口，方案结构更简单、稳定性更强，射频电路板几乎无需额外增加硬件成本，可稳定承载数百兆采样率的 I/Q 数据流，无卡顿、无采样丢失问题。摄像头与显示屏本就是高带宽信号传输设备，它们的标准数字接口天然适配软件无线电设备，这套方案值得整个行业广泛借鉴！

研发团队需要逆向解析树莓派 5 搭载 RP1 芯片的 MIPI 通信协议，才实现该功能。设备架构支持多台 QuadRF 模组级联，每一台模组均可独立计算相位偏移量。

虽然我暂时无法想象多机串联的实际使用效果，但这套设计思路十分巧妙。紧急情况下 PCIe 接口也可替代使用，而当前 MIPI 方案还能保留树莓派的 PCIe 插槽，方便外接高速存储设备，或是搭建带宽更高的专用网络。