Промышленный шпионаж (введение)
Промышленный шпионаж существовал всегда, по крайней мере, со времен Прометея, который осуществил несанкционированную другими богами передачу людям совершенно секретной технологии получения огня, что впоследствии привело к космическим полетам. Человек всегда стремился знать как можно больше о соседях. В наше время эта информация приобрела решающую роль.
В большинстве индустриально развитых стран информация является первоосновой всех аспектов развития общества. Преимущество и специфика информации заключается в том, что она не исчезает при потреблении, не передается полностью при обмене (оставаясь в информационной системе и у пользователя), является "неделимой", т. е. имеет смысл только при достаточно полном наборе сведений, что качество ее повышается с добавлением новой информации. Действительно, общество, научно-техническая, производственно-практическая, теоретическая деятельность которого основана на оперативно накапливаемой, разумно используемой информации, в принципе получает в свое распоряжение ресурсы огромной значимости, доступные многократному и многостороннему использованию, дальнейшему "возобновлению" в усовершенствованном виде и быстрому созданию новых информационных систем. Информация - это, во-первых, знание относительно нового типа, пригодное для дальнейшего использования, а, во-вторых, знание, производство, хранение и применение которого действительно становится все более важной для общества деятельностью, порождает соответствующие ему технико-организационные структуры. Одной из таких структур являются организации, занимающиеся несанкционированным получением информации, с целью извлечения прибыли, то есть промышленным шпионажем. Правда, в этой области человечество накопило значительный опыт.
Самыми ранними источниками получения сведений в эпоху, когда человек верил во вмешательство в его дела сверхъестественных сил, были пророки, провидцы, оракулы, прорицатели и астрологи. Если боги заранее знали, что случится в будущем - поскольку они сами до известной степени предопределяли ход событий, - было логично искать указаний о божественных намерениях в откровениях святых людей, в загадках оракулов, в расположении звезд, а часто и в сновидениях.
Греки, с их довольно пессимистическими взглядами на взаимоотношения человека с богами, по-видимому, попадали в беду даже в тех случаях, когда получали от богов предупредительную информацию, поскольку такая информация приправлялась настолько большой дозой загадок и противоречий, что становилась либо двусмысленной, либо совершенно непонятой. Вот оно, начало применения такого мощного средства, как дезинформация.
К 400 году до н.э. Восток значительно опередил Запад в искусстве разведки. Сунь Цзы писал: "То, что называют предвидением, не может быть получено ни от духов, ни от богов...ни посредством расчетов. Оно должно быть добыто от людей, знакомых с положением противника".
С этого начался шпионаж, в том числе промышленный. Очень преуспели в нем многие государи и частные лица. Прекрасно поставленная служба разведки помогала купцам Венеции и банкирскому дому Фуггеров, фирме Круппа и дому Ротшильдов. Методы практически не менялись столетиями: подкупали, шантажировали, посылали послов-шпионов, перехватывали письма, читали пергаменты (позже книги и газеты) в библиотеках и монастырях. Когда удавалось, подсматривали и подслушивали. Трудности возникали и тогда: надо было передавать полученную информацию в центр сбора и обработки. Для этого приходилось гнать не всегда надежных гонцов, лично пробегать марафонскую дистанцию или пользоваться голубиной почтой. А чтобы не забыть по дороге, о чем шла речь, содержание перехваченных переговоров записывали, а иногда и шифровали. Таким образом, мы видим прообраз технической системы съема информации:
микрофон, фотоаппарат, камера - ухо или глаза шпиона; диктофон или система накопления информации - записки; радиоканал, провода и т.д. - гонец; приемник - лицо, принявшее сообщение у гонца.
Что касается анализа полученной информации, то все осталось без изменений, нужен человек или группа людей, умеющих думать. Единственно, их работу сейчас несколько облегчила вычислительная машина.
Развитие техники вплоть до начала ХХ века не влияло на средства несанкционированного съема информации: сверлили дырки в стенах и потолках, использовали потайные ходы и полупрозрачные зеркала, устраивались у замочных скважин и под окнами. Появление телеграфа и телефона позволило использовать технические средства получения информации. Гигантское количество сообщений стало перехватываться, влияя на ведение войн и положение на бирже. В 30-40 годы появились диктофоны, действительно миниатюрные фотоаппараты и различные радиомикрофоны. В дальнейшем все большее значение приобретал перехват данных, обрабатываемых в компьютерах, но совершенствовались и традиционные средства.
Что касается России, то до революции у нас существовал достаточно развитый рынок услуг по получению сведений о конкурентах, благо отставных "профи" из эффективно работающей охранки было достаточно.
В Советской России коммерческая тайна была отменена официально Положением о рабочем контроле, принятом ВЦИК в ноябре 1917 года. Вместо рынка была введена распределительная система, конкуренцию заменили на соцсоревнование, а всех граждан обязали обмениваться опытом. Государственную и военную тайну охраняли тысячи людей, а эффективности внешней разведки могли на Западе только позавидовать.
Развитие рыночных отношений, развал системы жесткого контроля за производством специальной техники и ввоз ее в страну по официальным и неофициальным каналам, уход из бывшего КГБ, а также ГРУ и МВД профессионалов привел к возрождению промышленного шпионажа в России буквально за два три года. И многочисленным "профи", действующим осторожно и эффективно, прибавились шпионы-любители, начитавшиеся детективов. Сотрудникам "Лаборатории ППШ" приходилось сталкиваться и с бывшими инженерами-химиками, и с музыкантами, и со студентами, возомнившими себя Джеймсами Бондами. Да и мафиозные группировки в последнее время все больше внимания уделяют получению информации по техническим каналам. Для этого создаются небольшие организации из доверенных людей, на обучение и экипировку которых не скупятся. Многие службы безопасности коммерческих структур успешно проводят операции по внедрению людей и техники конкурентам. Они же очень жестко вынуждены контролировать своих сотрудников с целью недопущения утечки информации о собственных секретах. Нельзя забывать, что интеграция России в международные организации, участие в интернациональных проектах, колоссальный технологический и научный задел в целом ряде направлений делает отечественных предпринимателей объектом пристального внимания частных и государственных служб разведки Запада и Востока.
Как работают государственные структуры, можно показать на примере Военно-промышленной комиссии (ВПК). ВПК имела ряд задач:
сбор заявок различных министерств, связанных с военной промышленностью; разработка на основе этих заявок разведывательного плана на год;
передача этого плана различным разведорганам (КГБ, ГРУ, службам разведки стран Восточной Европы и т.д.); сбор данных, полученных разведывательными службами за год;
подсчет сэкономленных средств в промышленности и научно-исследовательской деятельности. В контроле выполнения плана помогал ей Всесоюзный институт межотраслевой информации (ВИМИ), своего рода трансмиссия между промышленностью и разведорганами. Высшее руководство осуществлялось Политбюро и ЦК КПСС. Годовой разведплан утверждался лично Генеральным секретарем.
В КГБ задача добывать "специальную информацию" была возложена на управление "Т". Первого главного управления. Это управление занималось, в частности, разведывательной деятельностью в области ядерной промышленности, военного и космического ракетостроения, кибернетики и общей промышленной технологии. Работа проводилась в тесном сотрудничестве с разведслужбами восточноевропейских стран, с которыми постоянные связи поддерживал отдел "Д".
Управление "Т" КГБ отсылало в каждую резидентуру разведплан. На офицеров "линии Х" была возложена задача: выполнять все установки плана. Он представлял собой объемный альбом и хранился в посольстве. В свою очередь, ГРУ располагало "оперативным отделом", а именно, "отделом научно-технической разведки", в задачу которого входил сбор научной информации, находившей применение в военной сфере.
Каждый год в распоряжение ВПК выделялся специальный фонд около 12 миллиардов франков, для финансирования конкретных операций по сбору информации о западной технике. Эти средства предоставлялись за счет конкретных заказчиков, то есть отраслей производства.
Не отстают и США. Впервые в истории там объединена под началом ЦРУ деятельность всей агентуры "разведывательного сообщества". На техническое переоснащение американской разведки до 2000 года выделено порядка 100 миллиардов долларов. Все это не случайно, так как на органы разведки возлагаются задачи по контролю за выполнением экономических соглашений, выявлению незаконной экономической практики и действий, наносящих ущерб интересам США, по оценке запасов сырьевых ресурсов и новой торговой стратегии, возможных прорывов в технологии. Диапазон требований к разведке весьма широк: от анализа общих тенденций до изучения отдельных контрактов. В принципе решен вопрос о передаче добываемой информации частным лицам и организациям.
По аналогии с разведслужбами в деле сбора информации, только в более скромных масштабах, действуют практически все корпорации, так как это является непременным условием их выживания в условиях жесткой конкурентной борьбы.
Целью данного реферата является ознакомление круга читателей с некоторыми методами и средствами получения информации, которые реально используются в России. Так как самыми распространенными и эффективными средствами получения информации являются радиопередатчики, в простонародье называемые: «радиомикрофонами», «радиозакладками» или просто «жуками», то в следующей части реферата речь пойдет именно о них.
Описание работы отдельных узлов и схемы в целом
В данной части реферата я объясню принцип работы микро радиопередатчика в целом и его отдельных частей. Для наглядного примера будет использоваться схема наиболее распространенного среди любителей аналоговой радиоэлектроники радиопередатчика. Она имеет стабильные и честные параметры: I потр=25-30мА при Uпит=9В. Дальнобойность 350 метров (при длине антенны 0.4 метра, проверялось в поле с приемником китайского производства стоимостью 300 рублей). Чувствительность по микрофону как у всех подобных (в тихой комнате слышно тиканье настенных часов). Итак, жук. Чтобы легче было разобраться, разобью схему на некоторые самостоятельные узлы, и рассмотрю работу каждого из них в отдельности.
По рисунку хорошо видно, что схема состоит из четырёх самостоятельных узлов, каждый из них представляет собой независимый каскад, выполняющий определённые функции. Обращаю внимание на то, что передача сигналов от одного каскада к другому осуществляется через переходные конденсаторы С3, С4, и С7, о назначении которых будет рассказано далее, по ходу чтения. Подобные узлы, в сочетании, либо раздельно, можно встретить в различных схемах аналоговых устройств, в звуковоспроизводящей, радиоприёмной и радиопередающей аппаратуре.
По рисунку хорошо видно, что схема состоит из четырёх самостоятельных узлов, каждый из них представляет собой независимый каскад, выполняющий определённые функции. Обращаю внимание на то, что передача сигналов от одного каскада к другому осуществляется через переходные конденсаторы С3, С4, и С7, о назначении которых будет рассказано далее, по ходу чтения. Подобные узлы, в сочетании, либо раздельно, можно встретить в различных схемах аналоговых устройств, в звуковоспроизводящей, радиоприёмной и радиопередающей аппаратуре.
Микрофонная цепь
Микрофонная цепь особенностей не имеет, схема включения микрофона является классической. Данный узел можно встретить во многих схемах звукозаписывающих устройств: в магнитолах, радиотелефонах, диктофонах и т.д. А так же применять совместно с усилителями звуковой частоты в разных конструкциях. Электретный микрофон в данной цепи можно представить как некий резистор (роль этого резистора как раз и выполняет полевой транзистор, встроенный в микрофон), сопротивление которого меняется в такт со звуковым сигналом, механически воздействующим на мембрану. Совместно с резистором R1 (можно так же сказать, что этот резистор является нагрузкой микрофона) микрофон образует делитель напряжения питания. Так как сопротивление микрофона меняется, то и меняется часть постоянного напряжения питания, которая распределена на микрофоне. Напряжение в точке «А» изменяется синхронно с попадающим в микрофон звуком. Сигнал для дальнейшей обработки снимается с плюсового контакта микрофона (точка «А»). Но так как он в своем составе кроме переменного сигнала по звуковой частоте имеет еще и постоянную составляющую, мы ее должны отфильтровать (отсечь) как не нужную. Для этого в схеме применен конденсатор С3. В данном узле конденсатор пропускает через себя только переменное напряжение, не пропуская постоянный ток, идущий через него. В результате с точки «Б» снимается чистый переменный сигнал. Другими словами, конденсатор не пропускает через себя постоянное напряжение равное 2 вольтам, но реагирует на быстрое изменение этого напряжения, которое, как уже было сказано выше, меняется в такт со звуковым сигналом. Чтобы было более понятно выше сказанное, привожу рисунок 2.
Хочу сразу предупредить по данному рисунку, что постоянная составляющая, равная двум вольтам, здесь взята условно. Это напряжение может быть отличное от указанного, в зависимости от разных экземпляров микрофонов, т.к. они имеют определенный разброс по параметрам. В следствие этого отмечу, что чувствительность электретного микрофона в данной схеме устанавливается подбором постоянного резистора R1. Его номинал может быть весьма различным, на практике от 3 до 23 кОм (в зависимости от требуемой чувствительности и типа используемого микрофона). На этом описание первого узла закончено. Перехожу к следующему.
Как видно из рисунка, данная схема очень похожа по аналогии с микрофонной цепью, только условным управляемым резистором в делителе, в составе резистора R3, здесь является транзистор VT1. Можно сказать и так, что, нагрузкой транзистора, как и в предыдущей схеме, нагрузкой у микрофона, здесь является резистор R3. Усилитель собран по схеме с общим эмиттером. Каскад работает в режиме класса «А». То есть, уровень тока смещения, через резистор R2, на базу транзистора подается такой величины, при которой напряжение на нагрузке в коллекторной цепи равно половине напряжения питания. Транзистор выступает в роли управляемого резистора, только сопротивление его меняется в такт входному переменному сигналу. Он усиливает входной сигнал переменного тока по амплитуде, тем самым «разгоняя» его до необходимого уровня. А необходимым уровнем в этом случае, является тот уровень, при котором жучок «слышал» очень тихие звуки, виде шепота. Можно конечно обойтись и без данного усилителя. Но тогда максимум, что можно будет услышать, так это разговор среднего уровня в комнате. Назначение конденсатора С4 такое же, как и в предыдущем узле (напомню, что он отделяет не нужную нам постоянную составляющую от полезного сигнала). Из особенностей данного каскада можно выделить то, как здесь включен резистор смещения R2. В простейших схемах усилителей данный резистор включается между базой и плюсом источника питания. Здесь же, напряжение смещения подается с коллекторной нагрузки. Для чего же это сделано? При таком типе задания смещения рабочей точки каскад охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. За счет этого нам удалось упростить схему усилителя. При этом получилась достаточная стабильность работы каскада при изменении напряжения питания, просадки батареи в процессе работы схемы, изменения окружающей температуры. В таком включении можно использовать несколько подобных усилителей (но на практике не более трех), включенных последовательно для получения большого коэффициента усиления. При этом можно особо не беспокоиться о самовозбуждении схемы, благодаря той же «умной» подачи смещения с коллектора на базу, и не использовать дополнительных фильтрующих цепочек питания между каскадами. А теперь немного о настройке каскада. Чтобы добиться оптимального режима его работы, нужно подобрать сопротивление резистора смещения R2 до получения примерно половины напряжения питания на участке «Коллектор - Общий провод», т.е. при напряжении питания 9 вольт на коллекторе транзистора относительно общего провода (минуса питания) должно быть 4.5 вольта. Этим я добьюсь наилучшего динамического диапазона усилителя. Рабочая точка транзистора в этом случае будет выведена на наиболее линейный участок. А если сказать проще, то получу максимально чистый и не искаженный звуковой сигнал при разных его уровнях, от малого до большого (не путать с компрессором, так как его динамический диапазон значительно шире). Ну и естественно, чтобы все это более-менее понять, приведу рисунок 4.
На этом рисунке видно то, что получится при правильной установке рабочей точки, которая равна 4.5 вольтам на коллекторе транзистора. Как видно, сигнал не искажен, не подрезан сверху и снизу, и имеет вид правильной синусоиды. Далее рассмотрю диаграммы со смещенной рабочей точкой вверх или вниз относительно номинального значения. Такое может произойти при неправильном выборе сопротивления резистора смещения R2. Для наглядности привожу рисунок 5. Диаграмма 1 показывает тот случай, если напряжение на коллекторе транзистора VT2 будет, к примеру, более 6-и вольт. Синусоида при этом теряет свою идеальную форму, и на слух мы это ощущаем как треск, хрип, искажение сигнала. Данная ситуация говорит о том, что сопротивление резистора R2 превышает требуемое. Его необходимо подбирать в сторону уменьшения, до получения величины на коллекторе, близкой к половине напряжения питания. Диаграмма 2 показывает что произойдет, если напряжение на коллекторе будет ниже номинального, и равно, например 1..2 вольтам. Здесь видно, как форма идеальной синусоиды искажена. Сопротивление резистора R2, при подборе в таком случае нужно увеличивать. Из всего рассмотренного также можно сделать вывод, что чем больше амплитуда сигнала на выходе усилителя, тем больше риск появления нелинейных искажений. Но все же не стоит пугаться этого относительно данной схемы.
Как было получено на практике, напряжение на коллекторе может отличаться от 4.5 вольт в ту, или иную сторону, в пределах плюс/минус 1.5 вольта, без заметных на слух искажений. Данный пример приведенных диаграмм в большей степени ориентирован для наглядности и пониманий происходящих процессов в схеме усилителя, при максимальном звуковом сигнале на его выходе. На практике же выходной сигнал имеет более низкий размах амплитуды и приведенные отклонения напряжения рабочей точки вполне приемлемы. Ну а теперь, плавно отталкиваясь от темы низких частот, перехожу к тому, из чего состоит главная часть «жука».
Хочу сразу предупредить по данному рисунку, что постоянная составляющая, равная двум вольтам, здесь взята условно. Это напряжение может быть отличное от указанного, в зависимости от разных экземпляров микрофонов, т.к. они имеют определенный разброс по параметрам. В следствие этого отмечу, что чувствительность электретного микрофона в данной схеме устанавливается подбором постоянного резистора R1. Его номинал может быть весьма различным, на практике от 3 до 23 кОм (в зависимости от требуемой чувствительности и типа используемого микрофона). На этом описание первого узла закончено. Перехожу к следующему.
Усилитель НЧ (низкой частоты)
Как видно из рисунка, данная схема очень похожа по аналогии с микрофонной цепью, только условным управляемым резистором в делителе, в составе резистора R3, здесь является транзистор VT1. Можно сказать и так, что, нагрузкой транзистора, как и в предыдущей схеме, нагрузкой у микрофона, здесь является резистор R3. Усилитель собран по схеме с общим эмиттером. Каскад работает в режиме класса «А». То есть, уровень тока смещения, через резистор R2, на базу транзистора подается такой величины, при которой напряжение на нагрузке в коллекторной цепи равно половине напряжения питания. Транзистор выступает в роли управляемого резистора, только сопротивление его меняется в такт входному переменному сигналу. Он усиливает входной сигнал переменного тока по амплитуде, тем самым «разгоняя» его до необходимого уровня. А необходимым уровнем в этом случае, является тот уровень, при котором жучок «слышал» очень тихие звуки, виде шепота. Можно конечно обойтись и без данного усилителя. Но тогда максимум, что можно будет услышать, так это разговор среднего уровня в комнате. Назначение конденсатора С4 такое же, как и в предыдущем узле (напомню, что он отделяет не нужную нам постоянную составляющую от полезного сигнала). Из особенностей данного каскада можно выделить то, как здесь включен резистор смещения R2. В простейших схемах усилителей данный резистор включается между базой и плюсом источника питания. Здесь же, напряжение смещения подается с коллекторной нагрузки. Для чего же это сделано? При таком типе задания смещения рабочей точки каскад охвачен отрицательной обратной связью по постоянному току. За счет этого нам удалось упростить схему усилителя. При этом получилась достаточная стабильность работы каскада при изменении напряжения питания, просадки батареи в процессе работы схемы, изменения окружающей температуры. В таком включении можно использовать несколько подобных усилителей (но на практике не более трех), включенных последовательно для получения большого коэффициента усиления. При этом можно особо не беспокоиться о самовозбуждении схемы, благодаря той же «умной» подачи смещения с коллектора на базу, и не использовать дополнительных фильтрующих цепочек питания между каскадами. А теперь немного о настройке каскада. Чтобы добиться оптимального режима его работы, нужно подобрать сопротивление резистора смещения R2 до получения примерно половины напряжения питания на участке «Коллектор - Общий провод», т.е. при напряжении питания 9 вольт на коллекторе транзистора относительно общего провода (минуса питания) должно быть 4.5 вольта. Этим я добьюсь наилучшего динамического диапазона усилителя. Рабочая точка транзистора в этом случае будет выведена на наиболее линейный участок. А если сказать проще, то получу максимально чистый и не искаженный звуковой сигнал при разных его уровнях, от малого до большого (не путать с компрессором, так как его динамический диапазон значительно шире). Ну и естественно, чтобы все это более-менее понять, приведу рисунок 4.
На этом рисунке видно то, что получится при правильной установке рабочей точки, которая равна 4.5 вольтам на коллекторе транзистора. Как видно, сигнал не искажен, не подрезан сверху и снизу, и имеет вид правильной синусоиды. Далее рассмотрю диаграммы со смещенной рабочей точкой вверх или вниз относительно номинального значения. Такое может произойти при неправильном выборе сопротивления резистора смещения R2. Для наглядности привожу рисунок 5. Диаграмма 1 показывает тот случай, если напряжение на коллекторе транзистора VT2 будет, к примеру, более 6-и вольт. Синусоида при этом теряет свою идеальную форму, и на слух мы это ощущаем как треск, хрип, искажение сигнала. Данная ситуация говорит о том, что сопротивление резистора R2 превышает требуемое. Его необходимо подбирать в сторону уменьшения, до получения величины на коллекторе, близкой к половине напряжения питания. Диаграмма 2 показывает что произойдет, если напряжение на коллекторе будет ниже номинального, и равно, например 1..2 вольтам. Здесь видно, как форма идеальной синусоиды искажена. Сопротивление резистора R2, при подборе в таком случае нужно увеличивать. Из всего рассмотренного также можно сделать вывод, что чем больше амплитуда сигнала на выходе усилителя, тем больше риск появления нелинейных искажений. Но все же не стоит пугаться этого относительно данной схемы.
Как было получено на практике, напряжение на коллекторе может отличаться от 4.5 вольт в ту, или иную сторону, в пределах плюс/минус 1.5 вольта, без заметных на слух искажений. Данный пример приведенных диаграмм в большей степени ориентирован для наглядности и пониманий происходящих процессов в схеме усилителя, при максимальном звуковом сигнале на его выходе. На практике же выходной сигнал имеет более низкий размах амплитуды и приведенные отклонения напряжения рабочей точки вполне приемлемы. Ну а теперь, плавно отталкиваясь от темы низких частот, перехожу к тому, из чего состоит главная часть «жука».
Генератор высокой частоты (ВЧ)
Глядя на данную схему, сразу можно не понять, что и как в ней происходит, какие функции выполняет тот или иной элемент в схеме. Заранее скажу, что в данной схеме происходит не только генерация высокой частоты. Здесь так же происходит и частотная модуляция, посредством подачи на вход низкочастотного сигнала. Данный каскад вполне можно назвать комбинированным. Здесь присутствует не только сам генератор, но и усилитель высокой частоты, частотный модулятор. Вообще, грубо говоря, «Три в одном». И, всё это реализовано в данном однотранзисторном каскаде. Как генератор высокой частоты, транзисторный каскад здесь включен с общей базой. То есть, база по высокой частоте в данном случае «замкнута» на корпус, посредством конденсатора С5, который для диапазона высоких частот имеет очень малое сопротивление. Он обеспечивает прохождение сигнала ВЧ через переход «База-Эмиттер» транзистора.
В этом случае видно, что в отличие от каскада сообщим эмиттером (как например каскад усиления НЧ на транзисторе VT1), здесь выходной сигнал, снятый с коллектора, для возбуждения генератора, через конденсатор С8 поступает на эмиттер. Конденсатор С5 в данной схеме выполняет двойную роль. Первую роль я уже рассмотрел, а вторая заключается в том, что он ограничивает спектр звукового сигнала по верхним частотам, приходящего с каскада усиления НЧ. Его емкость не следует выбирать ниже 500 пикофарад и выше 1500..2000 пФ(1..2 нФ). Иначе, в первом случае может наблюдаться неустойчивая генерация, или полное её отсутствие, а во втором, звуковой сигнал в верхней границе звукового диапазона будет подрезан, и такие звуки, как, к примеру, речь, шепот, будут плохо слышны в приемнике. Но вернусь к схеме генератора.
Генератор можно представить как усилитель с общей базой, входом которого является эмиттер транзистора, а выходом – коллектор. К выходу данного усилителя подключен делитель, состоящий из конденсаторов С8 и С6. Часть выходного сигнала снимается с этого делителя, и снова попадает на эмиттер, то есть на вход усилителя. Таким образом, в каскаде образована положительная обратная связь, которая способствует возникновению генерации. Амплитуда выходного высокочастотного сигнала зависит от добротности контура, от рабочей точки транзистора, напряжения питания схемы, отношения емкостей конденсаторов делителя С8, С6 (от их емкостей так же зависит частота и форма выходного сигнала).
Частотозадающей цепью в схеме, как в генераторе (и нагрузкой в коллекторной цепи транзистора, как в усилителе) является колебательный контур, образованный катушкой L1 и конденсатором С7. Рабочая точка смещения задается резистором R4. Идеальным условием в схеме здесь так же требуется, чтобы транзистор был выведен в линейный участок характеристики (см. описание каскада усилителя НЧ), т.е. на нагрузочном резисторе R5 должна быть половина напряжения питания 4.5 вольт при питании схемы от 9 вольт. Но на практике, как и с каскадом усилителя НЧ, так же допустимы отклонения в небольших пределах. Теперь поясню, как в данном каскаде происходит частотная модуляция. Для этого посмотрим на рисунок 9.
Из схемы выше условно убран делитель из конденсаторов С6 и С8, так как можно считать, что в процессе частотной модуляции в каскаде он практически не участвует. Известно, что переходы транзистора, кроме свойств полупроводника, еще и обладают свойством конденсатора Сп. В частности, переход «База-Коллектор», как видно из рисунка, входит в состав колебательного контура. Колебательный контур на рисунке обведен линией синего цвета. В колебательный контур здесь включены такие элементы, как С1, С5, С7, L1. Да-да, конденсатор С1, кроме своей основной роли в схеме здесь тоже участвует. (Для сведения, основная роль конденсатора С1 заключается в том, чтобы высокочастотный сигнал, присутствующий в генераторе ВЧ, не попадал в остальные узлы схемы через общие шины источника питания, что может привести к паразитным обратным связям и неустойчивой работы схемы целиком). Под воздействием сигнала низкой частоты, поступающего на базу, емкость перехода Сп изменяется, и, соответственно, приводит к изменению частоты генератора. На рисунке 10 показано, как происходит изменение частоты генератора ВЧ под воздействием модулирующего низкочастотного сигнала.
Ну вот, с генератором я закончил, и постепенно подобрался к последнему узлу схемы, удвоителю частоты.
В этом случае видно, что в отличие от каскада сообщим эмиттером (как например каскад усиления НЧ на транзисторе VT1), здесь выходной сигнал, снятый с коллектора, для возбуждения генератора, через конденсатор С8 поступает на эмиттер. Конденсатор С5 в данной схеме выполняет двойную роль. Первую роль я уже рассмотрел, а вторая заключается в том, что он ограничивает спектр звукового сигнала по верхним частотам, приходящего с каскада усиления НЧ. Его емкость не следует выбирать ниже 500 пикофарад и выше 1500..2000 пФ(1..2 нФ). Иначе, в первом случае может наблюдаться неустойчивая генерация, или полное её отсутствие, а во втором, звуковой сигнал в верхней границе звукового диапазона будет подрезан, и такие звуки, как, к примеру, речь, шепот, будут плохо слышны в приемнике. Но вернусь к схеме генератора.
Генератор можно представить как усилитель с общей базой, входом которого является эмиттер транзистора, а выходом – коллектор. К выходу данного усилителя подключен делитель, состоящий из конденсаторов С8 и С6. Часть выходного сигнала снимается с этого делителя, и снова попадает на эмиттер, то есть на вход усилителя. Таким образом, в каскаде образована положительная обратная связь, которая способствует возникновению генерации. Амплитуда выходного высокочастотного сигнала зависит от добротности контура, от рабочей точки транзистора, напряжения питания схемы, отношения емкостей конденсаторов делителя С8, С6 (от их емкостей так же зависит частота и форма выходного сигнала).
Частотозадающей цепью в схеме, как в генераторе (и нагрузкой в коллекторной цепи транзистора, как в усилителе) является колебательный контур, образованный катушкой L1 и конденсатором С7. Рабочая точка смещения задается резистором R4. Идеальным условием в схеме здесь так же требуется, чтобы транзистор был выведен в линейный участок характеристики (см. описание каскада усилителя НЧ), т.е. на нагрузочном резисторе R5 должна быть половина напряжения питания 4.5 вольт при питании схемы от 9 вольт. Но на практике, как и с каскадом усилителя НЧ, так же допустимы отклонения в небольших пределах. Теперь поясню, как в данном каскаде происходит частотная модуляция. Для этого посмотрим на рисунок 9.
Из схемы выше условно убран делитель из конденсаторов С6 и С8, так как можно считать, что в процессе частотной модуляции в каскаде он практически не участвует. Известно, что переходы транзистора, кроме свойств полупроводника, еще и обладают свойством конденсатора Сп. В частности, переход «База-Коллектор», как видно из рисунка, входит в состав колебательного контура. Колебательный контур на рисунке обведен линией синего цвета. В колебательный контур здесь включены такие элементы, как С1, С5, С7, L1. Да-да, конденсатор С1, кроме своей основной роли в схеме здесь тоже участвует. (Для сведения, основная роль конденсатора С1 заключается в том, чтобы высокочастотный сигнал, присутствующий в генераторе ВЧ, не попадал в остальные узлы схемы через общие шины источника питания, что может привести к паразитным обратным связям и неустойчивой работы схемы целиком). Под воздействием сигнала низкой частоты, поступающего на базу, емкость перехода Сп изменяется, и, соответственно, приводит к изменению частоты генератора. На рисунке 10 показано, как происходит изменение частоты генератора ВЧ под воздействием модулирующего низкочастотного сигнала.
Ну вот, с генератором я закончил, и постепенно подобрался к последнему узлу схемы, удвоителю частоты.
Удвоитель частоты
Данный каскад работает в классе «С», т.е. начальное напряжение смещения на базу транзистора не подается. Транзистор в таком случае работает не в линейном, а в ключевом режиме. При отсутствии входного сигнала высокой частоты на базе, каскад практически не потребляет энергии. Благодаря работе транзистора в режиме класса «С» (напомню, что напряжение смещения на транзистор в данном случае не подается), выходной сигнал на коллекторе имеет искаженную форму, вследствие чего он становится обогащенным гармониками, кратными основной частоте. Для выделения нужной гармоники (в моем случае 2-ой) в цепь коллектора включен колебательный контур, настроенный на удвоенную частоту генератора ВЧ. Он подавляет побочные гармоники сигнала, и пропускает ту, которая соответствует его частоте резонанса.
Использование удвоителя частоты позволило избавиться от дополнительной экранировки между контуром генератора и контуром удвоителя, поскольку они имеют большой разброс по резонансной частоте. В противном случае оконечный каскад может сам превратиться в генератор с неуправляемой и не предсказуемой частотой, что в конечном итоге приведет к полной неработоспособности схемы как радиомикрофона. При этом резко возрастет потребляемый каскадом ток, и транзистор после непродолжительной работы выйдет из строя. По этому при изготовлении данного устройства немалое внимание следует уделять и катушкам, соблюдать все указания автора схемы по их данным, таким как диаметр провода и самих катушек, количество витков и строго перпендикулярное положение их между собой. В качестве неудачного примера можно рассмотреть тот случай, когда оба контура настроены на одинаковую резонансную частоту. Сигнал, снятый с контура генератора ВЧ, поступает на оконечный каскад. Выходной контур начинает излучать радиоволны вокруг себя и в его электромагнитное поле попадает катушка генератора ВЧ. В свою очередь, полученную энергию она снова отправляет в оконечный каскад. И так происходит по кругу. Вот вам и результат – возникновение обратной связи и паразитное возбуждение схемы. Рисунок, который визуально отобразит выше сказанное.
Контур паразитной обратной связи на рисунке показан красными стрелками. Здесь хорошо видно, как сигнал, поданный на вход оконечного каскада, в виде электромагнитного излучения катушки L2 попадает в катушку L1, а с нее, снова на вход оконечного каскада. Получается определенный непрерывный цикл в виде паразитной генерации. Раз уж коснулся темы паразитных обратных связей, то рассмотрю еще один возможный момент ее возникновения даже при «правильных» катушках. Посмотрим на тот же рисунок, расположенный выше. Здесь паразитное кольцо выделено синими стрелками. Оно может возникнуть при недостаточной емкости конденсатора С2, либо его отсутствия в схеме. На рисунке видно, что этот конденсатор прерывает кольцо, «замыкая» его на общий провод схемы. Тем самым, подавляя его и устраняя эту связь. Почти тоже действие выполняет и конденсатор С1. Он «замыкает» возможную высокочастотную составляющую на общий (минусовой) провод, наведенную контурами и антенной на общую для всех 3-х каскадов плюсовую шину питания. Если этот конденсатор исключить из схемы, то часть сигнала может попасть в каскады и схема в конечном итоге поведет себя непредсказуемо. Ну, вот, пожалуй, и всё…
Использование удвоителя частоты позволило избавиться от дополнительной экранировки между контуром генератора и контуром удвоителя, поскольку они имеют большой разброс по резонансной частоте. В противном случае оконечный каскад может сам превратиться в генератор с неуправляемой и не предсказуемой частотой, что в конечном итоге приведет к полной неработоспособности схемы как радиомикрофона. При этом резко возрастет потребляемый каскадом ток, и транзистор после непродолжительной работы выйдет из строя. По этому при изготовлении данного устройства немалое внимание следует уделять и катушкам, соблюдать все указания автора схемы по их данным, таким как диаметр провода и самих катушек, количество витков и строго перпендикулярное положение их между собой. В качестве неудачного примера можно рассмотреть тот случай, когда оба контура настроены на одинаковую резонансную частоту. Сигнал, снятый с контура генератора ВЧ, поступает на оконечный каскад. Выходной контур начинает излучать радиоволны вокруг себя и в его электромагнитное поле попадает катушка генератора ВЧ. В свою очередь, полученную энергию она снова отправляет в оконечный каскад. И так происходит по кругу. Вот вам и результат – возникновение обратной связи и паразитное возбуждение схемы. Рисунок, который визуально отобразит выше сказанное.
Контур паразитной обратной связи на рисунке показан красными стрелками. Здесь хорошо видно, как сигнал, поданный на вход оконечного каскада, в виде электромагнитного излучения катушки L2 попадает в катушку L1, а с нее, снова на вход оконечного каскада. Получается определенный непрерывный цикл в виде паразитной генерации. Раз уж коснулся темы паразитных обратных связей, то рассмотрю еще один возможный момент ее возникновения даже при «правильных» катушках. Посмотрим на тот же рисунок, расположенный выше. Здесь паразитное кольцо выделено синими стрелками. Оно может возникнуть при недостаточной емкости конденсатора С2, либо его отсутствия в схеме. На рисунке видно, что этот конденсатор прерывает кольцо, «замыкая» его на общий провод схемы. Тем самым, подавляя его и устраняя эту связь. Почти тоже действие выполняет и конденсатор С1. Он «замыкает» возможную высокочастотную составляющую на общий (минусовой) провод, наведенную контурами и антенной на общую для всех 3-х каскадов плюсовую шину питания. Если этот конденсатор исключить из схемы, то часть сигнала может попасть в каскады и схема в конечном итоге поведет себя непредсказуемо. Ну, вот, пожалуй, и всё…
Настройка радиопередатчиков
Предварительную настройку передатчика производят на деревянном столе, с которого удалены все металлические предметы. При этом все сердечники вывинчивают из ВЧ катушек и подключают вместо микрофона НЧ генератор. Подают питание несколько ниже рабочего. Для настройки очень полезен простейший волномер, состоящий из колебательного контура, параметры которого зависят от рабочего диапазона. К нему подключается детекторный ВЧ диод, нагруженный на конденсатор 10 nF и микроамперметр на 50 uA (подойдет стрелочный индикатор уровня записи от кассетника). От трети витков контура делают отводок и к нему через конденсатор в несколько pF подсоединяют отрезок провода, служащий антенной. Волномер настраивают в резонанс по генератору ВЧ или "на глазок", по имеющемуся передатчику. Убеждаются в работоспособности генератора ВЧ с помощью волномера, поднося его антенну к контуру генератора. Если жучок работает в вещательном диапазоне, пытаются настроиться на волну с помощью приемника. Добиваются устойчивой генерации при сниженном напряжении питания и надежного запуска генератора. Плавно увеличивая напряжение питания, проверяют уход частоты от напряжения. При этом, если приемник позволяет, надо отключить в нем автоподстройку частоты. Слишком большой уход частоты связан с малой емкостью конденсатора обратной связи, включенным в цепи КЭ транзистора, так, что, собственная емкость транзистора, "плывущая" от изменения тока коллектора, сильно влияет на частоту настройки контура. Соответственно, исправляют увеличением емкости обратной связи и увеличением сопротивления в цепи эмиттера. Важно не переборщить, чтобы не возникало самовозбуждения генератора. Его признаками является "многочастотный" прием, посторонние шипы и свисты по диапазону. Помогает избежать - использование других деталей, укорочение их выводов до минимальной длины, другое расположение элементов монтажа. Когда достигнута устойчивая генерация, к генератору подносят контур волномера и настраивают его на рабочую частоту. Затем подают полное напряжение питания, и, если есть, настраивают остальные усилительные каскады, пользуясь волномером как индикатором, и постепенно удаляя его от передатчика. Мощные выходные каскады нельзя включать без нагрузки, поэтому на время настройки вместо антенны подключают резистор сопротивлением 50...75 Ом. Окончательно настройку проводят, поместив волномер на расстоянии не менее 5 м от передатчика, подключив антенну, настраивая цепи ее согласования, а также подбирают длину антенны, откусывая от нее каждый раз по 1-2 см, или вращая сердечник удлинительной катушки. Затем снова проводят подстройку оконечного каскада. В последнюю очередь настраивают звуковой тракт, добиваясь необходимой чувствительности и отсутствия искажений звука.
Монтаж устройства
Для изготовления устройства желательно использовать двух сторонний фольгированный стеклотекстолит, одна сторона которого будет соединена с минусовой клеммой источника питания и, служить «экраном». Детали на плате рекомендую крепить поверхностным монтажом: это позволит максимально укоротить выводы деталей и вследствие этого уменьшить паразитную емкость. Детали лучше использовать SMD – это дает большие преимущества: уменьшение габаритных размеров устройства до 15 * 25 мм, увеличение КПД, уменьшение стоимости устройства в целом. Шины питания на плате, выполненные в виде дорожек, желательно располагать по краям платы, параллельно друг – другу. Это уменьшит влияние внешних электромагнитных полей на работу передатчика. Если есть необходимость, то устройство можно экранировать. Детали лучше использовать как можно меньших размеров и компактнее располагать их на плате, конденсаторы советую брать с маленьким ТКЕ, иначе во время перемены температуры окружающей среды частота передатчика может измениться. Катушки лучше мотать в одинаковых направлениях посеребренным проводом (это даст увеличение КПД) и располагать перпендикулярно друг другу. После настройки лучше залить их парафином, воском или клеем. Это делается для предотвращения растройки колебательного контура с течением времени и уменьшения влияния звуковых волн на работу устройства. В общем монтаж устройства очень сильно влияет на дальность его передачи и качество передаваемого звука.
Промышленный шпионаж (заключение)
В таком небольшом объеме невозможно даже кратко рассказать о всех возможных методах получения информации. Но хочу обратить внимание на такие средства получения секретной информации как пассивный резонатор и радиопередатчики, использующие энергию света и радиоволн в качестве источников питания. Эти устройства более сложны своей конструкцией и менее распространены среди радио-шпионов – любителей, но очень активно используются среди профессионалов, так как проблема замены источника питания для них полностью (или практически полностью) отпадает. О некоторых шпионящих устройствах я умышленно не стал упоминать, потому что не хочется создавать трудности в работе государственных органов по защите граждан, то есть всех нас, от преступников и радио-шпионов. Для них скажу кое-что: работа по съему информации не романтическое, а очень опасное дело, требующее специальных навыков, групп прикрытия, «легенд», агентов, больших денег и большого ума. Надеюсь, что бизнесмены, политики, да и просто люди, по разным причинам ставшие носителями коммерческих и других секретов, получили представление о реальных возможностях злоумышленников в России. В дальнейшем, вероятно, выйдет моя вторая более развернутая работа о спецсредствах и о мерах противодействия им.