Разработка и исследование модели отражателя-модулятора (WinWord zip-1Mb) (стр. 2 из 9)

Специально созданная закладка представляет собой антенну – вибратор, к входным зажимам которого подключен нелинейный элемент (варикап, диод и т.п.) и микрофон или стетоскоп. Электродвижущая сила, возникающая на концах микрофона или стетоскопа, меняет параметры нелинейного элемента.

Подразумевается, что входное сопротивление закладки согласовано на частоте зондирующего сигнала с сопротивлением модулирующего звена. Это условие является необходимым для максимальной передачи энергии зондирующего сигнала, в энергию отражённых сигналов с частотами, кратными частоте зондирующего. Итак, закладка облучается высокочастотным гармоническим сигналом, поскольку её сопротивление согласовано с сопротивлением модулирующей части, то половина энергии падающей электромагнитной волны, остаётся в вибраторе (антенне), т.е. излучается обратно, а вторая половина поглощается в модулирующей части [1].

Главным элементом модулирующей части является нелинейность. Из теоретических основ радиотехники известно, что при прохождении гармонического сигнала через нелинейную цепь, спектр выходного сигнала обогащается гармониками, с частотами кратными входному. В модулирующей части появляются гармоники основной частоты, причём, если параметры нелинейного элемента зависят от состояния внешнего воздушного пространства, то и параметры этих гармоник (амплитуда и фаза) зависят от звуковых колебаний распространяющихся в воздушном пространстве. Поскольку модулирующая часть представляет собой двухполюсник, то токи с кратными частотами начинают протекать в вибраторе. Отсюда следует, что токи частот, кратных основной (и чьи параметры зависят от звуковых колебаний, распространяющихся в подслушиваемом помещении), излучаются в свободной пространство, поэтому существует возможность их приёма и обработки.

1.2.Некоторые сведения о работе сотовой связи GSM. Основные параметры зондирующего сигнала

В соответствии с рекомендацией СЕРТ 1980 г., касающейся использования спектра частот подвижной радиосвязи в диапазоне частот 890 – 960 МГц, стандарт GSM на цифровую общеевропейскую (глобальную) сотовую систему подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот: 890 – 960 МГц (для передатчиков подвижных станций - MS), 935 – 960 МГц (для передатчиков базовых станций - BTS).

В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и конце разговора.

В табл. 1.1. сведены основные сведения о системе сотовой связи GSM [3].

Таблица 1.1. Основные характеристики стандарта GSM

Частоты передачи подвижной станции и приёма базовой станции, МГц	890 – 915
Частоты приёма подвижной станции и передачи базовой станции, МГц	935 – 960
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц	45
Скорость передачи сообщения в радиоканале, кбит/с	270, 833
Ширина полосы канала связи, кГц	200
Максимальное количество каналов связи	124
Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции	16 – 20
Вид модуляции	GMSK
Индекс модуляции	ВТ 0,3
Ширина полосы предмодуляционного гауссовского фильтра, кГц	81,2
Количество скачков по частоте в секунду	217
Временное разнесение в интервалах TDMA кадра (передача/приём) для подвижной станции	2
Вид речевого кодека	PRE/LTP
Максимальный радиус соты, км	До 35

1.3.Основные параметры модулирующего сигнала

Для исследования отражателя - модулятора речевой сигнал (модулирующее колебание) берётся в виде гармонического колебания с частотой 3 кГц. Это обусловлено отсутствием применения каких-либо особенностей человеческой речи при перехвате информации данным способом.

2. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ДАННОЙ ТЕМЕ

Для моделирования отражателя – модулятора необходимо проанализировать литературу по этой теме. Из-за закрытости этой темы, литературу на прямую связанную с ней, найти трудно, поэтому приходится рассматривать моделирование элементов отражателя- модулятора по отдельности. Первый элемент, который мы рассмотрим, будет симметричный вибратор.

2.1.Распределение тока по вибратору

Все основные характеристики симметричного вибратора определяются размерами провода вибратора и распределением тока вдоль него. Поэтому расчёт симметричного вибратора начинается с выяснения закона распределения тока.

Задача о нахождении точного значения тока на вибраторе имеет историю, исчисляемую десятилетиями. Тем не менее, до сего времени эта задача до конца не решена, хотя получен ряд хороших приближений.

Однако при решении большинства практических задач знания точного решения не требуется. Необходимые данные о параметрах симметричного вибратора могут быть получены инженерным методом при использовании приближённого выражения функции распределения тока.

Общепринятый инженерный метод предполагает, что симметричный вибратор в отношении распределения тока представляет собой двухпроводную линию с потерями, ненагруженную на конце (холостой ход). Многочисленные экспериментальные данные и опыт проектирования антенн типа «симметричный вибратор» подтверждают правильность такого подхода. Поэтому независимо от угла раствора проводов вибратора распределение тока и напряжения принимается в виде стоячей волны соответственно с нулём и максимумом на свободных концах вибратора. Причём в силу потерь на излучение в узлах стоячих волн ток и напряжение не достигают нулевого значения.

Что касается тепловых потерь в скин–слое вибратора, то они обычно в сравнении с потерями на излучение малы и не вносят сколь-нибудь заметного дополнительного затухания.

Таким образом, распределение тока вдоль вибратора записывается в виде:

где g=a-ib - постоянная распространения волны тока вдоль провода эквивалентной двухпроводной линии;

l – длина одного плеча вибратора;

I_n – ток в пучности стоячей волны, связанный с током на входе вибратора I₀ соотношением:

I₀=I_nsingl, (2.2).

Из теории длинных линий известно, что фазовая постоянная a и коэффициент затухания b определяются формулами:

где R₁, L₁, C₁ – соответственно погонные сопротивления полезных и тепловых потерь, индуктивность и ёмкость линии.

2.2.Расчёт входного сопротивления вибратора

Способность антенны излучать оценивается по так называемому сопротивлению излучения R_S. Оно представляет собой отношение полной излучённой мощности Р_S к квадрату тока в антенне. Чем больше оказывается излучённая мощность при фиксированной величине тока, тем больше излучающая способность антенны и тем больше её R_S. Антенна с хорошей излучающей способностью может излучить ту же мощность, но при меньших значениях тока, чем в антенне с плохой излучающей способностью.

Сопротивление излучения определяется формулой:

, (2.6)

Расчётная формула R_S для симметричного вибратора сложна и мало пригодна для инженерных расчётов. Это связано со сложностью интегрирования вектора Пойнтинга по сферической поверхности даже в тех случаях, когда подынтегральная функция, пропорциональная квадрату диаграммы направленности, сравнительна проста. Поэтому на практике пользуются готовым результатом расчёта (см. табл.2.1. и рис 2.1).

Таблица 2.1. Значения сопротивления излучения.

l/l	RSП,Ом	l/l	RSП,Ом	l/l	RSП,Ом
0,125	6,4	0,325	144	0,525	185
0,150	13	0,350	168	0,550	166
0,175	23	0,375	187	0,575	145
0,200	36	0,400	200	0,600	121
0,225	54	0,425	209	0,625	105
0,250	73,1	0,450	212	0,650	93
0,275	96	0,475	210	0,675	87
0,300	120	0,500	199	0,700	85