ОИУСЗИ / MSZI_2003

Физические преобразователи 151

•НАМ органного типа (большие мобильные или стационарные установки, в частности, применяемые в пограничных войсках для прослушивания акустических сигналов с сопредельной территории и др.), позволяет осуществлять прослушивание до 1000 м.

•Плоские НАМ, использующие в качестве антенной системы фазированную антенную решетку (ФАР), обычно маскируются под кейс, в крышку которого монтируется ФАР.

Акустическая разведка методом пассивного перехвата основана на перехвате акустической волны направленными микрофонами.

Акустические методы перехвата — облучение колеблющихся предметов в УФ и ИК диапазонах, оптическим лазерным стетоскопом. Используется также облучение радиолучом, но при этом устойчивый прием информации возможен на расстоянии 300–400 м. Ультразвуковой съем информации возможен во всех направлениях из-за широкой диаграммы направленности антенной системы и на расстоянии 300 м.

Контактные методы — это закладные устройства:

•радиомикрофоны непрерывного действия;

•радиомикрофоны с выключением питания;

•радиомикрофоны с управлением по радио;

•радиомикрофоны с дистанционным питанием;

•стетоскопы.

Осуществляется съем речевой информации по следующим цепям:

•звонковая цепь;

•реле;

•съем информации с измерительной головки вольтметров и амперметров;

•система радиотрансляции;

•система электрочасофикации;

•система пожарной и охранной сигнализации.

Физические преобразователи

В любых технических средствах существуют те или иные физические преобразователи, выполняющие соответствующие им функции, которые основаны на определенном физическом принципе действия. Хорошее знание всех типов преобразователей позволяет решать задачу определения наличия возможных неконтролируемых проявлений физических полей, образующих каналы утечки информации.

Характеристики физических преобразователей

Преобразователем является прибор, который трансформирует изменение одной физической величины в изменения другой. В терминах электроники преобразователь обычно определяется как прибор, превращающий неэлектрическую величину в электрический сигнал или наоборот (рис. 6.11).

152 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Рис. 6.11. Схема работы преобразователя

Каждый преобразователь действует по определенным физическим принципам и образует присущий этим принципам передающий канал — т.е. канал утечки информации.

Функции приборов и электронных устройств можно разделить на два основных вида

— обработка электрических сигналов и преобразование какого-либо внешнего физического воздействия в электрические сигналы. Во втором случае основную роль выполняют датчики и преобразователи.

Многообразные эффекты внешнего мира не ограничиваются в своих проявлениях лишь электрическими сигналами. Многочисленны различные физические явления (звук, свет, давление и т.д.) — их можно насчитать не менее нескольких десятков. Для преобразования информации о физических явлениях в форму электрического сигнала в электронных системах используются чувствительные элементы — датчики. Датчики являются началом любой электронной системы, играя в ней роль источников электрического сигнала.

Существуют два вида датчиков:

•специальноразработанныедлясоздания необходимогоэлектрического сигнала;

•случайные, являющиеся результатом несовершенства схемы или устройства.

По форме преобразования датчики могут быть разделены на преобразователи сигна-

ла и преобразователи энергии.

На преобразователь воздействуют определенные силы, что порождает определенную реакцию.

Любой преобразователь характеризуется определенными параметрами. Наиболее важными из них являются.

•Чувствительность. Это отношение изменения величины выходного сигнала к изменению сигнала на его входе.

•Разрешающая способность, характеризующая наибольшую точность, с которой осуществляется преобразование.

Физические преобразователи 153

•Линейность. Характеризует равномерность изменения выходного сигнала в зависимости от изменения входного.

•Инертность, или время отклика, которое равно времени установления выходного сигнала в ответ на изменение входного сигнала.

•Полоса частот. Эта характеристика показывает, на каких частотах воздействия на входе еще воспринимаются преобразователем, создавая на выходе еще допустимый уровень сигнала.

По физической природе преобразователи делятся на многочисленные группы, среди которых следует отметить фотоэлектрические, термоэлектрические, пьезоэлектрические, электромагнитные и акустоэлектрические преобразователи, широко использующиеся в современных системах связи, управления и обработки информации (рис. 6.12).

Рис. 6.12. Группы первичных преобразователей

Виды акустоэлектрических преобразователей

Акустическая энергия, возникающая во время звучания речи, может вызвать механические колебания элементов электронной аппаратуры, что в свою очередь приводит к появлению электромагнитного излучения или его изменению при определенных обстоятельствах. Виды акустоэлектрических преобразователей представлены на рис. 6.13. Наиболее чувствительными к акустическим воздействиям элементами радиоэлектронной аппаратуры являются катушки индуктивности и конденсаторы переменной емкости.

Рис. 6.13. Виды акустоэлектрических преобразователей

Индуктивные преобразователи

Если в поле постоянного магнита поместить катушку индуктивности (рамку) и привести ее во вращение с помощью, например, воздушного потока (рис. 6.14), то на ее выходе появится ЭДС индукции.

154 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Рис. 6.14. Вращение рамки в магнитном поле приводит к генерации ЭДС

Во время звучания человеческой речи возникает воздушный поток переменной плотности. Раз так, то можно ожидать, что под воздействием воздушного потока речи будет вращаться и катушка (рамка), что вызовет пропорциональное изменение ЭДС индукции на ее концах. Так можно связать акустическое воздействие на проводник в магнитном поле с возникающей ЭДС индукции на его концах. Это типичный пример группы индукционных акустических преобразователей. Представителем этой группы является, например, электродинамический преобразователь.

Рассмотрим акустическое воздействие на катушку индуктивности с сердечником (рис. 6.15). Механизм и условия возникновения ЭДС индукции в такой катушке сводятся к следующему.

Рис. 6.15. Возникновение ЭДС на катушке индуктивности

•Под акустическим давлением Р появляется вибрация корпуса и обмотки катушки.

•Вибрация вызывает колебания проводов обмотки в магнитном поле, что и приводит к появлению ЭДС индукции на концах катушки. Эта ЭДС определяется по формуле:

	d		d		μс(t)
E =		(Nфс + Nфв) =		B0 Sс(t)μ0(t)cosϕс(t) + S0(t) cosϕ0(t) ,
	dt		dt

где Nфс — магнитный поток, замыкающийся через сердечник; Nфв — магнитный поток, замыкающийся через обмотки по воздуху; B0 — вектор магнитной индукции; μс(t)

— магнитная проницаемость сердечника; μ0(t) — магнитная постоянная; ϕс(t) — угол между вектором B0 и осью сердечника; ϕ0(t) — угол между вектором B0 и осью катушки; Sс — площадь поперечного сечения сердечника; S0 — площадь поперечного сечения катушки.

Физические преобразователи 155

Индуктивные преобразователи подразделяются на электромагнитные, электродинамические и магнитострикционные.

К электромагнитным преобразователям относятся такие устройства, как громкоговорители, электрические звонки (в том числе и вызывные звонки телефонных аппаратов), элек-

трорадиоизмерительные приборы. Примером непосредственного использования

этого эффекта для цепей акустического преобразования является электродинамический микрофон (рис. 6.16). ЭДС на выходе катушки опреде-

ляется по формуле:			Рис. 6.16. Возникновение ЭДС в
dI		S	электродинамическом микрофоне
E = –L dt	, L = k 4πμ0 N2	I	,

где L — индуктивность; k — коэффициент, зависящий от соотношения; I — длина намотки катушки; d — диаметр катушки; μ0 — магнитная проницаемость; S — площадь поперечного сечения катушки; N — количество витков катушки.

Возникновение ЭДС на входе такого преобразователя принято называть микрофонным эффектом. Можно утверждать, что микрофонный эффект способен проявляться как в электродинамической, так и в электромагнитной, конденсаторной и других конструкциях, широко используемых в микрофонах самого различного назначения и использования.

Микрофонный эффект электромеханического звонка телефонного аппарата

Электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата — типичный образец индуктивного акустоэлектрического преобразователя, микрофонный эффект которого проявляется при положенной микротелефонной трубке.

ЭДС микрофонного эффекта звонка (рис. 6.17) может быть определена по формуле:

Eмэ = ηP,

где η— акустическая чувствительность звонка, P — акустическое давление.

ηVSμ0NSм

=d2Zм ,

где V — магнитодвижущая сила постоянного магнита; S — площадь якоря (пластины); μ0 — магнитная проницаемость сердечника; N — количество витков катушки; Sм — площадь полосного наконечника; d — величина зазора; Zм — механическое сопротивление.

По такому же принципу (принципу электромеханического вызывного звонка) образуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного назначения и даже в электрических вызывных звонках бытового назначения.

156 Глава 6. Классификация акустических каналов утечки информации

Акустические колебания воздействуют на якорь реле (рис. 6.18). Колебания якоря изменяют магнитный поток реле, замыкающийся по воздуху, что приводит к появлению на выходе катушки реле ЭДС микрофонного эффекта.

Рис. 6.17. Схема возникновения ЭДС

Рис. 6.18. Схема возникновения

на вызывном звонке

ЭДС на реле

Микрофонный эффект громкоговорителей

Динамические головки прямого излучения, устанавливаемые в абонентских громкоговорителях, имеют достаточно высокую чувствительность к акустическому воздействию (2–3 мВ/Па) и сравнительно равномерную в речевом диапазоне частот амплитудночастотную характеристику, что обеспечивает высокую разборчивость речевых сигналов.

BIS Eмэ = ηP, η= Zм ,

где η— акустическая чувствительность звонка, I — длина проводника, движущегося в магнитном поле с индукцией B; B — магнитная индукция; S — площадь поверхности, подверженной влиянию давления акустического поля; Zм — механическое сопротивление.

Рис. 6.19. Схема возникновения ЭДС на громкоговорителе

Известно, что абонентские громкоговорители бывают одно- и многопрограммными. В частности, территории бывшего СССР достаточно широко распространены трехпрограммные громкоговорители.

Трехпрограммные абонентские громкоговорители, в соответствии с ГОСТ 18286-88 (“Приемники трехпрограммные проводного вещания. Общие технические условия”),

Физические преобразователи 157

имеют основной канал (НЧ) и каналы радиочастоты (ВЧ), включенные через усилительпреобразователь. Усилитель-преобразователь обеспечивает преобразование ВЧ сигнала в НЧ сигнал с полосой ≈ 100–6300 Гц за счет использования встроенных гетеродинов. Так, например, в трехпрограммном громкоговорителе “Маяк 202” используется два гетеродина для второй и третьей программ ВЧ. Один вырабатывает частоту 78 кГц, а другой

— 120 кГц.

Наличие сложной электронной схемы построения трехпрограммных громкоговорителей (обратные связи, взаимные переходы, гетеродины) способствует прямому проникновению сигнала, наведенного в динамической головке, на вход устройства (в линию). Не исключается и излучение наведенного сигнала на частотах гетеродина (78 и 120 кГц).

Микрофонный эффект вторичных электрочасов

Исполнительное устройство вторичных электрочасов представляет собой шаговый электродвигатель, управляемый трехсекундными разнополярными импульсами U = ± 24 В, поступающими с интервалом 57 с от первичных электрочасов.

Микрофонный эффект вторичных часов, обусловленный акустическим эффектом шагового электродвигателя (рис. 6.20), проявляется в основном в интервалах ожидания импульсов управления.

Рис. 6.20. Схема возникновения ЭДС на шаговом двигателе

Степень проявления микрофонного эффекта вторичных электрочасов существенно зависит от их конструкции, т.е. выполнены ли они в пластмассовом, деревянном или металическом корпусе; с открытым или закрытым механизмом; с жестким или подвесным креплением.

Глава 7

Классификация электрических каналов утечки информации

Паразитные связи и наводки

Элементы, цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых электронных систем и схем постоянно находятся под воздействием собственных (внутренних) и сторонних (внешних) электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих или наводящих в них значительные напряжения. Такое воздействие называют электромагнитным влиянием или просто влиянием на элементы цепи. Коль скоро такое влияние образуется непредусмотренными связями, в подобных случаях говорят о паразитных (вредных) связях и наводках, которые приводят к образованию электрических каналов утечки информации.

Основными видами паразитных связей в схемах радиоэлектронного оборудования (РЭО) являются емкостные, индуктивные, электромагнитные, электромеханические связи и связи через источник питания и заземления РЭО.

Паразитные емкостные связи

Паразитные емкостные связи обусловлены электрической емкостью, образующейся между элементами, деталями и проводниками схем, несущих потенциал сигнала (рис. 7.1). Так как сопротивление емкости, создающей паразитную емкостную связь, падает с ростом частоты (Xc = 1/ωC), проходящая через нее энергия с повышением частоты увеличивается. Поэтому паразитная емкостная связь может привести к самовозбуждению усилителя на частотах, превышающих его высшую рабочую частоту.

Чем больше усиление сигнала между цепями и каскадами, имеющими емкостную связь, тем меньше емкости требуется для его самовозбуждения. При усилении в 105 раз (100 дБ) для самовозбуждения усилителя звуковых частот иногда достаточно емкости между входной и выходной цепями порядка 0,01 пФ.

Паразитные индуктивные связи

Паразитные индуктивные связи обусловлены наличием взаимоиндукции между проводниками и деталями РЭО, главным образом между ее трансформаторами. Паразитная индуктивная обратная связь между трансформаторами усилителя — например, между входным и выходным трансформаторами, — может вызвать режим самовозбуждения в области рабочих частот и гармониках.

Паразитные связи и наводки 159

Рис. 7.1. Схема возникновения паразитной емкостной связи

Для усилителей с малым входным напряжением (микрофонные, магнитофонные и др.) очень опасна индуктивная связь входного трансформатора с источниками переменных магнитных полей (трансформаторы питания). При расположении такого источника вблизи от входного трансформатора ЭДС, которая наводится на вторичной обмотке трансформатора средних размеров, может достигать нескольких милливольт, что в сотни раз превосходит допустимое значение. Значительно слабее паразитная индуктивная связь проявляется при торроидальной конструкции входного трансформатора. При уменьшении размеров трансформатора паразитная индуктивная связь ослабляется.

Паразитные электромагнитные связи

Паразитные электромагнитные связи приводят к самовозбуждению отдельных каскадов звуковых и широкополосных усилителей на частотах порядка десятков и сотен мегагерц. Эти связи обычно возникают между выводными проводниками усилительных элементов, образующими колебательную систему с распределенными параметрами и резонансной частотой определенного порядка.

Паразитные электромеханические связи

Паразитные электромеханические связи проявляются в устройствах, корпус которых имеет механическую связь с включенным на вход усилителя громкоговорителем; в усилителях расположенных вблизи от громкоговорителя, а также в усилителях, подвергающихся вибрации (сотрясения). Механические колебания диффузора близкорасположенного громкоговорителя через корпус последнего и шасси усилителя, а также через воздух передаются усилительным элементам. Вследствие микрофонного эффекта эти колебания вызывают в цепях усилителя появление переменной составляющей тока, создающего паразитную обратную связь.

Транзисторы почти не обладают микрофонным эффектом, поэтому паразитная электромеханическая связь проявляется в основном в ламповых усилителях.

Паразитные обратные связи через источники питания

Паразитные обратные связи через источники питания в многокаскадном усилителе возникают вследствие того, что источники питания имеют внутреннее сопротивление.

160 Глава 7. Классификация электрических каналов утечки информации

Так, например, ток сигнала Iвых усилителя (рис. 7.2), проходя через источник питания, создает на внутреннем сопротивлении Zн последнего падение напряжения U, равное Iвых Zн. Это напряжение подается на предыдущие каскады вместе с постоянной составляющей напряжения источника питания, а затем через элементы межкаскадной связи попадает на входы усилительных элементов, создавая в усилителях паразитную обратную связь. В зависимости от соотношения фаз паразитной обратной связи и полезного сигнала, это напряжение может увеличивать напряжение сигнала и (при достаточной глубине) привести к его самовозбуждению.

Рис. 7.2. Схема возникновения паразитной связи в многокаскадном усилителе

Опасный сигнал может попасть в цепи электрического питания, создавая каналы утечки информации. В линию электропитания ВЧ передается за счет паразитных емкостей трансформаторов блоков питания (рис. 7.3).

Утечка информации по цепям заземления

Заземление (рис. 7.4) — это устройство, состоящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электронными и электрическими устройствами, приборами и т.д. Заземлителем называют проводник или группу проводников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом. Заземлители могут быть любой формы — в виде трубы, стержня, полосы, листа, проволоки и т.п. В основном они выполняют защитную функцию и предназначаются для соединения с землей приборов.

Рис. 7.3. Схема утечки информации по цепям питания