IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Конструирование подавителя сигнала сотовой связи и исследование факторов, влияющих на его работу
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
1.1 Цель и задачи работы.
Целью работы является разработка макета блокиратора сигнала сотовых телефонов.
В ходе выполнения работы были решены следующие задачи:
Изучены принципы организации связи формата GSM.
Разработано устройство, реализующее подавление сигнала сотовых телефонов.
Разработаны рекомендации по монтажу схемы прибора.
Определены условия применения альтернативных источников питания схемы.
Проведены испытания прибора.
Научной новизной проекта является разработка технических рекомендаций по монтажу и сборке электрической схемы и предложения по замене источника питания.
1.2 Способы подавления сигналов сотовой связи и обоснование актуальности проекта.
В нашей стране сотовые телефоны получили такое распространение, что их использование все чаще призывают ограничить. Делать это предлагается с помощью специальных систем, блокирующих радиоволны в определенном диапазоне.
Мобильные "глушилки" бывают трех типов (3,стр14). Первую группу составляют довольно простые системы, использование которых не требует дополнительных энергозатрат. На стенах в помещении монтируются специальные экранирующие электромагнитные панели (Faraday Cage), обеспечивающие пассивное блокирование сотовых сигналов(4,стр 41). Деревянные панели с тонкими пластинами из никель-цинкового сплава отсекают до 97% радиоволн. Данный вариант подходит для небольших помещений и позволяет сэкономить на оплате счетов за электричество.
Второй метод - установка специального прибора, определяющего наличие включенного мобильника в радиусе пяти метров и более(6,стр7). При попытке позвонить устройство в течение короткого промежутка времени излучает подавляющий сигнал сравнительно небольшой мощности. В результате канал управления базовой станции, предназначенный для абонента, в зоне действия устройства перекрывается. Конкретные параметры подобных участков "мобильного молчания" зависят от характеристик используемых антенн. Входящие звонки отсекаются точно так же, вызова абонента не происходит, сигнал не слышен.
Наконец, третий вариант - системы, создающие постоянные помехи в определенном диапазоне, причем некоторые из них обладают любопытной функцией: с помощью беспроводных технологий типа Bluetooth они автоматически переводят любой совместимый телефон в режим "молчания".
Существуют также интеллектуальные блокираторы мобильных телефонов ГАММА, "Москит", "Скит-МП", MobilePhoneProtect, БСТ модели JA и MJ - все они предназначены для подавления в заданной зоне мобильников и аппаратуры, использующей для передачи информации каналы сотовой связи.
В нашей стране производством подобного рода техники занимается несколько компаний, один из наиболее известных отечественных блокираторов RS Jammini для сетей GSM 900/1800 (как и C-Guard LP, изготовляемый израильской компанией NetLine) стоит в районе 1500 евро(7,стр18..19). Работают они неплохо, хотя бы исходя из принципа "ломать - не строить": чем мощнее сигнал, тем надежнее система глушит сотовые трубки.
Трезвон сотовых телефонов все сильнее раздражает людей в общественных местах. Почти во всех странах запрещено использование трубок в больницах и поликлиниках, где они могут помешать электронному оборудованию. Значки с перечеркнутыми трубками встречаются в аудиториях, где проводят экзамены, на электростанциях, в храмах и музеях. Во Франции некоторое время назад рассматривался законопроект, разрешающий установку мобильных глушилок в библиотеках и музеях.
Отдельный вопрос - безопасность. Поскольку мобильный телефон может выступить в качестве взрывателя для различного рода бомб, глушение активно используется силовыми структурами. К примеру, при проезде высокопоставленных чиновников по правительственной трассе еще за пару минут до появления их автомобилей на дисплее мобильного телефона пропадает сотовая сеть и восстанавливается только через 3-4 минуты после удалившегося кортежа(2,стр12,13).
2.Основная часть.
2.1 Принцип работы GSM-сетей.
GSM (Global System for Mobile Communications) былразработанв 1990 году. Первый оператор GSM принял абонентов в 1991 году, к началу 1994 года сети, основанные на рассматриваемом стандарте, имели уже 1.3 миллиона подписчиков, а к концу 1995 их число увеличилось до 10 миллионов(5,стр 54)!
Начнем с самого сложного и, пожалуй, скучного - блок-схемы сети. При описании будут использоваться принятые во всем мире англоязычные сокращения.
Самая простая часть структурной схемы - переносной телефон, состоит из двух частей: собственно "трубки" - МЕ (Mobile Equipment - мобильное устройство) и смарт-карты SIM (Subscriber Identity Module - модуль идентификации абонента), получаемой при заключении контракта с оператором. Как любой автомобиль снабжен уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный номер - IMEI (International Mobile Equipment Identity - международный идентификатор мобильного устройства), который может передаваться сети по ее запросу(5,стр 48).
2.2. Принцип работы генератора.
Устройство подобно генератору прерывистого сигнала. Его образуют два взаимосвязанных генератора, один из которых формирует на выходе пачки импульсов с частотой повторения, а второй - импульсы заполнения частотой. Длительность пачек импульсов равна 120мс. Генератор включают подачей на нижний вход микросхемы управляющего напряжения высокого уровня. Первый формируемый импульс на выходе генератора возникает сразу после этого разрешающего сигнала. (Для разных форматов можно подгонять размеры тайм-слота (пакета импульсов)). В роле генераторов в схеме использовались логические микросхемы К176(1).
Промышленность выпускает широкий ассортимент логических микросхем, использующих структуры металл-окисел-полупроводник (МОП или КМОП). На их основе выполнены такие распространенные серии, как К176 (CD4000), К561 (CD4000A), КР1561 (CD4000B), 564 и 1564 - в скобках указаны импортные аналогичные серии. Эти микросхемы отличаются очень малым потреблением тока в статическом режиме - 0,1... 100 мкА, высокой надежностью и помехоустойчивостью.
Сравнить основные параметры серий микросхем можно по приведенной таблице.
|
Параметр микросхемы |
К176 CD4000 |
К561 CD4000A |
CD4000B МС14000В |
564 |
|
Р, (мкВт) |
10 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
|
Тзад,(нс) |
200 |
50 |
50 |
50 |
|
Uпит,(В) |
5...12 |
3...15 |
3...15 |
Надежность работы устройств на логических микросхемах зависит и от построения схемы. Так, например, нельзя подавать входные сигналы, не подав питание, а также недопустимо превышение уровня входного сигнала над питающим напряжением. Напряжение источника питания должно подаваться раньше или одновременно с подачей входных сигналов.
2.3.Схема устройства.
Примечания при сборке схемы.
Схема для грубой настройки регулируется подстроечным конденсатором до потери сотовыми телефонами базовой станции (поиск сети). Предварительно выключить электропитание схемы глушилки. Повторно включите глушилку ,убедитесь что через несколько секунд мобильник потерял станцию.
Все монтажные концы деталей укорачиваются максимально, иначе будут паразитные связи на высокой частоте.
Антенны лучше использовать готовые продаются на любом радиорынке, длина влияет на частоту.
Проверьте блок питания на нагрузке - должно быть не меньше 3-х Ампер (3А).
На плату припаивать панельки, а затем в них установить микросхемы.
Плата односторонняя.
Микросхема во время работы должна нагреваться, примерная температура 40-50 градусов.
Шестиугольник на плате это отверстие - его надо вырезать (выпилить) чтобы утопить в ней транзистор.
Монтаж поверхностный.
Без антенны схема работает только на расстояние 3-4 метра.
Чего делать нельзя:
Нельзя включать транзистор без микросхемы.
Нельзя коротить + и -.
Нельзя менять полярность питания.
Во всех этих случаях транзистор может перегореть.
Технические характеристики устройства:
Диапазон частот 450-2000Мгц.
Ток 3 Ампера.
Питание ~220в/9-14,5 В.
Напряжение питания микросхемы - 12 Вольт.
Напряжение на коллекторе до 900-1000 Вольт.
Мощность 30-40 Ватт.
Дальность блокирования в открытом пространстве: до 10 м.
Настройка:
Выставить напряжение 12 вольт на всю схему, переменным конденсатором добиться потери станции - телефон переходит в поиск сети (грубая настройка).
Мобильный телефон при потере базовой станции начинает поиск во всех диапазонах 900, 1800, 1900, 3G, 4G поэтому для гарантированного подавления и существует точная плавная подстройка частоты.
У GSM 900/1800 - вертикальная поляризация антенн, а не горизонтальная, так что глушилка работает уверенно, когда антенна направлена вертикально, но может отклоняться на 45 градусов от вертикали.
Вид сверху.
Конечный вид макета.
2.4 Типы используемых деталей.
В ходе работы были использованы следующие виды деталей(1):
1. Конденсатор подстроечный - в данной схеме используются только керамический, для предотвращения пробоя на высокой частоте (греется):
2. Конденсаторы керамические предназначенные для работы в высокочастотных цепях:
3. Транзистор КТ819: Предназначен - для применения в схемах усилителей мощности, в том числе с амплитудной модуляцией, умножителях частоты и автогенераторах на частотах свыше 400 МГц.
4. Дроссель:
Транзистор : К176.
С4L5 – колебательный контур
С3L4 – контур обратной связи
С4 – подстроечный конденсатор
L1 и L2 – дроссели для защиты от тока более 3А
Выход D6 в работе не используется, используются только вход для поддержания рабочей точки транзистора
Если питания от кроны, заменить транзистор на КТ368 (радиатор в данном случае не нужен)
Два дросселя L снижают пульсации тока. Цепочка R – C задаёт частоту колебаний согласно формуле : ν = 0,5/RC, Гц.Справа протравленные текстолитовые основания.Снизу «пачки» импульсов генератора заполненные частотой.Волнистая линия на верхнем правом изображении – линия задержки, шестиугольник – место под транзистор КТ 819.
Сигнал модулятора на базу транзистора.
Прямоугольные импульсы заполненные частотой.
3. Основные результаты работы.
В результате выполнения работы было выяснено, что GSM -глушилка - это устройство, которое передает сигнал на той же самой частоте, что и GSM-оператор, подавляя работу мобильных устройств в радиусе действия данного устройства. Было изучено несколько путей блокировки работы мобильных устройств и исходя из полученной информации было выбрано направление проектирования и конструирования предлагаемого устройства.
В ходе монтажа устройства, на основе накопленного практического опыта, были разработаны рекомендации по сборке прибора и применению различных вариантов его питания.
Проведены «полевые» испытания прибора в ходе которых были выявлены его практические возможности и устранён ряд недостатков.
Выяснена степень влияния прибора на компьютерную технику: по сколько у нее нет приемной антенны, влияние минимально. Самое слабое место – клавиатура.
Фильтр-пробка (режекторный фильтр): конденсатор 2,2мкф – индуктивность L6 препятствует
проникновению токов резонансной частоты на микросхему(1).
С
опротивление фильтра на резонансной частоте резко возрастает.
4. Список использованных источников.
1. Сайт http://glushilka.narod.ru, автор и создатель схемы В. Шуверов.
2. Хорев А. А., Защита информации от утечки по техническим каналам. Ч. 1. Технические каналы утечки информации. Учебное пособие. - М.: Гостехкомиссия России, 1998.
3. Барсуков В., Блокирование технических каналов утечки информации //Jet Info. Информационный бюллетень. 1998. № 5-6.
4. Хорев А. А., Классификация и характеристика технических каналов утечки информации, обрабатываемой ТСПИ и передаваемой по каналам связи // Специальная техника. 1998. № 2. Май-июнь.
5. Хорев А. А., Технические каналы утечки акустической (речевой) информации // Специальная техника. 1999. № 1. Март-апрель.
6. «Шпионские штучки» и устройства для защиты объектов и информации: Справочное пособие. - СПб., Лань, 1996.
7. Лобашев А. К., Лосев Л. С. Современное состояние и тактические возможности применения индикаторов электромагнитных излучений. Специальная техника, № 6, 2004 г .
8. Бузов Г. А., Лобашев А. К., Лосев Л.С. Легальные жучки: суровая реальность и меры противодействия. Специальная техника, № 1, 2005.