Российский государственный социальный университет Кафедра информационной безопасности и программной инженерии

Смолин С.Л.

Учебное методическое пособие

по выполнению лабораторной работы

по учебной дисциплине

"Физические основы защиты информации"

Тема:

Электромагнитные излучения.

Москва - 2012

1. Краткие теоретические сведения

Материальными носителями информации являются различные сигналы. По своей физической природе они могут быть электрическими, электромагнитными, акустическими и т.д. Сигналами, как правило, являются электромагнитные, механические и другие виды колебаний (волн), причем информация содержится в их изменяющихся параметрах. В зависимости от природы сигналы распространяются в определенных физических средах. В общем случае средой распространения могут быть газовые (воздушные), жидкостные (водные) и твердые среды. Например, воздушное пространство, конструкции зданий, соединительные линии и токопроводящие элементы, грунт (земля) и т.п. Обобщенная структура канала передачи информации приведена на рис. 1.

Рис.1.

Для приема и измерения параметров сигналов служат различные технические средства, в том числе и технические средства разведки (TCP).

В зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, а также среды их распространения и способов перехвата TCP технические каналы утечки можно разделить на:

• электромагнитные, электрические и параметрические – для телекоммуникационной информации;

• воздушные (прямые акустические), вибрационные (виброакустические), электроакустические, оптико-электронные и параметрические - для речевой информации.

К электромагнитным каналам утечки информации относятся:

• побочные электромагнитные излучения (ПЭМИ) элементов ТСПИ;

• ПЭМИ на частотах работы высокочастотных (ВЧ) генераторов в ТСПИ и ВТСС;

• ПЭМИ на частотах самовозбуждения усилителей низкой частоты (УНЧ) ТСПИ.

Ознакомимся с техническими средствами приема электромагнитных излучений.

Антенно-фидерное устройство является необходимым элементом всякого радиоустройства и состоит из антенны, служащей для излучения и приема радиоволн и фидерной линии. Передающая антенна под воздействием подводимых к ней от передатчика высокочастотных токов должна создавать в окружающем пространстве поле излучения в виде электромагнитных волн. Приемная антенна, под воздействием приходящей в место приема электромагнитной волны, должна создавать токи на входе приемника. Фидерная линия служит для передачи высокочастотного сигнала от передатчика к антенне или от антенны к приемнику с наименьшими потерями.

Разновидностью антенн являются измерительные антенны. Измерительная антенна – антенна, основные технические характеристики которой регламентированы с определенными погрешностями. Измерительные антенны являются самостоятельными приборами широкого применения, позволяющими работать с различными измерителями и источниками сигналов. В качестве измерителей совместно с антеннами обычно используются измерительные приемники, анализаторы спектра.

Упрощенная схема радиосвязи приведена на рис.2 – 10.

Рис. 2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Радиоприёмник прямого усиления (герадеаус) состоит из колебательного контура, нескольких каскадов усиления высокой частоты, диодного детектора, а также нескольких каскадов усиления низкой частоты (рис. 11)

.

Рис. 11

Колебательный контур служит для выделения сигнала требуемой радиостанции. Как правило, частоту настройки колебательного контура изменяют конденсатором переменной ёмкости. К колебательному контуру подключают антенну, иногда и заземление.

Сигнал, выделенный колебательным контуром, поступает на усилитель высокой частоты. Усилитель высокой частоты (УВЧ), как правило, представляет собой несколько каскадов избирательного транзисторного усилителя. С УВЧ сигнал подаётся на диодный детектор, с детектора снимается сигнал звуковой частоты, который усиливается ещё несколькими каскадами усилителя низкой частоты (УНЧ), откуда поступает на громкоговоритель или наушники.

Главное преимущество приёмника прямого усиления – простота конструкции, основной недостаток – малая селективность (избирательность), то есть малое ослабление сигналов соседних радиостанций по сравнению с сигналом станции, на которую настроен приёмник. Поэтому этот тип приёмников удобно использовать только для мощных радиостанций, работающих в длинноволновом или средневолновом диапазоне.

Как правило, радиоприёмники этого типа могут принимать только амплитудно-модулированные радиопередачи. Также обычно необходимо подключение внешней антенны и заземления, в связи с их невысокой чувствительностью, ограниченной усилением.

Трёхпрограммные приёмники проводного вещания также используют схему прямого усиления.

Супергетеродинный радиоприёмник (супергетеродин) – один из типов радиоприёмников, основанный на принципе преобразования принимаемого сигнала в сигнал фиксированной промежуточной частоты (ПЧ) с последующим её усилением (рис.12). Основное преимущество супергетеродина перед радиоприемником прямого усиления в том, что наиболее критичные для качества приема части приемного тракта (узкополосный фильтр, усилитель ПЧ и демодулятор) не должны перестраиваться под разные частоты, что позволяет выполнить их со значительно лучшими характеристиками.

Рис. 12.

Принятый сигнал из антенны поступает в усилитель высокой частоты (в упрощенном варианте может отсутствовать), а затем на вход смесителя – специального элемента с двумя входами и одним выходом, осуществляющего операцию преобразования сигнала по частоте. На второй вход смесителя подается сигнал от локального маломощного генератора высокой частоты – гетеродина. Колебательный контур гетеродина перестраивается одновременно с входным контуром смесителя (и контурами усилителя ВЧ – при его наличии) – обычно конденсаторам переменной емкости, реже катушкой переменной индуктивности. Т.О. на выходе смесителя образуются сигналы с частотой, равной сумме и разности частот гетеродина и принимаемой радиостанции. Разностный сигнал постоянной промежуточной частоты выделяется с помощью фильтра сосредоточенной селекции и усиливается одним или несколькими каскадами, после чего поступает на демодулятор, восстанавливающий сигнал низкой (звуковой) частоты. Обычно фильтр промежуточной частоты рассредоточен по всем каскадам усилителя промежуточной частоты, поскольку фильтр сосредоточенной селекции сильно ослабляет сигнал и приближает его к уровню шумов. А в приемниках с фильтром рассредоточенной селекции в каждом каскаде сигнал лишь немного ослабляется фильтром, а затем усиливается, что позволяет улучшить соотношение сигнал/шум.

В обычных приёмниках длинных, средних и коротких волн промежуточная частота, как правило, равна 465 или 455 кГц, в ультракоротковолновых – 6,5 или 10,7 МГц. В телевизорах используется промежуточная частота 38 МГц.

Преимуществами супергетеродинного приемника являются наличие малого количества перестраиваемых контуров, возможность получения большего усиления по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации: положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты, высокая избирательность, обусловленная наличием фильтра сосредоточенной селекции (полосового фильтра) в канале ПЧ. Так как частота ПЧ ниже частоты входного сигнала, такой фильтр можно изготовить со значительно более высокими параметрами.