Андрей Кашкаров - Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)

Андрей Кашкаров

Электронные устройства для глушения беспроводных сигналов (GSM, Wi-Fi, GPS и некоторых радиотелефонов)

1. Методы и устройства для глушения радиоканала

В этой главе рассмотрены профессиональные и самодельные устройства для подавления связи в разных диапазонах радиочастот.

1.1. Радиосвязь и диапазоны частот

В начале этой книги будем рассматривать особенности распространения радиоволн (в различных диапазонах) не во всем свободном пространстве, а над земной поверхностью. Это понимание распространения радиоволн даст ключ и к раскрытию темы книги – возможностей глушения аппаратными методами самих излучающих радиоволны устройств, будь то передатчики радиосигналов специального предназначения, датчики, использующие взаимосвязи по Wi-Fi или различной мощности или, к примеру, сотовые телефоны. Как показывают опыт и теория, это влияние различно – для волн разной длины и для разных расстояний между передатчиком и приемником. Способы распространения радиоволн существенно зависят от длины волны, от освещенности земной атмосферы Солнцем и от ряда других факторов.

В процессе распространения радиоволны испытывают ослабление, связанное с рядом причин. По мере удаления от передатчика энергия распространяется все в большем объеме, следовательно, плотность потока энергии уменьшается. Среда, в которой распространяются радиоволны, также вызывает их ослабление. Это связано с поглощением энергии волн вследствие тепловых потерь и уменьшением напряженности поля волны при огибании препятствий в виде выпуклости земного шара или возвышенностей на местности.

Распространение радиоволн подчиняется определенным общим законам.

Прямолинейное распространение в однородной среде, то есть среде, свойства которой во всех точках одинаковы. Отражение и преломление при переходе из одной среды в другую. Угол падения равен углу отражения.

Дифракция. Встречая на своем пути непрозрачное тело, радиоволны огибают его. Дифракция проявляется в разной мере в зависимости от соотношения геометрических размеров препятствия и длины волны.

Рефракция. В неоднородных средах, свойства которых плавно изменяются от точки к точке, радиоволны распространяются по криволинейным траекториям. Чем резче изменяются свойства среды, тем больше кривизна траектории.

Полное внутреннее отражение. Если при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную угол падения превышает некоторые критические значения, то луч во вторую среду не проникает и полностью отражается от границы раздела сред. Критический угол падения называют углом полного внутреннего отражения.

Интерференция. Это явление наблюдается при сложении в пространстве нескольких волн. В различных точках пространства получается увеличение или уменьшение амплитуды результирующей волны в зависимости от соотношения фаз складывающихся волн.

Радиоволны, распространяющиеся у поверхности земли и, вследствие дифракции, частично огибающие выпуклость земного шара, называются поверхностными волнами. Распространение поверхностных волн сильно зависит от свойств земной поверхности.

Радиоволны, распространяющиеся на большой высоте в атмосфере и возвращающиеся на землю вследствие отражения от атмосферных неоднородностей, называются пространственными волнами.

Помимо ослабления, происходит также изменение структуры поля волны.

Рельеф земной поверхности также влияет на распространение радиоволн. Это влияние зависит от соотношения между высотой неровностей поверхности, горизонтальной протяженностью и углом падения волны на поверхность.

Поэтому высокие холмы, горы, кроме того, «возмущают» поле, образуя затененные области. Дифракция радиоволн на горных хребтах иногда приводит к усилению волны из-за интерференции прямых и отраженных от поверхности Земли волн.

1.2. Беспроводная связь

Беспроводные сети связи имеют различную техническую организацию и структуру. Аббревиатура Wi-Fi принадлежит к определению беспроводной сети связи с относительно большим радиусом действия. Таким образом, везде, где вы встречаете такое сокращение, речь идет именно о беспроводных сетях, эффективность, особенности, «плюсы» и «минусы» которых обсудим в книге далее.

Предыстория вопроса такова. Вообще говоря, происхождение электромагнитного поля – одна из величайших загадок природы. Гипотезу об источнике главного магнитного поля (источником его считается своеобразная динамо-машина в ядре Земли) проверить экспериментально невозможно, а вот гипотезу, объясняющую аномальное магнитное поле Земли электрическими полями океана, удалось проверить и опровергнуть на практике.

Советский ученый-ихтиолог А. Т Миронов еще в начале 30-х годов ХХ века, изучая поведение рыб, обнаружил у них хорошо выраженный электротаксис – способность реагировать на электрическое поле. Это навело его на мысль: в морях и океанах должны существовать электрические (теллурические) поля. Измерения, проведенные в заливах у Мурманского побережья, подтвердили эту догадку. Измеренные здесь электрические поля имели характер вариаций с амплитудами в десятки микровольт на метр. А. Т. Миронов считал, что постоянная составляющая теллурических токов помогает рыбам при их массовых миграциях, они якобы ориентируются в воде по линиям тока.

По мнению другого ученого В. В. Шулейкина, электрические поля в океане должны быть порядка сотен или даже тысяч микровольт на метр – это довольно сильные поля. Уже в конце 1957 года стало очевидным, что в поверхностных слоях океана электрическое поле составило не сотни микровольт на метр, а всего 4–9 мкВ/м. С погружением в глубину это электрическое поле, правда, увеличивалось до десятков микровольт на метр (мВ/м).

Результаты этих и других последующих наблюдений не оставили у ученых сомнений в том, что аналога главного магнитного поля Земли в электрическом поле не существует. Магнитотеллурические поля – это индукционные поля с разными амплитудами, периодами и направлениями векторов. Живым организмам, животным и человеку «неуютно» находиться под действием такого поля, и он стремится уйти туда, где оно слабее. Вот почему сегодня много спорят о вреде беспроводных каналов связи, будь то мобильные телефоны и иные приложения или, к примеру, относительно ограниченные по местности сети Wi-Fi.

1.2.1. Безопасность беспроводных каналов связи

В человеческой природе вообще часто встречается особенность замечать нечто, соответствующее ожиданиям, и игнорировать все остальное. В результате часто возникает искушение увидеть больше, чем на самом деле изображено. К примеру, мы видим неясную тень, но домысливаем фрагмент до целой картины, представляя себе образ «инопланетянина». Мозг пытается выстроить логичную картину мира на основе иррациональных фактов. Для серьезного экспериментатора, который хочет научно объяснить феномен передачи сигналов без проводов, не сбиваясь на ложные выводы, в этом таится большая опасность.

Вопросы воспрепятствования передаче данных по радиоканалу (без проводов) стали актуальными в мире сразу после изобретения возможностей самой беспроводной связи. В разное время к этому вопросу активно присматривались и военные, и политические деятели. К примеру, во время подготовки книги я уточнил, что в Санкт-Петербурге на пересечении Софийской улицы и улицы Димитрова, в «зеленой зоне» находится большой незастроенный участок с высокими мачтовыми антеннами. Также здесь находятся сохранившиеся ДОТы времен Великой Отечественной войны. Это «радиополе» еще с советских времен известно местным жителям как «глушилка». Адрес всей этой территории – Софийская улица, дом 71.

И сегодня здесь находится площадка № 2 Передающего цеха радиовещания № 3 филиала «РТРС» – Санкт-Петербургский Радиопередающий центр. Во второй половине ХХ века технические возможности Передающего цеха радиовещания № 3 использовались преимущественно для обеспечения магистральных и зоновых радиосвязей, а также в целях противодействия вещанию западных радиостанций на СССР. В настоящее время основной задачей цеха является обеспечение радиовещания в диапазоне средних волн на территории Санкт-Петербурга и близлежащей части Ленинградской области с использованием средневолновых передатчиков суммарной мощностью 10 кВт.

Основной технологический комплекс Передающего цеха № 3 включает в себя 8 средневолновых передатчиков мощностью 10 кВт (4 передатчика, включая 1 резервный – на площадке № 2). Антенное хозяйство площадки № 2 состоит из 4 антенн-мачт типа «Вертикальный цилиндр» высотой 50 метров каждая, включая одну резервную. Все это иллюстрирует фото (рис. 1.1), и в нашей книге такая иллюстрация необходима в целях наиболее полного представления о проблематике и возможностях глушения различных видов беспроводной связи.