ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

На протяжении всего периода существования человечества люди стремились развиваться во всех направлениях. Сегодня мы живем в веке высоких технологий и какой-либо гаджет, мобильный телефон или смартфон имеется у каждого. Все эти гаджеты объединяют огромное количество людей. Гаджеты объединяет глобальная сеть, а именно сотовая связь, которая работает, используя электромагнитные волны определенной интенсивности и частоты. С помощью сотовой связи мы обмениваемся различной информацией. Но у данной технологии есть минус — мобильные устройства часто отвлекают людей от какой-либо деятельности.

Я придумал рациональное решение проблемы по устранению минуса данной технологии. Целью моей работы является изготовление генератора шума, исследование электромагнитных волн. Для этого мне потребовалось спроектировать и собрать прибор. Сначала я изучил большое количество теоретического материала и выбрал принципиальную схему прибора, приобрел необходимые материалы для изготовления генератора.

 Этот прибор выпускается в промышленных масштабах и предназначен для защиты от утечки информации с работающих радиоэлектронных устройств: компьютеров, мобильных телефонов и т.д. Их еще часто называют “глушилками” из-за способности подавить любой информационный сигнал, который попадает в сферу их действия.

Применение устройства целесообразно в офисах или лабораториях, в общем, везде, где должен сохраняться особый режим секретности. Если в какой-либо организации существует запрет на использование мобильной связи, то генератор шума в состоянии перекрыть любой сигнал и не допустить проведение переговоров. Кроме этого, можно создать устройство, которое будет генерировать так называемый “белый шум”. Это шум звукового диапазона, который может воспрепятствовать утечке информации при проведении совещаний или особо важных переговоров. Комната при этом “окутывается белым шумом”.

Прибор, работающий в звуковом диапазоне, генерирует сигналы звуковой частоты, равные по амплитуде. Особенностью прибора является то, что на выходе одновременно присутствует смешанный сигнал. Его можно сгенерировать, предположим, на микропроцессоре, точно разделив звуковой диапазон и смешав сигналы с определенной дискретностью.

Ниже на (Рисунки №1) приведена принципиальная схема широкополосного генератора шума. Собственно, источником шума в ней служит стабилитрон VD2, на транзисторе VT1 выполнен широкополосный усилитель шумового напряжения, а на транзисторе VT2 – эмиттерный повторитель для согласования генератора с нагрузкой.

Рисунок 1. Принципиальная схема широкополосного генератора шума.

В отличие от других схем генератора шума, источник шума на стабилитроне VD2 в этой схеме включен не в цепь базы транзистора VT1, а в цепь эмиттера. База транзистора VT1 по переменному току соединена с общим проводом схемы конденсаторами C1 и C2. Таким образом транзистор VT1 в усилительном каскаде включен по схеме с общей базой. Поскольку схема с общей базой лишена главного недостатка схемы с общим эмиттером – эффекта Миллера, то такое включение обеспечивает максимальную широкополосность усилителя шумового напряжения для данного типа транзистора. А такой недостаток схемы с общей базой, как высокое выходное сопротивление, компенсируется затем эмиттерным повторителем на транзисторе VT2. В итоге выходное сопротивление генератора шума составляет около 50 Ом (более точно устанавливается подбором резистора R6).

Режимы работы транзисторов VT1 и VT2 и стабилитрона VD2 по постоянному току устанавливаются резисторами R2, R3 и R5: напряжение на базе транзистора VT1, равное половине напряжения питания, устанавливается состоящим из двух одинаковых резисторов R1 и R2 делителем напряжения, а ток через стабилитрон VD2 устанавливается резистором R5. Номинальное сопротивление резистора R4 выбирается таким, чтобы рабочее напряжение на переходе коллектор-база транзистора VT2 менялось в пределах 4…8 В.

Это сопротивление приблизительно рассчитывается как частное от деления требуемого значения напряжения на переходе коллектор-база транзистора VT2 на значение коллекторного тока транзистора VT1, приблизительно равное значению тока через стабилитрон VD2.

Далее я провел серию экспериментов для выяснения различных закономерностей, распространяющихся на радиоволны такие как спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора от 2 МГц до 32 МГц, и в диапазоне частот от 500 кГц до 2 МГц.

Спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора от 2 МГц до 32 МГц изображенный на (Рисунке №2), сделанный с экрана анализатора спектра, где: шумовая дорожка №1 - это уровень шума при выключенном генераторе; шумовая дорожка №2 - это уровень шума при включенном генераторе и закороченном дросселе L1; шумовая дорожка №3 - работа генератора шума с дросселем L1.Масштаб горизонтальной оси частот составлял 3 МГц/дел. На более низких частотах, в том числе звуковых, спектр шума распределён более-менее равномерно.

Рисунок 2. Спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора от 2 МГц до 32 МГц

Приведенное ниже (Рисунок №3) иллюстрирует спектральный состав шума в диапазоне частот от 500 кГц до 2 МГц, где: шумовая дорожка №1 - это уровень шума при выключенном генераторе; шумовая дорожка №2 - это уровень шума при включенном генераторе с дросселем L1. Входное сопротивление анализатора спектра во всех случаях было установлено равным 50 Ом.

Рисунок 3. Спектральный состав шумового сигнала на выходе генератора от 500 кГц до 2 МГц.

Затем я спроектировал плату и корпус прибора и собрал их. Ниже на (Рисунке №4), собранный прибор широкополосного генератора шума.

Рисунок 4. Собранный широкополосный генератор шума.

Эксперименты выявили точные характеристики прибора и помогли мне исследовать электромагнитные волны. После проведения всех опытов я проанализировал полученные результаты, сделал выводы работы. С помощью экспериментов я определил, что: сигнал можно направить в одну точку с помощью отражателя из металла, увеличив при этом дальность действия. Радиус действия прибора – величина непостоянная, на радиус действия могут влиять различные факторы, такие как помехи от других электроприборов, мебель и стены в домах. Вода поглощает радиоволны. Сигнал генератора экранируется (блокируется) металлом. На радиус действия прибора может повлиять окружающая температура.

Список литературы:

1. Журавлева Л.В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие НПО.-М: Академия.- 2006
2. Келим Ю.М. Вычислительная техника.-М.:Академия,2014.-перераб. и доп.
3. Шишмарев В.Ю. Шанин В.И. Электрорадиоизмерения: Учебник СПО -М:Академия,2006, 2009.-изд.стер.
4. Шварцберг В.Р. Электротехника и электроника.-Электронный образовательный ресурс.-М:Академия,2013
5. Шишмарёв В.Ю. Метрология, стандартизация, сертификация и техническое регулирование (5-е изд., стер.) учебник.-М:Академия,2015