Пассивный резонатор и "шпионящие" устройства слежения.


Выдержка с сайта агентства национальной безопасности США.
4 августа, 1945, советские школьники подарили вырезанную из дерева, большую государственную печать послу США Авереллу Хэрриману (Averell Harriman). Эта печать висела в кабинете посольства до 1952 года, пока Государственный департамент не обнаружил в ней жучка.
Микрофон, спрятанный внутри был пассивным, и активировался только тогда, когда это было нужно. Для этого из грузовика, припаркованного на улице, в кабинет посла посылались радиоволны, а затем фиксировались изменения диафрагмы микрофона, находящегося внутри объемного резонатора. Когда советские разведчики отключали радиоволны, жучок практически невозможно было обнаружить. Разведчики могли прослушивать беседы американского посла на протяжении 6 лет.
Выдержка из Спайкетчера (Spycatcher) Питера Райта (Peter Wright)
...Тэйлор и я разделили техническую работу. Почтовое министерство продвинулось вперед с исследованиями в инфракрасном обнаружении. Я начал использовать возможности исследовательской лаборатории электронной службы для разработки новых микрофонов и исследовать возможности получения отражения звука от обстановки в кабинете. Я был уже знаком с техническими принципами резонанса по моей работе против подводных лодок. Когда звуковые волны сталкиваются с упругими поверхностями, такими как окна или картотечный блок, возникают тысячи гармоник. Трюк в том, чтобы обнаружить точку, в которой будет минимум искажений, так чтобы можно было бы поймать звуковые волны в виде четкой речи.
Однажды в 1951, мне позвонил Тэйлор. Он говорил с заметным волнением.
"Нас победили в этом" - сказал он задыхаясь. "Мы можем встретиться сегодня после обеда?"
Я встретился с ним чуть позже, на скамейке в парке, напротив Министерства иностранных дел. Он описал как британский военно-воздушный атташе в нашем посольстве в Москве прослушивался по приемнику в его кабинете, который он использовал для слежения за передвижением российских ВВС. Внезапно он на своем приемнике громко и четко услышал британского военно-воздушного атташе. Понимая что где - нибудь на него повесили жучка, он сразу же сообщил об этом. Тэйлор и я обсуждали, какой тип микрофона мог использоваться и он договорился о расследовании с инженером службы дипломатической связи по имени Дон Бэйли (Don Bailey). Я проинструктировал Бэйли о том как лучше обнаружить устройство, прежде чем он отправился в Москву. Я начал представлять себе то, как могла быть британская разведка лишена технической экспертизы. У них не было даже компаний с подходящими инструментами, и мне пришлось одолжить Бэйли свои собственные. В посольстве было проведено тщательное исследование, но ничего не было найдено. Очевидно русские были предупреждены и выключили устройство. Из расспросов Бэйли по его возвращению, мне стало понятно, что это был не простой радиомикрофон, так как там были сильные радио сигналы, которые были обыкновенными несущими, указывающими на то, что работало устройство. Я предполагал, что русские, как мы, экспериментировали с какими - то резонансными устройствами. По истечению 6 месяцев, я доказал свою правоту. Тэйлор пригласил меня в парк Сэнт Джеймс, на другую срочную встречу.
Он рассказал мне, что "чистильщики" Государственного департамента в плановом порядке "подвергали санитарной обработке" кабинет американского посла в Москве, готовясь к визиту гос. секретаря. Они использовали обычный настраиваемый генератор сигналов, чтобы сгенерировать то что называется "эффектом сферического свиста" ("howl round effect"), похожего на шум, создающийся когда радио станция разговаривает с кем - нибудь по телефону, когда включено его домашние радио или телевизор. "Сферический свист" обнаружил небольшое устройство, находящиеся в большой государственной печати США на стене позади стола посла. Частота свиста была 1800 МГц, и американцы предположили что рабочая частота устройство должна быть такой же. Но испытания показали, что устройство было нестабильным и нечувствительным, во время работы на этой частоте. В отчаянии американцы обратились к англичанам за помощью в решении загадки работы "Вещи" - как ее назвали.
Брандретт (Brundrett) договорился с получением для меня новой оборонной лаборатории в районе Great Baddow, и "Вещь" была торжественно привезена Тэйлором и двумя американцами. Устройство было завернуто в вату внутри маленькой деревянной коробочки, смотревшейся так, как будто в ней хранили шахматные фигурки. Она была примерно 8 дюймов в длину, с антенной наверху, которая вела в резонатор. Внутри резонатора был металлический грибок с плоской верхушкой, которая могла регулироваться для изменения емкости. Позади грибков была тонкая диафрагма, для приема речи, эта диафрагма на момент получения была проколота. Американцы застенчиво объяснили, что один из их ученых случайно проткнул ее пальцем.
Этот кризис не мог случиться в более худшее для меня время. Система обнаружения подводных лодок подходила к своим решающим испытаниям и требовала долгих часов внимания. Но каждый вечер и каждые выходные я проходил путем через окрестности позади Маркони билдинг к своему пустынному сборному дому из гофрированного железа. Я работал на предельной скорости, чтобы разгадать загадку.
Сперва мне нужно было починить диафрагму. "Вещь" надоедала пробами деталей оборудования, которое использовали русские, по-видимому чтобы убедиться, что это было установлено до визита гос. секретаря. Несомненно, что они использовали какую - то микроскопическую колодку, чтобы установить диафрагму, потому что каждый раз когда я использовал пинцет, тонкая пленка рвалась. В конце концов, через пробы и ошибки, я справился с накладкой диафрагмы на начало и позднее скрепил ее. Это было не так превосходно, но работало.
Затем я измерил длину антенны, чтобы попытаться оценить как она резонирует. Мне казалось что 1800 МГц было той самой частотой. Но когда я настроил устройство и создал шум вокруг него при помощи генератора аудио сигналов, все было также как как описывали американцы - невозможно настроиться эффективно. Но по прошествии четырех уикендов я понял что все мы думали о "Вещи" наоборот. Мы все предположили что металлическая пластинка должна быть открыта прямо наружу, чтобы увеличить резонанс, тогда как в действительности, для большей чувствительности у гриба было закрывающие устройство, пластинка. Я затянул пластинку наверх и настроил испускаемый сигнал на 800 МГц. "Вещь" начала излучать высокочастотный звук. В состоянии большого возбуждения я позвонил отцу.
"Вещь заработала!"
"Я знаю", сказал он, "вой разрывает мои барабанные перепонки!"
Я приготовился показать "Вещь Тэйлору", и он приехал вместе с полковником Каммингом (Cumming), Hugh Winterborn'ом и двумя американскими "чистильщиками". Пришел и мой отец, приведя ученого самоучку из Маркони по имени Р.Джи. Кэмп (R. J. Kemp), кто был их нынешним главой по исследовательской работе. Я установил устройство напротив дальней стены домика и наскоро изготовил другой перехватчик в примыкающей комнате, так что бы аудиогенератор можно было слышать как будто работающим. Я установил шкалу и начал раскрывать тайну. Американцы выглядели ошеломленными от простоты всего этого. Камминг и Винтерборн выглядели самодовольными. Это было сразу после катастрофы с делом Буогасса и Мэклина. Провал Советским Союзом этих двух дипломатов из министерства иностранных дел в 1951 году вызвал гнев в США, и даже небольшой аспект, в котором могло быть продемонстрировано британское превосходство, которое я вскоре осуществил, имело для них огромное значение. Кэмп был сильно польщен, справедливо рассуждая, что получение заказа компанией Маркони на разработку ими такого устройства будет делом времени.
....
По истечению 18 месяцев мы были готовы продемонстрировать первый прототип, которому было дано кодовое имя SATYR. Кэмп и я показались перед дверьми штаб - квартиры МИ5 в Леконфилд Хаус.
Хью Винтерборн встретил нас и привел в скромный офис на пятом этаже и представил высокому, сутулому мужчине, с искривленной улыбкой, одетому в полосатый костюм.
"Меня зовут Роджер Холлис" - сказал он , вставая со стола позади него и сухо пожимая мою руку. "Боюсь что генеральный директор не сможет прийти сегодня на эту демонстрацию, поэтому я нахожусь здесь в качестве его посланника".
Холлис не поддержал небольшой разговор. Его пустой стол выдавал человека, который верил в стремительное урегулирование дел. Я без промедления показал ему оборудование. Это был чемоданчик заполненный радио оборудованием для действующего SATYR'а, и две антенны, замаскированные под обычные зонтики, которые сгибались, чтобы создать приемник и передатчик. Мы установили SATYR в квартире МИ5 на улице Соуф Одлей с зонтиками в офисе Холлиса. Испытания прошли превосходно. Мы слышали все от тестовой речи до поворота ключа в двери.
"Прекрасно, Питер" Холлис продолжал говорить то же, что мы слышали на испытаниях. "Это черная магия."
Выдержка с сайта Марти Кэйзера.
Один из видов передатчиков со резонатором, не имеющих батареи, это так называемый объёмный резонатор. Подобное устройство скрывала большая государственная печать США в посольстве в Москве. Как сообщалось в прессе, деревянный настенный значок был представлен как подарок вместе с предложением установить его на стене, позади стола посла. Множество майских запросов фотографий кабинета посла указывали на жучек, находящийся с тыльной стороны почетного знака. Замешательство, вызванное обнаружением этого передатчика мотивировало штат разведки взяться за дело, и вскоре было разработано похожее устройство.
Объемный резонатор это потрясающе простой прибор, формально известный как пассивный излучатель; иначе говоря, тот что не имеет внутреннего источника энергии. При создании этого устройства, слой тонкого металлизированного материала, был натянут вокруг закрытой металлической трубки. Определенный размер трубки определял резонансную частоту. Проволочный "хвост", который работает как антенна, прикреплен к основанию резонатора. Резонатор затем наполнялся пучком радиочастотной энергии от внешнего источника (обычно в СВЧ диапазоне, 1 ГГц и выше). Размер резонатора и длина антенны тщательно рассчитывались так, что гармоника (со сложной структурой) входящей радиочастотной энергии, заполнявшей резонатор переизлучалась. Металлизированная диафрагма работает как преобразователь, и энергия звука модулирует возвращающийся радиочастотный сигнал, который, захватывается близлежащей прослушивающей станцией. Не принимайте эти устройства как не имеющую себе равных расчетливость служб уровня федеральных агентств.
Выдержка из Искусства Хай - Тэк Шпионажа, журнал за 20 апреля 1987.
... Более того, обследования нового здания посольства США, строящегося сейчас, открыли множество следов жучков: кабели, кажущиеся никчему не присоединенными, случайные выемки в стенных панелях, стальные арматурные стержни, составленные таким образом что превращают структурные опоры в антенны.
....
... В течении долгого времени американские эксперты беспокоились о загадочных низкоуровневых СВЧ - волнах, которые несомненно направлялись в здание посольства. Одно из объяснений приводило к возможному типу прослушивания, не требовавшему скрытых передатчиков в здании. В стенах нового здания посольства были обнаружены загадочные полости с конфигурацией стальных прутов и проволочной сетки. Теоретически возможно, что СВЧ волны как - то могли захватывать отражения от стен здания, а компьютер мог бы анализировать эти отражения.
Выдержка из Bugging the Bedroom, журнал Esquire, май 1966
... Это автомобильная фара. Но внутри: доплеровский радиолокационный микрофон, подключенный к радио в машине. Машина паркуется в миле от вашего дома, но в видимости вашего окна. Узкополосный сигнал рикошетом отскакивает от окна, которое вибрирует во время вашего разговора. Водитель слышит то что вы говорите.
Выдержка из Москоу стэйшен, Рональд Кесслер.
В сентябре 1952, незадолго до конца короткого турне Джорджа Кеннана, из Вашингтона прибыли два техника чтобы дополнительно проверить на предмет наличия жучков. Ничего не обнаружив, они спросили посла не мог ли он продиктовать что - нибудь своему секретарю. Возможно звук его голоса сможет активировать жучки. Как он докладывал позднее:
"Я диктовал занудным голосом, в то время как техники передвигались по другим частям здания. Внезапно один из них появился в дверном проеме рабочего кабинета, и, шепотом и знаками попросил меня: "продолжайте, продолжайте". Затем он снова исчез, но вскоре вернулся в сопровождении своего коллеги, и начал передвигаться по комнате, в которой мы работали. Наконец сконцентрировав свое внимание на углу комнате, где находился радиоприемник, немного ниже круглой деревянной большой государственной печати Соединенных Штатов, висевшей на стене, он убрал печать, подтянул молоток-кирочку, и начал кромсать кусочки кирпича из стены, где находилась печать. Когда это перестало его удовлетворять, он перенес свое разрушительное внимание на саму печать. В печати техники обнаружили объемный резонатор, который модулировал СВЧ волны, направленные на него со здания на той стороне улицы. Преобразованием отраженных лучей обратно в звуковые волны, русские могли воспроизводить каждый звук в офисе Кеннана.
На следующий день после обнаружения жука, Кеннан заметил что его советские служащие были необычно молчаливыми, даже недружелюбными. Спокойное расположение духа Спейсо Хауса было разрушено. На нем висело размышление об их нарушении. Возможно, думал он, после всего ему не следовало помогать техникам.


Структурная схема "Вещи"
Со слов Г. Кеэйта Мэлтона из отдела Спец вооружения и оборудования ЦРУ.
Вот как я думаю работала "Вещь". Это описание в точности не придерживается описания Питера Райта, просто его книга содержит многочисленные (намеренные?) технические ошибки.
Незатухающая гармоническая волна ВЧ несущей около 800 МГц передается резонаторному жуку через искусно направленную параболическую антенну. Эта несущая должна быть в высшей степени чистой, со всеми гармониками и острыми выступами сдержанными на 80+ dBc.

ВЧ несущая 800 МГц попадает в резонатор через четверть волновую антенну - щуп (В данном случае 9.375 см). Посеребренный резонатор "настроенный" посредством подстраевомого "грибка" (укороченный четверть волновой пенек) к параллельному резонансу на частоту нечётной гармоники (в 3 раза выше чем переданная ВЧ несущая т.е. 2400 МГц). Использование более высоких частот делает возможным создание резонатора занимающего физически меньше места. Также, ВЧ несущая, которая в три раза выше может совместно использовать антенну, предназначенную для частоты в три раза ниже, что обусловлено путем распространения тока в антенне - или по крайней мере это, как я предполагаю.
Но в этом объемном резонаторе, один из краев резонатора заменен тонкой металлической диафрагмой. Диафрагма может быть сделана из металлизированного майлара, очень тонкого медного листа, или даже из листа золота. Когда звуковые волны ударяют по диафрагме, резонансная частота резонатора будет все время изменяться столь медленно. Затем аудио сигнал частотно модулирует новую, более высокую частоту, возвращающегося сигнала.
Полосовой фильтр 3456 МГц объемного резонатора.
Это пример полосового фильтра для объемного резонатора, использующего медные трубчатые колпачки и латунные настроечные винты. Попробуйте заменить печатную плату металлической диафрагмой, принимая выход ВЧ на 1/4 волновую (6.5 см) штыревую антенну, со стороны стены, передавая несущую гармоническую волну 1150 МГц и ведя прием на 3450 МГц. Это должно сработать.
Схема.


Изначально экспериментальная схема для домашнего объемного резонатора. У меня не было подходящего испытательного оборудования или механической мастерской, чтобы подтвердить работает ли это, но это может использоваться как болванка, с которой можно начать.
Полное выходное сопротивление, Zo, этого резонатора близко к стандартным 50 Ом. Это основано на следующих уравнениях.
D1 = Внешний диаметр резонатора
D2 = Внутренний диаметр резонатора (пенька)
Zo = Характеристическое (или волновое) сопротивление в Ом'ах
---

Zo = 138 * log10 (D1 / D2)

Zo = 138 * 1og10 (0.875 / 0.375)

Zo = 50.78 Ohms

Чтобы быть эффективным, подстроечный диск или настроечный сердечник должны быть помещены неподалеку от точки с высоким напряжением (точка четверти длины волны) по резонатору.
Слабая связь (больше или равная 0.10") будет иметь бОльшие вносимые потери, но более узкую полосу пропускания (резонанс). Сильная связь (приблизительно 0.05") будет иметь более низкие вносимые потери, но более широкую полосу пропускания.
Теоритически, чтобы настроить это устройство, вам придется соединить его с генератором ВЧ сигналов, работающим на той частоте, которую вы хотите принимать, затем настроить подстроечный винт. Следующий пример. Знак вопроса значит что я понятия не имею правильный ли это процесс.
Установите Генератор ВЧ сигналов на низкую выходную мощность (100 мВ?) ВЧ сигнал на частоту 2700 МГц с частотно модулированным звуком частотой 1000 Гц и девиацией 3000 Гц? Соедините это с разъемом SMA антенны резонатора. Настраивайте винт медленной подстройки до тех пор пока резонатор не начнет "выть".? Вот так, когда резонатор достигнет правильной резонансной частоты (2700 МГц) диафрагма должна превратиться в громкоговоритель, и вы услышите модулирующий звук 1000 Гц. По крайней мере я так думаю.
Чтобы использовать жучек, облучите резонатор очень мощным и чистым сигналом 900 МГц? гармонической волной ВЧ несущей и принимайте "резонированный" ЧМ аудио сигнал на частоте 2700 МГц. Я думаю, что это должно сработать. В противном случае, облучите его очень сильной и чистой гармонической несущей волной, и попробуйте получать обратно аудио сигнал в виде доплеровского сдвига (частоты) (смесь исходящей частоты с входящей в диодном смесителе?).
Так как разъем антенны резонатора 50 Ом, для более простых испытаний можно использовать стандартные антенны.
Жук толщиной с бумагу?
Весьма экспериментальная идея состоит в том чтобы использовать пьезо спикер в качестве микрофона и переменной емкости. В комбинации с настроенной цепью из смд катушки / конденсатора и антенны, теоретически вот и жук "толщиной с бумагу".
Однако есть множество жуков такого типа. Пьезоспикеры имеют довольно высокую емкость (тот что на картинке имеет параметры 0.067 µF @ 300 kHz). Когда он используется в пассивно - настраиваемой схеме, это приводит к необходимости облучения очень низкой частотой.
Представьте: используя карандаш для восстановления дорожек платы "нарисовать" элементы антенны и индуктивности. Такой вид жука будет таким же тонким как и бумага.
Обновления.
Дальнейшие эксперименты с домашним СВЧ интерферометрическим устройством наблюдения оказывается очень удачными. СВЧ интерферометр работает излучая ВЧ несущую и смешивая отраженный (вернувшийся) сигнал с исходной ВЧ несущей. Промежуточная частота (ПЧ) на выходе это разность фаз двух сигналов. Если поверхность отражателя (скажем, картотечный блок) модулируется модулируется не находящимся далеко звуком, вернувшаяся ВЧ несущая также будет модулирована этим звуком. Несмотря на то, что концепция звучит сложновато, большинство из оборудования, которое вам может понадобится (для экспериментов) можно найти в устройстве для автоматического открывания дверей.
Обычный автоматический открыватель дверей использует "Gunnplexer" на 10 ГГц для создания эффекта Доплера, который используется для обнаружения приближающихся людей. Выход ПЧ это низкочастотная синусоида, которая в дальнейшем усиливается и выпрямляется для управления реле открыванием дверей.
Обновление.






Эта версия представляет использование СВЧ интерферометра, состоящего из ВЧ генератора с наложенным звуком частотой 1 КГц. Отраженные сигнал частотой 20 ГГц усиливается, проходит через полосовые фильтры, и преобразуется в ПЧ 1ГГц. Простой диодный детектор детектирует конечную ПЧ для получения разборчивого аудио на выходе. Модуляция звуком в 1 КГц позволяет использовать "фиксированный" усилитель в конечном детектирующем каскаде. Такой усилитель отслеживает фазу модулирующего звука 1 КГц и пытается извлечь тот же звук в приемном каскаде. Это позволяет извлекать разборчивый звук из любого интерферирующего шума. Даташит на компонент AD630 компании Analog Devices содержит пример схемы фиксированного усилителя и простые фото с осциллографа. Модели в "реальном мире" скорее всего будут использовать циркулятор для порта антенны, Чтобы оградить передающий каскад от перегрузки приемного. Отраженный аудиосигнал может содержать изменения и амплитуды и частоты (фазы). Смеситель на вторых гармониках в приемном каскаде предполагает что частота гетеродина или 9.5 или 10.5 ГГц, чтобы сгенерировать 1 ГГц ПЧ. Возможно синтезированные сигналы TX and LO совместно используют одни и те же системные часы, чтобы поддерживать фазовую корреляцию соответствующих частот.
Вот фантастическое сообщение от Джеймса Эм Аткинсона в листе сообщений TSCM-L, которое описывает работу схожего устройства в нескольких реальных сценариях.

My File

Перевод от
Night watcher