想要理解金唇窃听器的工作原理，需要先介绍几个物理概念：谐振腔，电容耦合。
谐振腔：是指使高频电磁场在其内部持续振荡的金属空腔。由于电磁场几乎全部集中于腔体内，没有辐射损耗，故电磁能量损失极小。圆柱形谐振腔是常见的谐振腔样式。在谐振腔内，电磁场可以在一系列频率下进行振荡，其频率大小与谐振腔的形状、几何尺寸及谐振的波型等因素相关。
电容耦合：又称电场耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种信号由第一级向第二级传递的过程。
金唇窃听器的学术名称为谐振腔式麦克风，由谐振腔和电容式麦克风两部分组成。金唇窃听器的外观类似一只蝌蚪，蝌蚪的头部既是一个谐振腔，又是电容式麦克风，腔体铜制镀银，腔体中心是一个可调节的蘑菇形圆盘平面，它与一层仅6.35微米厚的薄膜组合成一个电容器，薄膜能够接收声波的振动；蝌蚪的尾巴是一根天线，天线通过圆柱腔体侧面的绝缘孔进入腔体，与谐振腔电容耦合。
金唇窃听器
谐振腔的直径为24毫米，长19毫米，重量31.386克。天线长约23厘米。蘑菇形圆盘平面同薄膜之间的距离据说是230微米，足可以构成一个空气介质的电容器。
金唇窃听器
经过精心的腔体设计，谐振腔能够在极高的频率上(例如1700 MHz)下谐振。金唇窃听器所在房间里的任何声音都会引起薄膜的振动，改变薄膜和蘑菇形圆盘平面之间的距离，从而改变电容的容值。当外部的大功率高频无线电信号传播到金唇窃听器时，会被天线接收，经过电容耦合进入谐振腔。由于谐振腔的电容值随房间声音会发生变化，因此电容耦合的过程，也是输入信号被（振幅）调制的过程，能量减少严重，但频率几乎不变。被振幅调制的高频信号，在谐振腔内振荡后，反过来只能通过天线再发射出来，然后被远处的接收器所接收。
原理示意图
我们来看一下金唇窃听器的等效电路图。此前我们已经说了，谐振腔等效于一个LC振荡电路，而天线延伸到谐振腔内的部分与蘑菇形结构的立柱构成了一个电容，与谐振腔之间存在电容耦合。经过美海军研究实验室的反复实物测量，得到金唇窃听器工作在约1700MHz频率，即波长约为17.6厘米。电磁学原理告诉我们，直线天线的长度应为半波长的奇数倍，这时直线天线的调谐效果最好（麦克斯韦方程组根据边界条件解出来的）。由此可以推导出金唇窃听器天线的长度应是8.8厘米、26.4厘米、44厘米等数值，而实际测得为23厘米，离26.4最近，可知金唇窃听器的天线为1.5倍波长，实际效率约为87%（23/26.4）。
等效电路
再来看金唇窃听器对应的一种典型的远端发送接收电路，发射功率和接收功率之间相差足足1000倍（30dB）。将发射信号降低功率后与接收信号混合，再通过低通滤波器去除毛刺，就还原出窃听到的声音信号了。
远端发射接收装置原理
越深入挖掘，越觉得金唇窃听器是一件巧夺天工的艺术作品，将电磁学原理和实现发挥到了极致，完美地体现了苏联人的强大科技实力。这种工匠精神，值得我们学习。
联系客服
