Экранирующая сетка от электромагнитного излучения. Способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам: экранирование

Под электромагнитным экранированием понимается комплекс мер, ограничивающих область распространения электромагнитных волн (сигналов). Это необходимо для:

• обеспечения защиты людей от недопустимого для человеческого организма уровня электромагнитного воздействия;
• исключения негативного взаимовлияния (создания индустриальных радиопомех) различных передающих и приемных радиоэлектронных устройств;
• защиты информации в помещениях и технических каналах от несанкционированного съема;
• обеспечения благоприятной электромагнитной обстановки вокруг работающих электроустановок и сверхвысокочастотных устройств.

Электромагнитный экран

Электромагнитный экран - это металлическая оболочка, которая используется для исключения влияния экранированного оборудования на другие приборы и людей. Путем окружения такой оболочкой источника переменного электромагнитного поля можно исключить влияние этого источника на устройства, расположенные вне оболочки.

Чем выше частота и толщина стенок экрана, тем экранирующее действие выше.

Эффективное экранирующее действие достигается при толщине стенок , которая равна длине волны в веществе экрана. Объясняется это тем, что в момент проникновения волны в проводящее полупространство происходит е2p-кратное ослабление поля. Другими словами, на таком расстоянии происходит фактически полное затухание волны. На практике считается, что затухание происходит уже на расстоянии, в два-три раза меньшем по сравнению с длиной.

Что касается частоты , то при ее увеличении уменьшается глубина проникновения (длина волны) электромагнитного поля в проводнике.

Для экранирования высокочастотных полей (радиочастоты) не нужно использовать экраны из ферромагнитных материалов, которые являются нежелательными из-за того, что их магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля и явления гистерезиса. Как правило, в данном случае для экранирования применяются хорошо проводящие материалы, например, медь или алюминий.

В случае промышленной частоты (50 Гц) медный экран уже малоэффективен, кроме случая, когда толщина стенок экрана является значительной. Объясняется это длиной волны на этой частоте в меди, составляющей порядка 6 см. И вот тут уже целесообразно для экранирования выбирать ферромагнитный материал, который благодаря своей высокой магнитной проницаемости обеспечит значительно более быстрое, нежели медь, затухание электромагнитной волны.

Бывает полное и частичное электромагнитное экранирование.

Экран может состоять из сплошного однородного металла или же представлять собой многослойную конструкцию. Многослойным экран делают для избежания эффекта насыщения. Желательно при этом, чтобы по отношению к экранируемому излучению каждый последующий слой имел начальное значение магнитной проницаемости большее, чем предыдущий.

При электромагнитном экранировании происходит потеря части энергии в экране. В связи с этим материал и размеры экрана при его разработке выбираются на основании допустимых потерь, вносимых экраном в экранируемую цепь.

Экранирование помещений

Под экранированием помещений понимают локализацию электромагнитного поля в какой-то отдельной комнате или части помещения для более или менее полного освобождения остальной среды от этого поля. Благодаря этому обеспечивается защита как людей от воздействия электромагнитных полей, так и радиоэлектронных приборов от внешних полей. Кроме того, локализуются собственные излучения этих приборов, это препятствует появлению их в окружающем пространстве.

Посредством экранирования помещений, где происходят прием, передача и обработка конфиденциальных данных, возможно снижение уровней электромагнитных излучений до заданных величин, что, в свою очередь, делает почти невозможным несанкционированных съем данной информации.

С каждым годом на рынке появляется все больше и больше экранирующих материалов. Но не все они обладают высоким качеством и заявленными экранирующими свойствами.

В статье постараюсь рассказать о ряде грунтовок или красок, не содержащих металла.

Одним из преимуществ неметаллических экранирующих грунтовок/красок является их более низкая рыночная стоимость по-отношению к своим металлическим собратьям. Низкая стоимость достигается за счет наличия в базе различных форм токопроводного углерода (сажа, графит и т.д.). Думаю, что некоторые читатели раньше пробовали подводить электрический ток к графитовому стержню карандаша и на практике наблюдали электрические свойства данного материала. В красках этот графит и прочие материалы заменяют металл, не пропуская электромагнитное излучение.

На рынке можно встретить ряд производителей из Германии, США, России и Китая, которые заверяют, что у них есть прекрасный продукт. Но так ли есть на самом деле?

Чтобы создать объективную картину, наша компания старается приобретать изделия различных фирм-производителей и проверять их на одном оборудовании при использовании одной методики в заданном диапазоне частот . Помимо этого ООО «Измерительные Системы и Технологии» ведет самостоятельную разработку защитного покрытия, которое в дальнейшем планируется применять по программе импортозамещения.

Методика оценки заключается в следующем:

• Оценка качества материала, находящегося в жидком состоянии, визуальным путем;
• Оценка качества материала, находящегося в твердом состоянии, визуальным путем;
• Оценка материала на экранирующие свойства в коаксиальном тракте;
• Оценка стоимости одного квадратного метра окрашенной поверхности.

Оценку прочностных параметров и химико-лабораторного анализа изделий мы не применяем в связи с тем, что при проведении вышеперечисленных этапов, большинство образцов не проходят контроль заявленного качества.

В данной статье приведем пример по грунтовкам из Германии, России (производитель находится в г.Санкт-Петербург), собственный опытный образец и образец из Китая.

Образец №1 (Китай)

Образец мы получили через 3 месяца после заказа. Железная банка, булькающая жидкость внутри, крайне мало информации по описанию изделия. Экранирующие свойства заявлены на неизвестной частоте на уровне 80-90%. . При открытии банки наружу вырвался очень едкий запах. После полного размешивания, получилась довольно однородная относительно жидкая субстанция. На второй день после нанесения материала на поверхность, грунтовка стала расслаиваться.

Стоимость материала составила 4000 руб за 5 литровое ведро. При заявленных 4-8 квадратных метрах на 1 литр получается 100-200 руб за квадратный метр. Очень хорошо. Но экранирующих свойств просто нет. Качества нет. Поэтому дальше краску не рассматриваем.

Образец №2 (собственный опытный образец)

Разработанный образец имеет жидкую равномерную структуру после короткого перемешивания. Наносится 1 литр на площадь 6-8 квадратных метров. Ложится ровно, адгезия хорошая, не расслаивается в процессе сушки. Сильно пачкает при прислонении.

Максимальные экранирующие свойства и токопроводность достигаются на третий день после нанесения. Имеет хуже токопроводность, по сравнению с немецким аналогом, но лучше китайского и российского БВ-1 и схожие экранирующие свойства с продукцией Yshield GmbH. Коэффициент экранирования составил 23,8…27,8 дБ в диапазоне частот 100МГц…7ГГц.

Стоимость материала выше, чем у , поэтому на текущий момент не представлена в ассортименте компании. Ведется доработка материала.

Образец №3 (грунтовка экранирующая БВ-1)

После длительного перемешивания имеет очень густую структуру. Встречаются комочки размером до 1 сантиметра в диаметре (даже после размешивания). На упаковке есть надпись «ПЕРЕД ПРИМЕНЕНИЕМ ТЩАТЕЛЬНО ПЕРЕМЕЩАТЬ ». Как «перемещать», куда «перемещать», не известно. Может поэтому остались в экранирующей грунтовке БВ-1 комочки (из-за неправильного «перемещения»)?

Через сутки после нанесения, покрытие начало частично расслаиваться . Для грунтовых покрытий данный материал однозначно не подойдет.

По экранирующим свойствам грунтовка абсолютно не соответствует заявленным свойствам!!!

Тестирования проводились на одном оборудовании (в компании ООО НПП «Радиострим». Методика и оборудование в конце статьи).

В диапазоне частот 100 МГц…7ГГц коэффициент ослабления фактически находился в коридоре 4,2…7дБ. Заявленное ослабление производителем 27…37 дБ. Обычная железобетонная стена толщиной 15 см обладает коэффициентом ослабления электромагнитных полей 10…20дБ (на частоте 1 ГГц). В протоколе испытаний (), предоставляемого производителем, имеется ряд несоответствий, что вызывает дополнительные сомнения о качестве продукта и компетенции испытательной лаборатории.

1. Если внимательно посмотреть, то среди испытательного оборудования присутствует генератор сигналов SMT 02. В описании технических характеристик генератора, верхняя рабочая частота ограничена значением 1,5 ГГц, а в протоколе присутствуют частоты измерений 1,8ГГц, 2,1ГГц и 2,4ГГц. Волшебство какое-то получается.
2. Поехали дальше. Зачем в перечне оборудования указаны логопериодическая антенна HyperLOG 7025 (не внесенная в Госреестр Средств Измерений) и рупорная антенна SAS 571 (скорее всего тоже не в Госреестре СИ)? На схеме и в измерениях данные антенны не принимают никакого участия.
3. Теперь покажите мне антенны АДИ-2. Информации по существованию данных антенн я вообще не нашел на просторах интернета.

Что касается стоимости. Все прекрасно. Заявленная стоимость 1350 руб за 1 кг грунтовки. Стоимость 1 м2 при указанном производителем расходе составит 203…405 руб.

Итог: полный развод на деньги. Экранирующая грунтовка БВ-1 (производство Санкт-Петербург) практически не является экранирующей. Заявленные параметры, скорее всего, сфальсифицированы. Качество краски как покрытия оставляет желать лучшего.

Совет: за чуть большие денежные средства лучше применить металлическую сетку или краску другого производителя, а не иметь ослабление ВЧ полей на уровне кирпичных стен.

Что касается сертификатов, то Декларацию Соответствия или Сертификат Соответствия можно просто заказать без какой-либо отправки материала в испытательную лабораторию. Делается это элементарно.

Образец №4 (экранирующая краска/грунтовка HSF54. Страна производства - Германия)

Характеристики краски в ее жидком и высохшем состоянии оставляют хорошие впечатления. Легко перемешивается, достаточно жидкая. Если прикоснуться к высохшей поверхности, можно сильно испачкаться графитом. Имеет высокую стабильность.

По экранирующим свойствам не соответствует заявленным. Фактические параметры ниже заявленных, но имеют довольно неплохой уровень. Различия в коэффициентах экранирования могут быть обусловлены различными методиками измерений. АЧХ довольно линейна. В диапазоне частот 100 МГц…7ГГц имеет коэффициент ослабления на уровне 26…28 дБ.

Стоимость довольно высокая. 1 литр стоит 5000…5500 руб. В 5 л ведрах получается дешевле (24500 руб.). Цена за 1 квадратный метр будет колебаться в диапазоне 700…820 руб.

Итог: единственная на настоящий момент экранирующая грунтовка / краска без металлических компонентов, не имеющая пока равных на рынке в сегменте цена/качество. Легко конкурирует по данному параметру со специализированными сетками из нержавеющей стали и меди (В связи с применением минимума монтажных работ по нанесению краски на различные поверхности. Сетку нужно срастить, прибить к поверхности, заштукатурить и т.д.).

Методика испытаний

ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ.

• Объектами испытаний являлись образцы краски, обеспечивающие электропроводность при нанесении на бумажную подложку. Краска предоставлена ООО «Измерительные Системы и Технологии».
• Подготовка образцов и технология нанесения: перед покрытием проводилось встряхивание, без УЗ обработки. После одностороннего покрытия образцы выдерживались не менее 2 суток в нормальных (по ГОСТ) условиях.
• В качестве основы образцов экранирующих материалов использованы:
• писчая бумага (стандарт, плотность до 80 г/м 2), одностороннее покрытие.

ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ.

Оценка степени экранировки (коэффициента прохождения электромагнитного излучения K прох) в диапазоне частот: 100 МГц - 7 ГГц образцов бумаги и ткани, обработанных испытуемой краской.

МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ

Измерения в диапазоне частот 100 МГц...7 ГГц проводились на лабораторном стенде, на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-804/1", сопряжённого с компьютерной системой регистрации и обработки сигнала. Образцы помещались в коаксиальную измерительную ячейку сечением 16/6.95 мм, согласованную с коаксиальным измерительным трактом и включенную в режим измерения ослаблений (пропускания). Тракт обеспечивает распространение волны ТЕМ-моды. Перед проведением измерений проводилась полная двухпортовая калибровка пустой измерительной ячейки. Образцы изготовлялись таким образом, чтобы обеспечить электрический контакт центрального и внешнего проводников по всему периметру.

Для подтверждения информации по экранирующим свойствам, можем выслать протоколы испытаний, проведенных в лаборатории ООО НПП «Радиострим» (по требованию).

Выводы делайте сами.

В настоящий момент хорошие экранирующие краски имеют экономическое преимущество перед экранирующими сетками из нержавеющей стали и меди.

В следующей статье пойдет сравнение экранирующих штукатурок.

Выбор материала экрана проводится исходя из обеспечения требуемой эффективности экранирования в заданном диапазоне частот при определенных ограничениях. Эти ограничения связаны с массогабаритными характеристиками экрана, его влиянием на экранируемый объект, с механической прочностью и устойчивостью экрана против коррозии, с технологичностью его конструкции и т. д.

Металлические материалы, применяемые для экранирования, изготавливаются в виде листов, сеток и фольги (сталь, медь, алюминий, цинк, латунь). Все эти материалы удовлетворяют требованию устойчивости против коррозии при использовании соответствующих защитных покрытий.

Наиболее технологичными являются конструкции экранов из стали, так как при их изготовлении и монтаже можно широко использовать сварку. Толщина стали выбирается исходя из назначения конструкции экрана и условий его сборки, а также из возможности обеспечения сплошных сварных швов при изготовлении.

Сетчатые экраны проще в изготовлении, удобны для сборки и эксплуатации, обеспечивают облегченный тепловой режим радиоэлектронной аппаратуры. Для защиты от коррозии сетки целесообразно покрывать антикоррозийным лаком. К недостаткам сетчатых экранов следует отнести невысокую механическую прочность и меньшую эффективность экранирования по сравнению с листовыми экранами.

Экраны, изготавливаемые из фольги, имеют толщину 0,01- 0,05 мм. Монтаж экранов из фольги достаточно прост, крепление фольги к основе экрана проводится чаще всего с помощью клея. Ряд предприятий промышленности выпускает экранирующую фольгу из металлов с высокой магнитной проницаемостью. Из нее вырезают ленту соответствующих размеров, предусмотрев широкие участки перекрытия, и осторожно придают экрану соответствующую форму. Экраны и прокладки из такой фольги можно получать штамповкой.

Материалы-диэлектрики также используются в качестве основы для создания экранов. Сами по себе диэлектрики не могут экранировать электромагнитные поля. Поэтому они чаще всего встречаются в сочетании либо с проводящими включениями, либо с дополнительными металлическими элементами и конструкциями.

Экраны из композиционных материалов представляют собой сложные образования, содержащие в своей основе проводящие или полупроводящие включения, в которых связующим звеном выступают аморфные диэлектрики - полимеры, в совокупности образующие упорядоченные цепочечные плоские или объемные структуры. Такие композиции характеризуются относительной диэлектрической проницаемостью порядка 2-11 и удельной проводимостью порядка 1- 1000 .

На практике для улучшения экранирующих свойств диэлектрических экранов без существенного изменения их массы и конструкционных характеристик применяют проводящее покрытие экранов напылением металлов в виде тонких пленок или склеивание проводящей фольгой. С помощью вакуумного напыления можно нанести слой алюминия толщиной 4-5 мкм.

Нанесение медных, никелевых или серебряных покрытий с толщиной слоя от 50 до 75 мкм обеспечивает эффективность экранирования 30-60 дБ.

С помощью химического осаждения на медь можно наносить никель; такое покрытие обеспечивает эффективность экранирования 55-110 дБ.

Качество наносимого слоя металла должно соответствовать физико-химическим свойствам материала подложки, его прочностным и деформационным характеристикам. Наиболее распространенным покрытием является цинк. Цинковое покрытие технологично, обеспечивает достаточно высокую эффективность экранирования и хорошую механическую прочность.

В общем случае при прочих равных условиях эффективность экранирования металлизированным слоем ниже, чем сплошным металлическим листом. Это объясняется отличием химического состава покрытия от структуры исходного металла, в результате чего проводимость покрытия обычно меньше проводимости самого металла.

Металлизация поверхности может применяться для экранирования отдельных отсеков радиоэлектронной аппаратуры при наличии неметаллических несущих конструкций, пластмассовых корпусов аппаратуры и т. д. К металлизированным поверхностям могут быть припаяны контакты для заземления и подключения других цепей.

Для улучшения защитных свойств диэлектрических экранов наряду с применением проводящих покрытий используют армирование диэлектрических экранов тонкой металлической сеткой или проволочной канителью.

Стекла с токопроводящим покрытием должны обеспечивать требуемую эффективность экранирования при ухудшении их оптических характеристик не ниже заданных граничных значений. Электрические и оптические свойства стекол с токопроводящим покрытием зависят от природы окислов, составляющих пленку, условий и методов ее нанесения и свойств самого стекла. При условии сохранения прозрачности стекол с потерями не более 20% и обеспечения достаточной электропроводности толщина пленки покрытия может колебаться в широких пределах. Наибольшее распространение получили пленки на основе оксида олова, оксида индия - олова и золота, так как они обеспечивают наибольшую механическую прочность, химически устойчивы и плотно соединяются со стеклянной подложкой.

Стекла с токопроводящим покрытием в основном используются в смотровых окнах и шкальных системах радиоэлектронной аппаратуры, а также в экранированных камерах при необходимости обеспечения в них освещенности. Выпускаемые промышленностью стекла с токопроводящим покрытием имеют поверхностное сопротивление не менее 6 Ом при ухудшении прозрачности не более чем на 20%. Эффективность экранирования у таких стекол в радиодиапазоне составляет около 30 дБ.

Специальные ткани содержат в своей структуре металлические нити, наличие которых приводит к отражению электромагнитных волн. Например, ткань типа РТ изготавливается из капроновых нитей, скрученных с посеребренной медной проволокой диметром 30- 50 мкм. В ткани артикула 4381 нитка свита с эмалированным проводом ПЭЛ-0,06. Число металлических ниток может составлять 30x30, 20x20, 10x10 и 6x6 на 1 см". Такие ткани предназначены для защиты от электромагнитного поля в диапазоне сверхвысоких частот. Они могут также быть использованы для изготовления специальных костюмов для индивидуальной биологической защиты.

Токопроводящие к/мскисоздаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих компонентов, пластификатора и отвердителя. В качестве токопроводящих составляющих используются графит, сажа, коллоидное серебро, окиси металлов, порошковая медь, алюминий.

Электропроводный клей создается на основе эпоксидной смолы, заполняемой металлическими порошками (железо, кобальт, никель и др.). Электропроводный клей обладает высокой прочностью на отрыв, удельной электропроводностью, химической стойкостью к влаге и различным агрессивным средам, обеспечивает незначительную усадку после отвердения.

Электропроводный клей применяется наряду с пайкой, сваркой и болтовым соединением, а также в целях электромагнитного экранирования. Заполнение щелей и малых отверстий, установка экрана на несущей конструкции, крепление различных элементов экранов - эти и другие операции могут быть успешно выполнены с помощью электропроводного клея. Эффективность экранирования, обеспечиваемая с применением эпоксидного клея, составляет 50-65 дБ.

Радиопоглощающие материалы могут применяться в качестве покрытий различных поверхностей с целью уменьшения отражения от этих поверхностей электромагнитных волн. Принцип действия таких материалов заключается в том, что падающая на них электромагнитная волна преобразуется внутри их структуры в другие виды энергии. При этом имеют место явления рассеяния, поглощения, интерференции, а в ряде покрытий и дифракции электромагнитных волн. В зависимости от свойств радиопоглощающие материалы - покрытия могут быть широкодиапазонными и узкодиапазонными.

Структуру широкодиапазонных радиопоглощающих материалов образуют частицы ферромагнетика, введенные в слой изоляционного материала из немагнитного диэлектрика (пенополистирола, каучука, кремнийорганической пены и т. п.). Узкодиапазонные покрытия изготавливают из различных пластмасс и каучука. Чтобы такие покрытия обладали поглощающими свойствами, в их состав вводят ферромагнетики с примесями сажи или порошка графита в качестве поглотителя.

Радиопоглощающие материалы, используемые в качестве покрытий, могут быть однослойными, многослойными с переменными от слоя к слою параметрами, а также структурно неоднородными, т. е. с включением в состав материала различного рода структур, например дифракционных решеток.

Эффективность таких материалов достаточно высока. Коэффициент отражения большинства современных радиопоглощающнх покрытий не превышает единиц процентов.

Радиопоглощающие материалы находят применение для создания безэховых камер. Такие камеры создаются путем оклейки стен помещений, в которых должны проводиться радиоизмерения, радиопоглощающими материалами (покрытиями). В результате создаются условия для проведения испытаний, приближающиеся к условиям свободного пространства.

Радиопоглощающие строительные материалы находят применение для строительства специальных сооружений, например монтажно-испытательных корпусов, в которых осуществляется сборка и испытание объектов, работающих с излучением электромагнитных волн в открытое пространство.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра Защиты информации

РЕФЕРАТ

На тему:

«Экранирование электромагнитных полей, узлов радиоэлектронной аппаратуры и их соединений. Материалы для экранов»

Рассмотрим процесс экранирования электромагнитного поля при падении плоской волны на бесконечно протяженную металлическую пластину толщиной d, находящуюся в воздухе (рис. 34). В этом случае на границе раздела двух сред с различными электрофизическими характеристиками (воздух-металл и металл-воздух) волна претерпевает отражение и преломление, а в толще экрана, ввиду его проводящих свойств, происходит частичное поглощение энергии электромагнитного поля. Таким образом, электромагнитная волна при взаимодействии с экраном отражается от его поверхности, частично проникает в стенку экрана, претерпевает поглощение в материале экрана, многократно отражается от стенок экрана и, в конечном счете, частично проникает в экранируемую область. В результате общая эффективность экранирования (величина потерь энергии электромагнитной волны) металлической пластиной определяется суммой потерь за счет поглощения (затухания) энергии в толще материала А погл, отражения энергии от границ раздела внешняя среда-металл и металл-экранируемая область А отр и многократных внутренних отражений в стенках экрана А мотр:

Глубина проникновения d определяется как величина, обратная коэффициенту затухания и зависит от частоты: чем больше частота, тем меньше глубина проникновения. В СВЧ диапазоне глубина проникновения d в металлах имеет малую величину и тем меньше, чем больше проводимость металла и его магнитная проницаемость.

Таким образом, потери на поглощение растут пропорционально толщине экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости его материала, а также частоте электромагнитного поля.

Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны с различными значениями полных характеристических сопротивлений этих сред. При прохождении волны через экран она встречает на своем пути две границы раздела - воздух-металл и металл-воздух.

Хотя электрическое и магнитное поля отражаются от каждой границы по-разному, суммарный эффект после прохождения обеих границ одинаков для обеих составляющих поля. При этом наибольшее отражение при входе волны в экран (на первой границе раздела) испытывает электрическая составляющая поля, а при выходе из экрана (на второй границе раздела) наибольшее отражение испытывает магнитная составляющая поля. Для металлических экранов потери на отражение определяются выражением:

(4)

Откуда следует, что потери на отражение велики у экрана, изготовленного из материала с высокой проводимостью и малой магнитной проницаемостью.

Потери на многократные отражения в стенках экрана связаны с волновыми процессами в толще экрана и в основном определяются отражением от его границ. Для электрических полей почти вся энергия падающей волны отражается от первой границы (воздух-металл) и только небольшая ее часть проникает в экран. Поэтому многократными отражениями внутри экрана для электрических полей можно пренебречь.

Для магнитных полей большая часть падающей волны проходит в экран, в основном отражаясь только на второй границе (металл-воздух), тем самым, создавая предпосылки к многократным отражениям между стенками экрана. Корректирующий коэффициент А мотр многократного отражения для магнитных полей в экране с толщиной стенки d при глубине проникновения d равен:

(5)

Величина А мотр имеет отрицательное значение, т.е. многократные отражения в толще экрана ухудшают эффективность экранирования. С уменьшением эффективности можно не считаться в случаях, когда на данной частоте выполняется условие d>d, но им нельзя пренебрегать при применении тонких экранов, когда толщина экрана меньше глубины проникновения.

Экранирование высокочастотных катушек и контуров

При экранировании высокочастотных катушек и контуров аппаратуры необходимо учитывать не только эффективность экранирования соответствующего экрана, но и возможность ухудшения основных электрических параметров экранируемых элементов уменьшение индуктивности, увеличение сопротивления и собственной емкости. Вносимые экраном потери возрастают с увеличением удельного сопротивления материала экрана и с уменьшением расстояния между экраном экранируемой катушкой. В тех случаях, когда эквивалентное затухание контура определяется в основном затуханием катушки и необходимо иметь малое затухание, следует в качестве материала экрана применять немагнитные металлы (медь, латунь, алюминий), а размеры экрана выбирать по возможности большими.

При конструировании экранов следует располагать стыки, швы, щели в экране в направлении вихревых токов, определяющих эффективность экранирования. Экранирование электрического поля обеспечивается при наличии хорошего электрического контакта экрана с корпусом аппаратуры.

Экранирование низкочастотных трансформаторов и дросселей

В трансформаторах питания и низкочастотных трансформаторах, а также в дросселях питания основной рабочий магнитный поток проходит по магнитопроводу. Только небольшая его часть в виде потока рассеяния выходит за пределы магнитопровода, замыкаясь в окружающем пространстве. Магнитный поток рассеяния является причиной нежелательных наводок. Потенциально источниками наиболее интенсивных магнитных полей являются дроссели фильтров питания. Интенсивность полей рассеяния у всех типов трансформаторов растет с увеличением мощности, уменьшением сечения магнитопровода и высоты катушек, а также с ухудшением магнитных свойств магнитопровода.

Улучшение качества магнитопровода, достигаемое применением материалов с высокой относительной магнитной проницаемостью и уменьшением воздушных зазоров, приводит к уменьшению уровней нежелательных наводок.

Эффективное снижение уровней магнитных полей рассеяния трансформаторов и дросселей достигается экранированием. В диапазоне 50-4000 Гц эффективно действует экран из пермаллоя и других специальных сортов ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью и малым удельным сопротивлением. Экранирующая коробка не должна плотно прилегать к сердечнику трансформатора. При зазоре примерно в 3 мм эффективность экранирования увеличивается на 15 дБ.

Контактные соединения и устройства экранов

При конструировании составных экранов, а также контактных элементов, предназначенных для соединения экранов, крышек, панелей, кронштейнов к общему корпусу или шасси аппаратуры, необходимо обеспечивать выполнение требований:

Электрическое сопротивление контактов должно быть минимальным и стабильным;

Контактные соединения должны иметь высокую коррозионную стойкость, длительный срок службы.

По своему назначению контактные соединения могут быть неразборными (неразъемными), разборными (разъемными), скользящими и т.д.

Неразъемные контактные соединения предназначены для постоянного соединения частей и элементов экрана. Эти соединения обычно бывают сварными или паяными. В контактных соединениях, осуществляемых сваркой (сплошные сварные швы), практически не происходит увеличения электрического сопротивления в месте сварки по сравнению с сопротивлением сплошного металла.

При пайке металлов припой, соединяясь с основными металлами, связывает их механически и электрически. Большое значение для качества паяного соединения имеет выбор припоя и зазора между металлами. Качество сварки и пайки после очистки должно тщательно проверяться с целью обнаружения несваренных или непропаянных поверхностей, прожогов и других дефектов. Неразъемное контактное соединение может быть выполнено и несварным, при осуществлении неразъемного контакта с помощью винтов, болтов, заклепок с определенным шагом образуются физически неоднородные стыки между соединяемыми поверхностями. В этих случаях между стыкуемыми поверхностями неизбежно существуют неровности, создающие щели, в результате чего эффективность экранирования ухудшается.

При механическом креплении элементов экрана эффективность экранирования повышается за счет более частого расположения крепежных деталей. Для уменьшения рассеяния отверстия в стационарных соединениях заделываются проводящей пастой.

Надежная работа разъемных контактных соединений обеспечивается их конструкцией, тщательностью изготовления, правильным выбором покрытий материалов и контактным нажатием. При значительных нажатиях контакты сравнительно хорошо обеспечивают малое сопротивление в месте контакта, а при слабых нажатиях даже покрытия из благородных металлов и большие контактные поверхности не гарантируют сохранения этого сопротивления в пределах требуемых значений.

В разъемных контактных соединениях для повышения эффективности экранирования аппаратуры следует применять электромагнитные уплотняющие прокладки, которые должны обеспечивать электрогерметичность соединения. Прокладки используют для уплотнения плохо пригнанных соединений.

Надежный электрический контакт между двумя и более металлическими поверхностями обеспечивается с помощью токопроводящих смол. Например, эпоксидные смолы с серебряным наполнителем заменяют пайку. Если соединяемые поверхности сжаты, но между ними имеется щель, то ее можно заполнить такой токопроводящей смолой. С помощью заполнения на основе токопроводящих смол уплотняют защитные электромагнитные экраны, улучшают экранирующие свойства корпусов радиоэлектронной аппаратуры, ремонтируют электромагнитные прокладки и т.д.

Малое электрическое сопротивление контакта между трущимися поверхностями обеспечивается с помощью токопроводящей смазки, например, на основе серебряно-силиконового масла без углеродистого наполнения. Смазка сохраняет высокие электрические и механические свойства в широких диапазонах температуры и влажности, устойчива к химическим воздействиям. Смазка обладает высокой влагостойкостью и хорошими антикоррозийными свойствами.

Выбор материала экрана проводится исхода из обеспечения требуемой эффективности экранирования в заданном диапазоне частот при определенных ограничениях. Эти ограничения связаны с массогабаритными характерными экрана, его влиянием на экранируемый объект, с механической прочностью и устойчивостью экрана против коррозии, с технологичностью его конструкции и т.д.

Металлические материалы

Применяются для экранирования, изготавливаются в виде листов, сеток и фольги (сталь, медь, алюминий, цинк, латунь). Все эти материалы удовлетворяют требованию устойчивости против коррозии при использовании соответствующих защитных покрытий.

Наиболее технологичными являются конструкции экранов из стали, так как при их изготовлении и монтаже можно широко использовать сварку. Толщина стали выбирается исходя из назначения конструкции экрана и условий его сборки, а также из возможности обеспечения сплошных сварных швов при изготовлении.

Сетчатые экраны проще в изготовлении, удобны для сборки и эксплуатации, обеспечивают облегченный тепловой режим радиоэлектронной температуры. Для защиты от коррозии сетки целесообразно покрывать антикоррозийным лаком. К недостаткам сетчатых экранов следует отнести невысокую механическую прочность и меньшую эффективность экранирования по сравнению с листовыми экранами.

Монтаж экранов из фольги достаточно прост, крепление фольги к основе экрана проводится чаще всего с помощью клея.

Диэлектрики

Сами по себе диэлектрики не могут экранировать электромагнитные поля. Поэтому они чаще всего встречаются в сочетании либо с проводящими включениями, либо с дополнительными металлическими элементами и конструкциями.

Экраны из композиционных материалов представляют собой сложные образования, содержащие в своей основе проводящие или полупроводящие включения, в которых связующим звеном выступают аморфные диэлектрики полимеры, в совокупности образующие упорядоченные цепочечные плоские или объемные структуры.

На практике для улучшения экранирующих свойств диэлектрических экранов без существенного изменения их массы и конструкционных характеристик применяют проводящее покрытие экранов напылением металлов в виде тонких пленок или оклеивание проводящей фольгой.

Для улучшения защитных свойств диэлектрических экранов наряду с применением проводящих покрытий используют армирование диэлектрических экранов тонкой металлической сеткой.

Если у сетки размер ячейки , то сетчатый экран по своим защитным свойствам близок к однородному металлическому экрану, но с несколько меньшим значением удельной проводимости материала экрана.

Стекла с токопроводящим покрытием

Должны обеспечивать требуемую эффективность экранирования при ухудшении их оптических характеристик не ниже заданных граничных значений. Электрические и оптические свойства стекол с токопроводящим покрытием зависят от природы окислов, составляющих пленку, условий и методов ее нанесения и свойств самого стекла. Наибольшее распространение получили пленки на основе оксида олова, оксида индия - олова и золота, так как они обеспечивают наибольшую механическую прочность, химически устойчивы и плотно соединяются со стеклянной подложкой.

Специальные ткани

Токопроводящие краски

Создаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих компонентов, пластификатора и отвердителя. В качестве токопроводящих составляющих используются графит, сажа, коллоидное серебро, окиси металлов, порошковая медь, алюминий.

Электропроводный клей

Создается на основе эпоксидной смолы, заполняемой металлическими порошками (железо, кобальт, никель и др.). Электропроводный клей обладает высокой прочностью на отрыв, высокой удельной электропроводностью, химической стойкостью к влаге и различным агрессивным средам, обеспечивает незначительную усадку после отвердения. Электропроводный клей применяется наряду с пайкой, сваркой и болтовым соединением, а также в целях электромагнитного экранирования.

Радиопоглощающие материалы

Могут применяться в качестве покрытий различных поверхностей с целью уменьшения отражения от этих поверхностей электромагнитных волн. Принцип действия таких материалов заключается в том, что падающая на них электромагнитная волна преобразуется внутри их структуры в другие виды энергии. При этом имеют место явления рассеяния, поглощения, интерференции, а в ряде покрытий и дифракции электромагнитных волн. В зависимости от свойств радиопоглощающие материалы - покрытия могут быть широкодиапазонными и узкодиапазонными.

Структуру широкодиапазонных радиопоглощающих материалов образуют частицы ферромагнетика, введенные в слой изоляционного материала из немагнитного диэлектрика. Узкодиапазонные покрытия изготавливают из различных пла­стмасс и каучука. Чтобы такие покрытия обладали поглощающими свойствами, в их состав вводят ферромагнетики с примесями сажи или порошка графита в качестве поглотителя.

Радиопоглощающие материалы, используемые в качестве покрытий, могут быть однослойными, многослойными с переменными от слоя к слою параметрами, а также структурно неоднородными, т.е. с включением в состав материала различного рода структур, например дифракционных решеток.

Эффективность таких материалов достаточно высока. Коэффициент отражения большинства современных радиопоглощающих покрытий не превышает единиц процентов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ярочкин В.И. Информационная безопасность: Учеб. для ВУЗов. Изд. 2. Минск: Академический проект, 2005. – 544 с.

2. Бузов Г.А., Калинин С.В., Кондратьев А.В. Защита от утечки информации по техническим каналам: Учеб. пособие для подготовки экспертов системы Гостехкомиссии России. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. – 416 с.

3. Деднев М.А. Защита информации в банковском деле и электронном бизнесе. М.: Кудиц-образ, 2004. – 512 с.

4. Конеев И.Р. Информационная безопасность предприятия. СПб.: БХВ‑Петербург, 2003. – 752 с.

С развитием приборостроения возникла необходимость создания экранирующих материалов и конструкций, которые защищают комнату, персонал и аппаратуру от электромагнитного излучения в разном диапазоне частот. Выбор материала зависит от сферы его применения, особенностей помещения и т.д.

Виды экранирующих материалов

На сегодняшний день разработаны следующие виды экранирующих материалов:

• Сетки . Они изготавливаются из меди и используются для защиты от электромагнитных волн и предотвращения утечки информации. Экраны из тканой сетки не препятствуют поступлению света в помещение и обеспечивают хорошую вентиляцию. Они имеют малый вес, легко собираются и демонтируются, характеризуются высокой эффективностью и долговечностью. Единственный недостаток сетки – низкий показатель стойкости к механическим воздействиям. Выпускается два вида сетки – редкая и мелкая.
• Пластины . Они представляют собой стальные листы толщиной до 3 мм и обеспечивают максимальную защиту от излучений. Несмотря на достаточно высокую стоимость изготовления и эксплуатации, экраны из пластин широко применяются для экранирования стен, дверей и ворот. Недостатками экранирующих пластин являются подверженность коррозии и напряженность сварочных швов, поэтому они менее надежны и долговечны, чем сетка, и требуют регулярной проверки и своевременного устранения дефектов.
• Краски и грунтовки . В их состав входит тонкопроводной углерод (сажа, графит и т.п.), заменяющий металл, поэтому краски и грунтовки стоят на порядок дешевле. Они применяются в промышленных, медицинских, общественных, образовательных и жилых помещениях для защиты людей и приборов от излучений, и предотвращения возможности перехвата секретной информации. Среди преимуществ красок можно перечислить влагостойкость, воздухопроницаемость, универсальность, стойкость к химическим и механическим воздействиям, хороший уровень адгезии к разным поверхностям (гипсокартону, штукатурке, бетону), эстетичность.

Ткани. Есть два способа металлизации ткани – нанесение тонкого слоя металла на ее поверхность и вплетение металлизированных либо металлических нитей. Оба способа позволяют сохранить первоначальные свойства материала – гибкость, легкость, воздухопроницаемость. При этом ткань не теряет эстетичный внешний вид и приобретает дополнительные характеристики – стойкость к воздействию огня и агрессивных химикатов. Защитные конструкции из ткани (одежда для персонала, шторы, чехлы на аппаратуру для радиолокационного наблюдения) изготавливаются путем сшивания, склеивания или спаивания.

• Фольговые материалы . Алюминиевая, цинковая или латунная фольга предназначена для наклеивания на экранируемую поверхность. Выпускается также фольга на подложке из непроводящего материала (плотная бумага, пластмасса, стекло, древесина, ткань). Для ее изготовления расплавленный металл распыляется по поверхности подложки с помощью струи сжатого воздуха.

• Клеи . В их состав входят эпоксидная смола, мелкодисперсные порошки никеля, кобальта или железа. Такие клеи применяются при сооружении электромагнитных экранов для пайки болтовых соединений или заполнения небольших отверстий и щелей.
• Облицовочные панели . Это листы, состоящие из металлической подложки и наклеенных на нее диэлектрического и ферритового материалов. Они используются для экранирования внутренних стен, потолков и полов лабораторий, медицинских учреждений, помещений коммерческой и военной направленности.
• Стекла . Токопроводящая пленка, наклеенная на стекло, обеспечивает высокий уровень экранирования и практически не ухудшает оптических свойств стекла. В зависимости от металла, напыляемого на пленку (алюминий или медь), она будет иметь серебристый или золотистый оттенок. Экранирующие стекла используются при изготовлении окон и дверей.

Правила экранирования помещений

Размер экранированной комнаты зависит от ее назначения. При проведении работ необходимо соблюдать следующие правила:

• Соединение металлических сеток или листов по периметру должно быть достаточно прочным.
• Листовые экраны соединяются непрерывной пайкой или сваркой.
• Сетчатые экраны соединяются точечной пайкой или сваркой с интервалом не менее 15 мм.
• При экранировании дверей нужно обеспечить надежный электрический контакт с сеткой или металлическими панелями стен по всему периметру двери.
• Расстояние между слоями экранирующей сетки, установленной на окнах, должно составлять не менее 50 см.
• В экранированном помещении следует обеспечить хорошее освещение и вентиляцию.
• Вентиляционные отверстия закрываются сотовыми экранами (на частотах меньше 1000 МГц) или оснащаются электромагнитными ловушками (на частотах свыше 1000 МГц).

Если вас интересуют материалы и компоненты для экранирования от ЭМИ, то подробнее о них вы можете узнать на этом сайте