5. Экранирование электромагнитных полей

Функционирование любого радиоэлектронного средства (РЭС) связано с протеканием по его токопроводам электрического тока различных частот и образованием разности потенциалов между различными точками его элек­трической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля.

Побочные поля без конструктивного изменения радиоэлектронного средства можно локализовать в пределах защищаемой контролируемой зоны путем экранирования источников поля.

Различают следующие способы экранирования:

- экранирование электрического поля;

- экранирования магнитного поля;

- электромагнитное экранирование.

5.1. Экранирование электрического поля металлическим заземленным экраном

Экранирование электрического поля металлическим заземленным экраном достигается за счет нейтрализации зарядов в экране, вызванных этим полем.

В результате этого напряженность электрического поля за экраном уменьшается. Для стекания зарядов с экрана, наводимых электрическим полем, необходимо обеспечить заземление экрана с малым (менее 4 Ом) сопротивлением.

В качестве заземлителей чаще всего применяются стальные трубы длиною 2-3 м диаметром 35-50 мм и стальные полосы сечением 50-100 мм.

Более удобными являются трубы, позволяющие достигнуть достаточно глубоких влажных слоев земли, обладающих достаточно высокой проводимостью и не подвергающихся высыханию или промерзанию.

Заземлители следует соединять с шинами, проложенными до мест размещения радиоэлектронных средств, с помощью сварки.

Сечение шин и магистралей заземления по условиям механической прочности и получения достаточной проводимости рекомендуется брать не менее 24х4 мм.

Магистрали заземления вне здания прокладываются на глубине около 1.5 м, внутри здания - по стене или специальным каналам таким образом, чтобы их можно было внешне осматривать. Соединяют магистрали с заземлителем с помощью сварки.

К экрану или заземляемому устройству магистраль подключают с помощью болтового соединения в одной точке.

Для эффективного экранирования низкочастотных полей применяются экраны, изготовленные из ферромагнитных материалов (пермаллоя или стали) с большой относительной магнитной проницаемостью.

При наличии такого экрана линии магнитной индукции проходят в основном по его стенкам, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с сопротивлением воздуха вне экрана. В результате этого магнитное поле шунтируется экраном. Качество экранирования таких полей зависит от магнитной проницаемости экрана и сопротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и меньше в нем стыков и швов, расположенных поперек направления линий магнитной индукции.

Экранирование высокочастотного магнитного поля основано на использовании явления магнитной индукции, создающей в экране переменные индукционные вихревые токи (токи Фуко).

Магнитное поле этих токов будет направлено навстречу возбуждающему полю, в результате чего возбуждающее магнитное поле вытесняется экраном. Из-за поверхностного эффекта плотность вихревых токов и напряженность переменного магнитного поля по мере углубления в металл падает по экспоненциальному закону.

Эффективность экранирования магнитного поля зависит от частоты его колебания и от электрических свойств материала экрана.

Чем ниже частота, тем слабее действует экран и тем большей толщины приходится его делать для достижения одного и того же экранирующего эффекта.

Для высоких частот, начиная с диапазона средних волн, экран из любого металла толщиной 0.5-1.5 мм достаточно эффективен.

При выборе толщины и материала экрана следует руководствоваться также соображениями:

- механической прочности, жесткости, стойкости против коррозии,

- удобства стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением,

- удобства пайки, сварки и пр.

Для частот выше 10 МГц медный и серебряный экраны толщиной около 0.1 мм обладают значительным экранирующим эффектом.

Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольгированного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесенным на него медным или серебряным покрытием.

При экранировании магнитного поля заземление экрана не изменяет величины возбуждаемых в экране токов и, следовательно, на эффективность магнитного экранирования не влияет.

Учитывая, что электромагнитное поле состоит из электрического и магнитного компонентов, то электромагнитное экранирование объединяет способы: высокочастотного электрического и магнитного экранирования.

Для изготовления экранов применяют следующие материалы:

- сталь листовая декапированная ГОСТ 1386-47 толщиной 0.35-2.0 мм;

- сталь тонколистовая оцинкованная ГОСТ 7118-54 толщиной 0.51 -1.50 мм;

- сетка стальная тканая ГОСТ 3826-47 с номерами 0.4-2.5;

- сетка стальная плетенная ГОСТ 5336-47 с номерами 3-6;

- сетка из латунной проволоки марки Л-80 ГОСТ 6613-53 0.25-2.6.

В последнее время в результате внедрения новой технологии металлизации тканей на рынке появились металлизированные ткани с экранирующей способностью, не уступающей параметрам металлизированных сеток.

Например, металлизированные ткани производства ВНИИСВ (г. Тверь) и АО «Темза - М» ослабляют электромагнитные поля в широком диапазоне частот (десятки - тысячи МГц) до 50-70 дБ.

Чтобы решить вопрос о материале экрана, необходимо оценить требуемый коэффициент ослабления побочных электромагнитных излучений и наводок экраном.

С этой целью в том месте, где предполагается установка экрана, следует предварительно измерить уровень поля от источников побочных излучений.

Экранирование с ослаблением 65-70 дБ, достаточное для проведения закрытых мероприятий, обеспечивается одинарной медной сеткой с ячейками размером 2.5 мм.

Экран, изготовленный из луженной низкоуглеродистой стальной сетки с ячейкой размером 2.5-3 мм, уменьшает уровень излучений на 55-60 дБ, а из такой же двойной (с расстоянием между наружной и внутрен­ней сетками 100 мм) приблизительно на 90 дБ.

Размеры экранированного помещения выбирают исходя их его назначения и стоимости.

Обычно экранированные помещения строят площадью 6-8 м2 при высоте 2.5-3 м. Металлические листы или полотнища сетки должны быть между собой прочно, с малым электрическим сопротивлением соединены по всему периметру. Для сплошных экранов это может быть осуществлено электросваркой или пайкой. Шов должен быть непрерывным для по­лучения цельносварной конструкции экрана. Для сетчатых экранов пригодна любая конструкция шва, обеспечивающая хороший электрический контакт между соседними полотнищами сетки не реже чем через 10-15 мм. Для этой цели может применяться пайка или точечная сварка.

Двери помещений также должны быть экранированы. При закрывании двери необходимо обеспечить надежный электрический контакт со стенка­ми помещения (с дверной рамой) по всему периметру не реже чем через 10-15 мм. Для этого может быть применена пружинная гребенка из фосфо­ристой бронзы, которую укрепляют по внутреннему периметру дверной рамы.

При наличии в экранированном помещении окон последние должны быть затянуты одним или двумя слоями медной сетки с ячейками не более 2х2 мм с расстоянием между слоями сетки не менее 50 мм. Оба слоя должны иметь хороший электрический контакт со стенками помещения (с рамой) по всему периметру. Сетки удобнее делать съемными, а металлическое обрамление съемной части также должно иметь пружинящие контакты в виде гребенки из фосфористой бронзы.

При проведении работ по тщательному экранированию подобных помещений необходимо одновременно обеспечить нормальные условия для работающего в нем человека, прежде всего, вентиляцию воздуха и освещение.

Величины затуханий экранированного помещения в зависимости от конструкции приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Тип конструкции	Затухание радиосигнала, дБ
Одиночный экран из сетки с одиночной дверью. оборудованной зажимными устройствами	40
Двойной экран из сетки с двойной дверью-тамбуром и зажимными устройствами	80
Сплошной стальной сварной экран с одной дверью-тамбуром с зажимными устройствами	100

В обычных (неэкранированных) помещениях основной экранирующий эффект обеспечивают железобетонные стены домов.

Экранирующие свойства дверей и окон хуже.

Для повышения экранирующих свойств стен применяются дополнительные средства, в том числе:

- токопроводящие лакокрасочные покрытия или токопроводящие обои;

- шторы из металлизированной ткани;

- металлизированные стекла, устанавливаемые в металлические или мета­ллизированные рамы;

- токопроводящие пленки, наклеиваемые на окна. Экранирующие свойства тонких токопроводящих материалов в значи­тельной степени зависят от их электропроводности и частоты электромаг­нитного поля. Если среднее ослабление многослойной пленки по всему электромагнитному диапазону составляет 3 дБ, то в диапазоне частот 80-130 МГц увеличивается до 12 дБ, а в диапазоне 300-500 МГц составляет уже 25-35 дБ [66]. Но даже такое ослабление существенно (до 5 раз) со­кращает дальность приема сигналов маломощных радиозакладок в высо­кочастотном диапазоне.

На конструкцию экрана для вентиляционных отверстий также влияет диапазон частот экранируемого электромагнитного поля.

Для частот менее 1000 МГц применяются сотовые конструкции, закрывающие вентиляционное отверстие, с прямоугольными, круглыми, шестигранными ячейками.

Для достижения эффективного экранирования размеры ячеек должны быть менее 0.1 длины волны. При повышении частоты необходимые размеры ячеек могут быть столь малыми, что ухудшается вентиляция. Поэтому при f> 1000 МГц рекомендуются специальные ловушки электромагнитной энер­гии, ослабляющие ее уровень до 50 дБ.

Серьезную проблему представляет защита информации от утечки по линиям связи и кабелям электропитания, выходящих за пределы помещений или всего объекта.

В пространстве, окружающем провод информационной линии связи или цепи электропитания, создаются переменные электрические. магнитные и электромагнитные поля, несущие конфиденциальную информацию.

Эти поля являются опасными, так как они могут распространяться за пределы контролируемой зоны или наводить эдс в других проводах, выходя­щих за пределы объекта.

Локализация полей с целью защиты информации достигается экранированием проводов путем помещения их в металлическую оболочку (оплетку или трубу).

Необходимое условие экранирования проводов - их заземление.

Наилучшую защиту обеспечивают:

- экранированный трифиляр (три скрученные вместе провода, из которых один используется в качестве экрана),

- триаксиальный кабель (изолированный коаксиальный кабель, поме­щенный в электрический экран),

- экранированный плоский кабель в виде плоского многопроводного кабеля, покрытого с одной или обеих сторон медной фольгой.