Зайцев А.П. и др. Технические средства и методы защиты информации (7-е издание, 2012) (1095365), страница 41
Текст из файла (страница 41)
ее поглощение, превосходит10 дБ, то последним коэффициентом в приведенном выражении можно пренебречь. Эффективность экранирования вследствие поглощения энергии в толщеэкрана можно рассчитать из простого соотношения K погл = 8,7 d π f μ m σ ,полученного на основе представления электрической и магнитной составляющей поля в материале, на поверхности которого выполняются граничные условия Леонтовича.4.2.2. Подавление емкостных паразитных связейЕмкостная паразитная связь между двумя электрическими цепями возникает через ближнее электрическое поле.
Для снижения паразитной емкостимежду электрическими цепями вводится токопроводящий экран, соединенныйс общим проводом и замыкающий на общий провод большую часть электрических силовых линий [3].Введением экрана, имеющего сопротивление, равное нулю относительнообщего провода, теоретически наводку можно снизить до нуля. Практическиже всегда из-за наличия проводников и технологических отверстий и возникновения краевых эффектов имеется остаточное ближнее электрическое полеи, следовательно, остаточная емкость.При экранировании электрического поля очень важно создать низкое сопротивление экрана относительно корпуса (общего провода).
Появление любого сопротивления, особенно индуктивного, в цепи соединения экрана с общим проводом создает эффект паразитной связи через посторонний провод,поэтому все металлические элементы конструкции всегда должны тщательносоединяться между собой и с общим проводом.4.2.3. Подавление индуктивных паразитных связейПаразитная индуктивная связь возникает между двумя электрическимицепями через ближнее магнитное поле. Для снижения величины магнитныхполей используют два вида экранирования: магнитостатическое и динамическое.204Магнитостатическое экранирование или экранирование шунтированиеммагнитного поля основано на применении экранов из ферромагнитных материалов с большой магнитной проницаемостью.
Линии магнитного поля какбы втягиваются в материал с более высокой магнитной проницаемостью, врезультате внутри экрана поле ослабляется. Эффективность магнитостатического экранирования зависит от магнитного сопротивления экрана [3](4.4)Э = 1 + μ h / D,где μ – относительная магнитная проницаемость; h – толщина стенок экрана;D – диаметр эквивалентного сферического экрана. Для экрана в форме кубаD = l,2b; b – размер стороны куба.Эффективность магнитостатического экранирования не зависит от частоты в тех пределах, в которых от частоты не зависит магнитная проницаемостьматериала экрана. Эффективность экранирования снижается при наличии вконструкции экрана стыков и швов, идущих поперек линий магнитного поляи снижающих эффективное значение магнитной проницаемости экрана. Магнитостатическое экранирование имеет невысокую эффективность (2…5), импользуются в основном на низких частотах, на которых мала эффективностьдинамического экранирования.Сущность динамического экранирования заключается в том, что переменное магнитное поле ослабляется по мере проникновения в металл, так каквнутренние слои экранируются вихревыми токами, возникающими в слоях,расположенных ближе к поверхности.
Экранирующее действие вихревых токов определяется двумя факторами: обратным полем, создаваемым токами,протекающими в экране, и поверхностным эффектом в материале экрана.Вследствие экранирования внутренних слоев вихревыми токами, циркулирующими в поверхностных слоях, переменное магнитное поле ослабляется потолщине материала экрана. Это вызывает неравномерное распределение токовпо толщине экрана, называемое поверхностным эффектом:где I x , I п(4.5)I х I п = e− x / δ ,– плотность тока на глубине х и на поверхности экрана;δ = 2 ρ (2μμ0 ω) – эквивалентная глубина проникновения тока, на которойплотность тока ослабляется в е раз; ρ – удельное сопротивление материалаэкрана, Ом×м ; μ – относительная магнитная проницаемость; μ0 – абсолютная магнитная проницаемость вакуума; ω – круговая частота.На частотах, на которых толщина h > δ , действуют оба фактора, и эффективность экранирования1D),(4.6)Э = ex δ ( +2 δ⋅ 2,8 ⋅ Кф μ205где h – толщина стенок экрана; D – ширина прямоугольного экрана или диаметр цилиндрического; Кф – коэффициент формы.
Для прямоугольного экрана Кф =1 , цилиндрического – Кф = 2 , сферического – Кф = 3 .На очень высоких частотах, где h >> δ , величина в скобке всегда больше0,5, что позволяет упростить выражение (4.6)Э ≥ 0,5e h δ .(4.7)Из (4.7) проще получить формулу для расчета минимальной толщиныстенок экрана, обеспечивающей эффективность экранирования не ниже заданной:h ≥ δ ln2Э.(4.8)На низких частотах или при малой толщине стенок экрана (h > δ) влияние поверхностного эффекта ниже, и эффективность экранированияЭ = 1 + [ωμ0 Dh /(2 К ф ρ)]2 .(4.9)4.2.4. Экранирование проводов и катушек индуктивностиПри экранировании реальных элементов, например трансформаторов, катушек индуктивности, проводов и т.д., обычно требуется одновременное экранирование от электрических и магнитных полей [3].
Желательно в качествеэлектрических и магнитных экранов использовать одни и те же элементы конструкции, но при этом следует учитывать, что действуют они по-разному.Токи, протекающие по экрану под действием высокочастотного магнитногополя, во много раз больше токов, возникающих под действием электрическогополя, поэтому эффективность электрического экрана практически не зависитот проводимости материала экрана, его магнитной проницаемости и частотыколебаний электрического поля. На эффективность магнитного экрана влияютпроводимость, магнитная проницаемость и частота колебаний магнитногополя.
Эффективность магнитного экранирования не зависит от наличия контакта с общим проводом, эффективность электрического экрана однозначноопределяется наличием хорошего электрического соединения с общим проводом. Для одновременного экранирования электрического и магнитного полейнеобходимо выполнить обе группы требований.При экранировании катушек индуктивности следует также учитыватьвлияние экрана на индуктивность и добротность.
Чем ближе расположен экран к катушке индуктивности, тем больше потери, вносимые экраном, и сильнее снижаются добротность и индуктивность. Потери, вносимые экраном,возрастают с увеличением удельного сопротивления и уменьшением расстояния между экраном и катушкой. Поэтому при разработке экранов высокочастотных катушек желательно выбирать материалы с малым сопротивлением206(медь, латунь, алюминий). Размеры экрана рекомендуется выбирать такимобразом, чтобы зазор между катушкой и экраном был не менее 0,5dкат , т.е.Dэк ≥ 2dкат ; lэк ≥ lкат + dкат ,(4.10)где lкат , dкат – длина и диаметр намотки катушки; lэк , Dэк – высота и диаметрэкрана.Толщину стенок экрана выбирают в соответствии с (4.8).При размещении высокочастотной катушки индуктивности в экране сразмерами в соответствии с (4.10) снижается ее индуктивность на 15–18%,если размеры катушки укладываются в соотношении 3dкат > lкат > d кат , то приэтом возникают дополнительные потери, вносимые экраном:ξ ≈ 3 ⋅10−4f 0ρэк /( f ρм ),(4.11)где f 0 =1 МГц; f – рабочая частота; ρм – удельное сопротивление меди; ρэк –удельное сопротивление материала экрана [3].Фактически получаемая эффективность экранирования обычно меньшерассчитанной по (4.6) и (4.7) за счет паразитной связи, возникающей черезпровода, выходящие из экранируемого пространства, и при наличии отверстий в экранах.
Чтобы снижение эффективности было минимальным, отверстия для выводов должны быть расположены таким образом, чтобы не мешали вихревым токам: отверстия и вырезы в экране необходимо делать вытянутыми вдоль направления вихревых токов.Наилучшую защиту как от электрического, так и от магнитного полейобеспечивают информационные линии связи типа экранированного бифиляра,трифиляра (трех скрученных вместе проводов, из которых один используетсяв качестве электрического экрана), триаксиального кабеля (изолированногокоаксиального кабеля, помещенного в электрический экран), экранированногоплоского кабеля (плоского многопроводного кабеля, покрытого с одной илиобеих сторон медной фольгой).
Чтобы уменьшить уровень ПЭМИ, необходимо особенно тщательно выполнять соединение оболочки провода (экрана) скорпусом аппаратуры. Вместе с тем соединение оболочки провода с корпусомв одной точке не ослабляет в окружающем пространстве магнитное поле, создаваемое протекающим по проводу током. Для экранирования магнитногополя необходимо создать поле такой же величины и обратного направления.С этой целью необходимо весь обратный ток экранируемой цепи направитьчерез экранирующую оплетку провода. Для полного осуществления этогопринципа необходимо, чтобы экранирующая оболочка была единственнымпутем для протекания отраженного тока.Высокая эффективность экранирования обеспечивается при использовании витой пары, защищенной экранирующей оболочкой.207На низких частотах приходится использовать более сложные схемы экранирования – коаксиальные кабели с двойной оплеткой (триаксиальные кабели).На более высоких частотах, когда толщина экрана значительно превышает глубину проникновения поля, необходимость в двойном экранированииотпадает.
В этом случае внешняя поверхность играет роль электрическогоэкрана, а по внутренней поверхности протекают обратные токи.Длина экранированного провода должна быть меньше четверти длины самой короткой волны спектра сигнала, иначе его надо рассматривать как длинную линию, которую надо нагружать на волновое сопротивление. Для уменьшения взаимного влияния длину монтажных цепей следует выбирать наименьшей, для чего элементы высокочастотных схем, связанные между собой,следует располагать в непосредственной близости, а неэкранированные провода высокочастотных цепей – при пересечении под прямым углом.Экранированные провода и кабели следует применять в основном для соединения отдельных блоков и узлов друг с другом.Кабельные экраны выполняются в форме цилиндра из сплошных оболочек, в виде спирально намотанной на кабель плоской ленты или в виде оплетки из тонкой проволоки.
Экраны однослойные и многослойные.Материал: свинец, сталь, медь, алюминий или их сочетание.В области низких частот корпуса многоштырьковых низкочастотных разъемов являются экранами и должны быть надежно заземлены.В области высоких частот коаксиальные кабели должны быть согласованы по волновому сопротивлению и иметь высокочастотные разъемы.Наиболее экономичным способом экранирования информационных линий связи между устройствами ТСПИ считается групповое размещение их вэкранирующем распределительном коробе.Для полного экранирования проводов от электрических и магнитных полей необходимо добиваться, чтобы весь обратный ток протекал по экрану, т.е.чтобы токи, протекающие по экранируемому проводу и экрану, были равнымежду собой (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
