Зайцев А.П. и др. Технические средства и методы защиты информации (7-е издание, 2012) (1095365), страница 42
Текст из файла (страница 42)
4.1, а). Для этого необходимо выводы генератора и нагрузки подключать к проводу и экрану непосредственно без промежуточных проводников, а соединение с корпусом производить в одной точке, лучше со стороны приемника сигнала. При подключении общего провода генератора ккорпусу, а не к экрану (рис.
4.1, б) получается экранирование только от электрических полей, при отсутствии соединения экрана с общим проводом никакого экранирующего эффекта не возникает [3].При соединении экрана с корпусом со стороны генератора или при соединении с корпусом через длинный провод эффективность экранированияпадает за счет появления напряжения помех на этом проводе. Для экранирования проводов от низкочастотных наводок поверх экрана должна иметься208изолирующая оболочка, исключающая случайные контакты с металлическими элементами корпуса изделия.При замыкании экрана на корпус (рис.
4.1, в) нарушается магнитное экранирование части провода, расположенного между точкой замыкания экранана корпус и нагрузкой. В этом случае довольно часто наблюдается, что приотключении соединения экрана около нагрузки уровень наводок снижается.RнEгаRнEгбEгRнвРис. 4.1. Полное экранирование провода от электрических и магнитных полей (а),экранирование провода от электрических полей (б) и замыкание части экранапровода на корпус (в )Если это явление наблюдается, необходимо найти и устранить замыканиеэкрана на корпус.На высоких частотах из-за поверхностного эффекта обратный ток протекает в основном по внутренней поверхности экрана, поэтому на частотах более 10 МГц замыкание экранов на корпус не снижает эффективности экранирования.При конструировании всегда необходимо учитывать, что при применении экранированных проводов резко увеличиваются габариты, стоимость ипаразитная емкость монтажа, поэтому применять экранированные провода и209коаксиальные кабели необходимо только в том случае, когда другие средстване дали нужного эффекта.Очевидно, что на низких частотах стальной экран, магнитная проницаемость которого может быть достаточно высока (или экран из другого электропроводящего материала со значительной магнитной проницаемостью),оказывается эффективнее медного по поглощению.
Однако для повышенияего эффективности приходится увеличивать толщину экранирующего листа.Кроме того, с ростом частоты магнитная проницаемость всех материалов быстро уменьшается, причем тем значительнее, чем больше ее начальное значение. Поэтому материалы с большим значением начальной магнитной проницаемости (104 Гн/м) целесообразно использовать только до частот порядка1 кГц. При больших значениях напряженности магнитного поля из-за насыщения материала ферромагнетика его магнитная проницаемость падает темрезче, чем больше начальное значение проницаемости.Во избежание эффекта насыщения экран делают многослойным, приэтом желательно, чтобы каждый последующий (по отношению к экранируемому излучению) слой имел большее начальное значение магнитной проницаемости, чем предыдущий, так как эквивалентная глубина проникновенияэлектромагнитного поля в толщу материала δ обратно пропорциональна произведению его магнитной проницаемости и проводимости.
Толщина экрана d,необходимая для обеспечения заданного значения его эффективности, легкоопределяется из выражения K = 8,7 d δ .Вторая составляющая эффективности экранирования Котр обусловленаотражением электромагнитной волны на границе раздела «свободное пространство – экран» из-за различия волновых сопротивлений вакуума (Z дляближних полей – электрического или магнитного и Z для полей дальней зоны).Эффективность экранирования вследствие отражения можно просто определить как K = 20log Z m 4 Z , где Z для металлических материалов можнопредставить в виде2π f μ m2(4.12)или Z ≈.Z≈σδσЗначительно большего эффекта экранирования можно достичь, используяне однородные, а многослойные экраны той же суммарной толщины.
Этообъясняется наличием в многослойных экранах нескольких границ разделаповерхностей, на каждой из которых происходит отражение электромагнитной волны вследствие разницы волновых сопротивлений слоев. Эффективность многослойного экрана зависит не только от числа слоев, но и порядкаих чередования.
Наиболее эффективны экраны из комбинаций магнитных инемагнитных слоев, причем наружный по отношению к источнику излучения210поля слой предпочтительнее выполнять из материала, обладающего магнитными свойствами.Расчет эффективности экранирования двухслойными экранами из различных материалов показывает, что наиболее целесообразным в диапазоне частот10 кГц–100 мГц является сочетание медного и стального слоев.
При этомтолщина магнитного слоя должна быть больше, чем немагнитного (сталь 82%общей толщины, медь – 18%).Дополнительное увеличение толщины экрана на один слой приводит к неочень заметному повышению эффективности экранирования.При проектировании электромагнитных экранов в общем случае необходимо иметь в виду, что на сравнительно низких частотах наиболее сложнообеспечить эффективное экранирование магнитной составляющей поля, в товремя как экранирование электрической составляющей не представляет особых трудностей даже при использовании перфорированных или сетчатыхэкранов.Несмотря на то, что на низких частотах высокопроводящие материалымогут обеспечить очень большие значения эффективности экранирования, вряде случаев (по технологическим, конструктивным, экономическим соображениям) оказывается более целесообразным применять (особенно при экранировании статических и флуктуирующих магнитных полей с невысоким значением напряженности) магнитные материалы с высокими значениями начальной магнитной проницаемости.
Для однослойного цилиндра, длина которогосущественно превосходит его диаметр D0, эффективность экранирования составляющей напряженности магнитного поля, перпендикулярной оси цилиндра, может быть приближенно оценена какK = 20lg(1 + μ d D0 ) .(4.13)Как и в электромагнитном случае, многослойные оболочки оказываютсяэффективнее однослойного экрана, причем их эффективность растет практически пропорционально числу слоев.Особое место в ряду материалов, применяемых для экранирования статических и квазистатических магнитных полей, занимают аморфные ферромагнетики.
Магнитные экраны изготавливают из сплавов типа пермаллоя с содержанием 20% железа и 80% никеля. Высокие магнитные свойства (большоезначение μ m и коэффициента экранирования) достигаются после сложной идорогой термической обработки. Однако свойства экранов, изготовленных изтаких материалов, изменяются под влиянием механических воздействий. Экраны, изготовленные из аморфных сплавов, не чувствительны к ударам и изгибам.
Магнитные свойства аморфных сплавов достаточно высоки, что позволяет применять их в качестве материала экрана. Они обладают высокой начальной магнитной проницаемостью, которая сохраняет свой уровень до частот порядка сотен мегагерц. Например, для экранирования кабелей в аппара211туре, установленной на борту космических кораблей класса «Вояджер», использовалась ткань «Метшильд», изготавливаемая из аморфного сплава в виде ленты шириной 1,5 мм и толщиной 58 мкм. Результаты исследований показали, что экранирующая способность такой ткани достигает 11 дБ при напряженности магнитного поля 40 А/м и 24 дБ при напряженности поля 200 А/мпри частоте 60 Гц.
Эти значения превосходят характеристики для аналогичных экранов из пермаллоя в 1,5–2 раза и не меняются после механическихвоздействий.На сегодняшний момент для индустриальных помех и радиочастотногодиапазона нашим специалистам удалось создать из аморфных сплавов экраныс коэффициентами экранирования до 60 дБ. Из аморфных ферромагнетиковтакже разработаны магнитные экраны для квазистатических полей (магнитного поля Земли). Для магнитного экранирования малых объемов теперь возможно применение аморфного ферромагнитного микропровода.Во многих случаях достаточно эффективным является использование неэкранированной витой пары.
Экранированный многопарный кабель не обладает сколько-нибудь существенными преимуществами перед неэкранированным ни в скорости передачи данных, ни в устойчивости к внешним электромагнитным наводкам большой интенсивности, но, тем не менее, производитсяпромышленностью. Кроме того, при использовании экранированного кабелявозникает серьезная проблема с заземлением экранной оплетки, заключающаяся в том, что симметричная конструкция кабеля не позволяет присоединять экранную оболочку кабеля напрямую к земле, как это делается в коаксиальных линиях связи. Экранная оболочка кабеля в данном случае не так полезна, как может показаться на первый взгляд, более того, экранная оболочкаявляется носителем самой внушительной части энергии синфазной составляющей симметричной линии связи. Использование экранированного кабелясоздает очевидную проблему: как и куда должна быть присоединена экраннаяоболочка кабеля и как нейтрализовать ток синфазной составляющей, протекающий по оплетке.Простое заземление экранной оболочки кабеля не имеет никакого смысла, так как не устраняет проблемы проникновения синфазной помехи и возникновения опасных потенциалов на входах микросхем.Для подавления синфазных помех существует метод, основанный на применении индуктивно связанных катушек, размещенных на общем сердечнике(рис.
4.2). Катушки индуктивности, включенные по такой схеме, называютпродольным трансформатором. Встречно включенные катушки индуктивности не оказывают никакого влияния на полезный сигнал в линии I вх , как и напротивофазную составляющую помехи. Для синфазной составляющей I синпродольный трансформатор в идеале представляет собой бесконечно большоесопротивление.212IвхВходВыходФ1IвхаIсинВходФ 2 ВыходФ1бIсинРис.
4.2. Реакции продольного трансформатора: а – на полезный сигнал;б – на противофазную и синфазную помехиПри включении связанных индуктивностей в линию связи каждая обмотка катушки включается последовательно с соответствующим проводником.Фазировка катушек при этом должна быть такова, чтобы магнитные потокиобмоток ( Ф1 от полезного сигнала и противофазной помехи и Ф2 от синфазнойпомехи) были противоположно направлены и соответственно взаимно компенсированы для полезного сигнала и суммировались для синфазной помехи.Теоретически подавление синфазной помехи происходит полностью.
Магнитные устройства такого типа называют продольным трансформатором.Тороидальные сердечники обеспечивают большие значения индуктивности при заданных токах без применения зазора и более эффективны на низкихчастотах.Таким образом, применение продольных трансформаторов значительноуменьшает уровень синфазных помех в каналах передачи данных по витой паре.4.2.5. Экранированные помещенияЭкранироваться могут не только отдельные блоки аппаратуры и их соединительные линии, но и помещения в целом (рис.
4.3).В обычных (неэкранированных) помещениях основной экранирующийэффект обеспечивают железобетонные стены домов. Экранирующее свойстводверей и окон хуже. Для повышения экранирующих свойств стен применяются дополнительные средства, в том числе:213• токопроводящие лакокрасочные покрытия или токопроводящие обои;• шторы из металлизированной ткани;• металлизированные стекла (например, из двуокиси олова), устанавливаемые в металлические или металлизированные рамы.Пульт системысигнализацииФильтрытелекоммуникационныеФильтрывоздуховодныеЭкранированныедвериЭкранированныеворотаФильтры помехоподавляющие электрическиеФильтрытрубопроводныеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
