Конструкции экранов электромагнитного излучения

Защита информации от утечки по электромагнитному каналу может быть обеспечена за счет снижения уровней ПЭМИ средств обработки информации при размещении их в экранированных помещениях, а также экранировании непосредственно таких средств.

Для изготовления экранов ЭМИ применяются различные материалы, объединяемые в единую конструкцию (рис. 4.2).

Выбор материала экрана проводится исходя 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.

Под эффективностью экранирования будем понимать отношение действующих значений напряженности электрического поля Е₁ (магнитного поля Н₁) в данной точке при отсутствии экрана к напряженности электрического поля Е₂ (магнитного поля H₂) в той же точке при наличии экрана:

	(4.6)
Рис. 4.2. Классификация конструкций экранов электромагнитного излучения

Здесь эффективность выражается в относительных единицах (разах). На практике обычно данную величину представляют в логарифмических единицах – децибелах (дБ):

(4.7)

Однослойные конструкции экранов ЭМИ листовой формы и в виде сеток выполняются из разнообразных материалов (сталь, медь, алюминий, цинк, латунь), в том числе металлических. Металлические 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.

Использование сетчатых экранов ЭМИ обеспечивает снижение их материалоемкости. В случае когда расстояние между микропроводом сетчатого экрана соответствует λ/2, он по своим экранирующим свойствам эквивалентен сплошному металлическому листу.

Сетчатые экраны ЭМИ могут изготавливаться путем машинной вязки полотна, в процессе которой совместно с ассистирующей нитью (рис. 4.3) в вязальное оборудование поступает микропровод, диаметр (рис. 4.4) и материал (рис. 4.5) которого влияет на экранирующие свойства формируемой таким образом конструкции. Эффективность экранирования данных материалов уменьшается с ростом частоты. Подобные конструкции характеризуются высоким коэффициентом отражения и обладают значительной стоимостью, вследствие использования металлов и их сплавов, что в значительной степени ограничивает их практическое использование.

а)	б)
Рис. 4.3. Схема расположения ассистирующей нити и микропровода (а) и внешний вид сетчатого экрана ЭМИ (б)

Рис. 4.4. Частотная зависимость эффективности экранирования для сетчатых экранов ЭМИ с различным диаметром микропровода
Рис. 4.5. Частотная зависимость эффективности экранирования для сетчатых экранов ЭМИ с микропроводом из различных материалов

Пониженным значением коэффициента отражения обладают экраны ЭМИ, конструктивно выполненные в виде четвертьволнового поглотителя, в котором радиопоглощающий материал (РПМ) находится на некотором расстоянии от отражающей ЭМВ поверхности. Поглощение достигает максимального значения на частоте, соответствующей длине волны, четверть которой равна расстоянию между верхней поверхностью поглощающего материала и отражающей поверхностью, а также на всех ее высших нечетных гармониках (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема взаимодействия с ЭМИ четвертьволнового экрана

В настоящее время находят широкое применение четвертьволновые РПМ различного типа: резонансные, содержащие дипольные решетки, РПМ с плавно‑неоднородным изменением параметров с толщиной покрытия, например, диэлектрической проницаемости (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Схематичное изображение градиентного экрана ЭМИ

Конструкции четвертьволновых экранов ЭМИ широко используются в технике. Они являются высокоэффективными с точки зрения подавления ЭМВ, но в узкой полосе частот, что обусловлено конструктивными их особенностями и представляется главным их недостатком.

Одной из важнейших задач, решаемых при создании РПМ, является уменьшение массы конструкции, что достигается путем использования порошкообразных материалов, в том числе магнитных.

Размер частиц и магнитная проницаемость порошкообразных материалов применяемых в конструкциях экранов ЭМИ, определяют их рабочий диапазон частот. Недостатком таких материалов, как и четвертьволновых РПМ, является их узкодиапазонность, а при использовании магнитных порошкообразных материалов – высокая стоимость.

Использование магнитных материалов в виде порошков, в том числе специальной формы, позволяет создавать эффективные экраны ЭМИ с граничной частотой до 10 ГГц, однако массовое практическое использование сдерживается их высокой стоимостью, обусловленной сложным технологическим процессом изготовления и дорогостоящим сырьем. Такие материалы, как правило, имеют значительную толщину, что является их недостатком.

Снижение толщины рабочего слоя РПМ достигается при совместном использовании проводящих и диэлектрических материалов, что приводит, как правило, к уменьшению механической прочности таких конструкций экранов ЭМИ. Устранение данного недостатка выполняется за счет применения композиционных материалов, получаемых путем закрепления вышеуказанных компонент (А) в связующем веществе (В) (рис. 4.8). Однако данные материалы, как правило, узкополосные и обладают значительной стоимостью.

Рис. 4.8 – Схематичное изображение экрана ЭМИ, выполненного на основе композиционного материала

Для создания оптически прозрачных конструкций экранов ЭМИ используются стекла с токопроводящим покрытием. Такие экраны 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. Такие конструкции экранов используются для уменьшения уровня ЭМИ видеодисплейных терминалов (мониторов) (рис. 4.9), которое распространяется в сторону пользователя. Такие материалы могут использоваться для экранирования оконных проемов защищаемых помещений.

Рис. 4.9. Внешний вид экрана ЭМИ «Русский щит» для видеодисплейного терминала

Создание широкодиапазонных экранов ЭМИ может быть также реализовано за счет выполнения их в виде многослойной конструкции, где каждый из слоев обладает определенным, отличным друг от друга комплексом свойств. Создание таких экранов ЭМИ в первую очередь приводит к увеличению толщины и веса конструкции, что не всегда оправдывается их эффективностью.

Формирование геометрических неоднородностей на поверхности экрана ЭМИ (пирамидальной, клиновидной формы) (рис. 4.10) позволяет обеспечить широкодиапазонность характеристик отражения. Взаимодействие с ЭМВ в подобных конструкциях обусловлено не только параметрами материала, из которого она изготовлена, но и сложной формой волноведущей поверхности (рис. 4.11). В таких конструкциях падающая ЭМВ преобразуется в поверхностную волну и по мере ее переотражения от неоднородностей поверхности ее энергия уменьшается.

а)	б)
Рис. 4.10. Внешний вид фрагментов конструкций экранов ЭМИ с геометрическими неоднородностями поверхности пирамидальной (а) и клиновидной (б) формы

Рис. 4.11. Внешний вид фрагментов конструкций экранов ЭМИ со сложной формой волноведущей поверхности

Комбинированные конструкции экранов ЭМИ имеют, как правило, многослойную структуру, выполняемую с учетом принципов построения выше рассмотренных конструкций.