Защита информации от утечки через ПЭМИН осуществляется с применением пассивных и активных методов и средств.

Пассивные методы защиты информации направлены на:

• ослабление побочных электромагнитных излучений (информационных сигналов) ОТСС на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
• ослабление наводок побочных электромагнитных излучений в посторонних проводниках и соединительных линиях, выходящих за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов;
• исключение или ослабление просачивания информационных сигналов в цепи электропитания, выходящие за пределы контролируемой зоны, до величин, обеспечивающих невозможность их выделения средством разведки на фоне естественных шумов.

Активные методы защиты информации направлены на:

• создание маскирующих пространственных электромагнитных помех с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала;
• создание маскирующих электромагнитных помех в посторонних проводниках и соединительных линиях с целью уменьшения отношения сигнал/шум на границе контролируемой зоны до величин, обеспечивающих невозможность выделения средством разведки информационного сигнала.

Рассмотрим более подробно наиболее распространенные методы пассивной и активной защиты от ПЭМИН.

Экранирование технических средств

Как известно из предыдущих лекций, при функционировании технических средств обработки, приема, хранения и передачи информации (ТСПИ) создаются побочные токи и поля, которые могут быть использованы злоумышленником для съема информации. Подводя итог, можно сделать вывод, что между двумя токопроводящими элементами могут возникнуть следующие виды связи:

• через электрическое поле;
• через магнитное поле;
• через электромагнитное поле;
• через соединительные провода.

Основной характеристикой поля является его напряженность. Для электрического и магнитного полей в свободном пространстве она обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника сигнала. Напряженность электромагнитного поля обратно пропорциональна первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной или волновой линии с расстоянием падает медленно. Следовательно, на малом расстоянии от источника сигнала имеют место все четыре вида связи. По мере увеличения расстояния сначала исчезают электрическое и магнитное поля, затем - электромагнитное поле и на очень большом расстоянии влияет только связь по проводам и волноводам.

Одним из наиболее эффективных пассивных методов защиты от ПЭМИ является экранирование . Экранирование - локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

Различают три вида экранирования :

• электростатическое;
• магнитостатическое;
• электромагнитное.

Электростатическое экранирование заключается в замыкании электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводе электрических зарядов на землю (на корпус прибора) с помощью контура заземления. Последний должен иметь сопротивление не больше 4 Ом. Применение металлических экранов весьма эффективно и позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При правильном использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника сигнала в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана.

Эффективность применения экрана во многом зависит от качества соединения корпуса ТСПИ с экраном. Здесь особое значение имеет отсутствие соединительных проводов между частями экрана и корпусом ТСПИ.

Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом :

• конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
• в области низких частот (при глубине проникновения (δ) больше толщины (d), т.е. при δ > d) эффективность электростатического экранирования практически определяется качеством электрического контакта металлического экрана с корпусом устройства и мало зависит от материала экрана и его толщины;
• в области высоких частот (при d < δ) эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.

При экранировании магнитных полей различают низкочастотные магнитные поля и высокочастотные. используется для наводок низкой частоты в диапазоне от 0 до 3…10 кГц. Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счет направленности силовых линий вдоль стенок экрана.

Рассмотрим более подробно принцип магнитостатического экранирования .

Вокруг элемента (пусть это будет виток) с постоянным током существует магнитное поле напряженностью H 0 , которое необходимо экранировать. Для этого окружим виток замкнутым экраном, магнитная проницаемость µ которого больше единицы. Экран намагнитится, в результате чего создастся вторичное поле, которое ослабит первичное поле вне экрана. То есть силовые линии поля витка, встречая экран, обладающий меньшим магнитным сопротивлением, чем воздух, стремятся пройти по стенкам экрана и в меньшем количестве доходят до пространства вне экрана. Такой экран одинаково пригоден для защиты от воздействия магнитного поля и для защиты внешнего пространства от влияния магнитного поля созданного источником внутри экрана (Рисунок 16.1) .

Рис. 16.1.

Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим :

• магнитная проницаемость µ материала экрана должна быть возможно более высокой. Для изготовления экранов желательно применять магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллой);
• увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования , однако при этом следует принимать во внимание возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам экрана;
• стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно линиям магнитной индукции магнитного поля. Их число должно быть минимальным;
• заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатического экранирования .

Эффективность магнитостатического экранирования повышается при применении многослойных экранов.

Электромагнитное экранирование применяется на высоких частотах. Действие такого экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданными вихревыми токами обратного напряжения. Этот способ экранирования может ослаблять как магнитные, так и электрические поля, поэтому называется электромагнитным.

Упрощенная физическая сущность электромагнитного экранирования сводится к тому, что под действием источника электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной к источнику, возникают заряды, а в его стенках – токи, поля которых во внешнем пространстве противоположны полям источника и примерно равны ему по интенсивности. Два поля компенсируют друг друга.

С точки зрения волновых представлений эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания энергии волн в его металлической толще. Отражение электромагнитной энергии обусловлено несоответствием волновых характеристик диэлектрика, в котором расположен экран и материала экрана. Чем больше это несоответствие, чем больше отличаются волновые сопротивления экрана и диэлектрика, тем интенсивнее частичный эффект экранирования определяемый отражением электромагнитных волн .

Выбор материала для экрана зависит от многих условий. Металлические материалы выбирают по следующим критериям и условиям:

• необходимость достижения определенной величины ослабления электромагнитного поля при наличии ограничения размеров экрана и его влияния на объект защиты;
• устойчивость и прочность металла как материала.

Среди наиболее распространенных металлов для изготовления экранов можно назвать сталь, медь, алюминий, латунь. Популярность этих материалов в первую очередь обусловлена достаточно высокой эффективностью экранирования . Сталь популярна также вследствие возможности использования сварки при монтаже экрана.

К недостаткам листовых металлических экранов можно отнести высокую стоимость, большой вес, крупные габариты и сложность монтажа. Этих недостатков лишены металлические сетки . Они легче, проще в изготовлении и размещении, дешевле. Основными параметрами сетки является ее шаг, равный расстоянию между соседними центрами проволоки, радиус проволоки и удельная проводимость материала сетки. К недостаткам металлических сеток относят, прежде всего, высокий износ по сравнению с листовыми экранами.

Для экранирования также применяются фольговые материалы . К ним относятся электрически тонкие материалы толщиной 0,01…0,05 мм. Фольговые материалы в основном производятся из диамагнитных материалов – алюминий, латунь, цинк.

Перспективным направлением в области экранирования является применение токопроводящих красок , так как они дешевые, не требуют работ по монтажу, просты в применении. Токопроводящие краски создаются на основе диэлектрического пленкообразующего материала с добавлением в него проводящих составляющих, пластификатора и отвердителя. В качестве токопроводящих пигментов используют коллоидное серебро, графит, сажу, оксиды металлов, порошковую медь, алюминий.

Токопроводящие краски лишены недостатков листовых экранов и механических решеток, так как достаточно устойчивы в условиях резких климатических изменений и просты в эксплуатации.

Следует отметить, что экранироваться могут не только отдельные ТСПИ, но и помещения в целом. В неэкранированных помещениях функции экрана частично выполняют железобетонные составляющие в стенах. В окнах и дверях их нет, поэтому они более уязвимы.

При экранировании помещений используются: листовая сталь толщиной до 2 мм, стальная (медная, латунная) сетка с ячейкой до 2,5 мм. В защищенных помещениях экранируются двери и окна. Окна экранируются сеткой, металлизированными шторами, металлизацией стекол и оклеиванием их токопроводящими пленками. Двери выполняются из стали или покрываются токопроводящими материалами (стальной лист, металлическая сетка). Особое внимание обращается на наличие электрического контакта токопроводящих слоев двери и стен по всему периметру дверного проема. При экранировании полей недопустимо наличие зазоров, щелей в экране. Размер ячейки сетки должен быть не более 0,1 длины волны излучения.

В защищенной ПЭВМ, например, экранируются блоки управления электронно-лучевой трубкой, корпус выполняется из стали или металлизируется изнутри, экран монитора покрывается токопроводящей заземленной пленкой и (или) защищается металлической сеткой.

Следует отметить, что помимо функции защиты от утечки информации через ПЭМИН, экранирование может снизить вредное воздействие электромагнитного излучения на людей и уровень шумов при работе ТСПИ.

Техника заземления в системах промышленной автоматизации сильно различается для гальванически связанных и гальванически развязанных цепей. Большинство методов, описанных в литературе, относится к гальванически связанным цепям, доля которых в последнее время существенно уменьшилась в связи с резким падением цен на изолирующие DC-DC преобразователи.

3.5.1. Гальванически связанные цепи

Примером гальванически связанной цепи является соединение источника и приемника стандартного сигнала 0…5 В (рис. 3.95 , рис. 3.96). Чтобы пояснить, как правильно выполнить заземление, рассмотрим вариант неправильного (рис. 3.95) и правильного (рис. 3.96 , монтажа. На рис. 3.95 допущены следующие ошибки:

Перечисленные ошибки приводят к тому, что напряжение на входе приемника равно сумме напряжения сигала и напряжения помехи . Для устранения этого недостатка в качестве проводника заземления можно использовать медную шину большого сечения, однако лучше выполнить заземление так, как показано на рис. 3.96 , а именно:

Общим правилом ослабления связи через общий провод заземления является деление земель на аналоговую, цифровую, силовую и защитную с последующим их соединением только в одной точке. При разделении заземлений гальванически связанных цепей используется общий принцип: цепи заземления с большим уровнем помех должны выполняться отдельно от цепей с малым уровнем помех, а соединяться они должны только в одной общей точке. Точек заземления может быть несколько, если топология такой цепи не приводит к появлению участков "грязной" земли в контуре, включающем источник и приемник сигнала, а также если в цепи заземления не образуются замкнутые контуры, по которым циркулирует ток, наведенный электромагнитной помехой.

Недостатком метода разделения проводников заземления является низкая эффективность на высоких частотах, когда большую роль играет взаимная индуктивность между рядом идущими проводниками заземления, которая только заменяет гальванические связи на индуктивные, не решая проблемы в целом.

Большая длина проводников приводит также к увеличению сопротивления заземления, что важно на высоких частотах. Поэтому заземление в одной точке используется на частотах до 1 МГц, свыше 10 МГц заземлять лучше в нескольких точках, в промежуточном диапазоне от 1 до 10 МГц следует использовать одноточечную схему, если наиболее длинный проводник в цепи заземления меньше 1/20 от длины волны помехи. В противном случае используется многоточечная схема [Барнс ].

Заземление в одной точке часто используется в военных и космических устройствах [Барнс ].

3.5.2. Экранирование сигнальных кабелей

Рассмотрим заземление экранов при передаче сигнала по витой экранированной паре, поскольку этот случай наиболее типичен для систем промышленной автоматизации.

Если частота помехи не превышает 1 МГц, то кабель нужно заземлять с одной стороны. Если его заземлить с двух сторон (рис. 3.97), то образуется замкнутый контур, который будет работать как антенна, принимая электромагнитную помеху (на рис. 3.97 путь тока помехи показан штриховой линией). Ток, протекающий по экрану, является источником индуктивных наводок на соседних проводах и проводах, находящихся внутри экрана. Хотя магнитное поле тока оплетки внутри экрана теоретически равно нулю, но вследствие технологического разброса при изготовлении кабеля, а также ненулевого сопротивления оплетки наводка на провода внутри экрана может быть значительной. Поэтому экран нужно заземлять только с одной стороны, причем со стороны источника сигнала.

Оплетку кабеля надо заземлять со стороны источника сигнала. Если заземление сделать со стороны приемника (рис. 3.98), то ток помехи будет протекать по пути, показанному на рис. 3.98 штриховой линией, т.е. через емкость между жилами кабеля, создавая на ней и, следовательно, между дифференциальными входами, напряжение помехи. Поэтому заземлять оплетку надо со стороны источника сигнала (рис. 3.99). В этом случае путь для прохождения тока помехи отсутствует.

Если источник сигнала не заземлен (например, термопара), то заземлять экран можно с любой стороны, т.к. в этом случае замкнутый контур для тока помехи не образуется.

На частотах более 1 МГц увеличивается индуктивное сопротивление экрана и токи емкостной наводки создают на нем большое падение напряжения, которое может передаваться на внутренние жилы через емкость между оплеткой и жилами. Кроме того, при длине кабеля, сравнимом с длиной волны помехи (длина волны помехи при частоте 1 МГц равна 300 м, на частоте 10 МГц - 30 м) возрастает сопротивление оплетки (см. раздел Модель «земли»), что резко повышает напряжение помехи на оплетке. Поэтому на высоких частотах оплетку кабеля надо заземлять не только с обеих сторон, но и в нескольких точках между ними (рис. 3.100). Эти точки выбирают на расстоянии 1/10 длины волны помехи одна от другой. При этом по оплетке кабеля будет протекать часть тока , передающего помеху в центральную жилу через взаимную индуктивность. Емкостной ток также будет протекать по пути, показанному на рис. 3.98 , однако высокочастотная компонента помехи будет ослаблена. Выбор количества точек заземления кабеля зависит от разницы напряжений помехи на концах экрана, частоты помехи, требований к защите от ударов молнии или от величины токов, протекающих через экран в случае его заземления.

В качестве промежуточного варианта можно использовать второе заземление экрана через емкость (рис. 3.99). При этом по высокой частоте экран получается заземленным с двух сторон, по низкой частоте - с одной. Это имеет смысл в том случае, когда частота помехи превышает 1 МГц, а длина кабеля в 10…20 раз меньше длины волны помехи, т.е. когда еще не нужно выполнять заземление в нескольких промежуточных точках. Величину емкости можно рассчитать по формуле , где - верхняя частота границы спектра помехи, - емкостное сопротивление заземляющего конденсатора (доли Ома). Например, на частоте 1 МГц конденсатор емкостью 0,1 мкФ имеет сопротивление 1,6 Ом. Конденсатор должен быть высокочастотным, с малой собственной индуктивностью.

Для качественного экранирования в широком спектре частот используют двойной экран (рис. 3.101) [Zipse ]. Внутренний экран заземляют с одной стороны, со стороны источника сигнала, чтобы исключить прохождение емкостной помехи по механизму, показанному на рис. 3.98 , а внешний экран уменьшает высокочастотный наводки.

Во всех случаях экран должен быть изолирован, чтобы предотвратить случайные его контакты с металлическими предметами и землей.

Напомним, что частота помехи - это частота, которую могут воспринимать чувствительные входы средств автоматизации. В частности, если на входе аналогового модуля имеется фильтр, то максимальная частота помехи, которую надо учитывать при экранировании и заземлении, определяется верхней граничной частотой полосы пропускания фильтра.

Поскольку даже при правильном заземлении, но длинном кабеле помеха все равно проходит через экран, то для передачи сигнала на большое расстояние или при повышенных требованиях к точности измерений сигнал лучше передавать в цифровой форме или через оптический кабель. Для этого можно использовать, например, модули аналогового ввода RealLab! серии с цифровым интерфейсом RS-485 или оптоволоконные преобразователи интерфейса RS-485, например типа SN-OFC-ST-62.5/125 фирмы RealLab! .

Нами было проведено экспериментальное сравнение различных способов подключения источника сигнала (терморезистора сопротивлением 20 КОм) через экранированную витую пару (0,5 витка на сантиметр) длиной 3,5м. Был использован инструментальный усилитель RL-4DA200 с системой сбора данных RL-40AI фирмы RealLab!. Коэффициент усиления канала усиления был равен 390, полоса пропускания 1 КГц. Вид помехи для схемы рис. 3.102 -а представлен на рис. 3.103 .

3.5.4. Экраны кабелей на электрических подстанциях

На электрических подстанциях на оплетке (экране) сигнального кабеля автоматики, проложенного под высоковольтными проводами на уровне земли и заземленного с одной стороны, может наводиться напряжение величиной в сотни Вольт во время коммутации тока выключателем. Поэтому с целью электробезопасности оплетку кабеля заземляют с двух сторон.

Для защиты от электромагнитных полей с частотой 50 Гц экран кабеля также заземляют с обеих сторон. Это оправдано в случаях, когда известно, что электромагнитная наводка с частотой 50 Гц больше, чем наводка, вызванная протеканием выравнивающего тока через оплетку.

3.5.5. Экраны кабелей для защиты от молнии

Для защиты от магнитного поля молнии сигнальные кабели систем автоматизации, проходящие по открытой местности, должны быть проложены в металлических трубах из ферромагнитного материала, например, стали. Трубы играют роль магнитного экрана [Vijayaraghavan ]. Нержавеющую сталь использовать нельзя, поскольку этот материал не является ферромагнитным. Трубы прокладывают под землей, а при наземном расположении они должны быть заземлены примерно через каждые 3 метра [Zipse ]. Кабель должен быть экранирован и экран заземлен. Заземление экрана должно быть произведено очень качественно с минимальным сопротивлением на землю.

Внутри здания магнитное поле ослабляется в железобетонных зданиях и не ослабляется в кирпичных.

Радикальным решением проблем защиты от молнии является применение оптоволоконного кабеля, который стоит уже достаточно дешево и легко подключается к интерфейсу RS-485, например, через преобразователи типа SN-OFC-ST-62.5/125 .

3.5.6. Заземление при дифференциальных измерениях

Если источник сигнала не имеет сопротивления на землю, то при дифференциальном измерении образуется "плавающий вход" (рис. 3.105). На плавающем входе может наводиться статический заряд от атмосферного электричества (см. также раздел "Виды заземлений") или входного тока утечки операционного усилителя. Для отведения заряда и тока на землю потенциальные входы модулей аналогового ввода обычно содержат внутри себя резисторы сопротивлением от 1 МОм до 20 МОм, соединяющие аналоговые входы с землей. Однако при большом уровне помех или большом сопротивлении источника сигнала сопротивление 20 МОм может оказаться недостаточным и тогда необходимо дополнительно использовать внешние резисторы сопротивлением от десятков кОм до 1 МОм или конденсаторы с таким же сопротивлением на частоте помехи (рис. 3.105).

3.5.7. Интеллектуальные датчики

В последнее время получили быстрое распространение и развитие так называемые интеллектуальные датчики, содержащие микроконтроллер для линеаризации характеристики преобразования датчика (см., например, "Датчики температуры, давления, влажности"). Интеллектуальные датчики выдают сигнал в цифровой или аналоговой форме [Caruso ]. Вследствие того, что цифровая часть датчика совмещена с аналоговой, при неправильном заземлении выходной сигнал имеет повышенный уровень шума.

Некоторые датчики, например, фирмы Honeywell, имеют ЦАП с токовым выходом и поэтому требуют подключения внешнего сопротивления нагрузки (порядка 20 кОм [Caruso ]), поэтому полезный сигнал в них получается в форме напряжения, падающего на нагрузочном резисторе при протекании выходного тока датчика.

шкафы соединены между собой, что создает замкнутый контур в цепи заземления, см. рис. 3.69 , раздел "Защитное заземление зданий" , "Заземляющие проводники" , "Электромагнитные помехи" ;

проводники аналоговой и цифровой земли в левом шкафу на большом участке идут параллельно, поэтому на аналоговой земле могут появиться индуктивные и емкостные наводки от цифровой земли;

блок питания (точнее, его отрицательный вывод) соединен с корпусом шкафа в ближайшей точке, а не на клемме заземления, поэтому по корпусу шкафа течет ток помехи, проникающий через трансформатор блока питания (см. рис. 3.62 , );

используется один блок питания на два шкафа, что увеличивает длину и индуктивность проводника заземления;

в правом шкафу выводы земли подсоединены не к клемме заземления, а непосредственно к корпусу шкафа. При этом корпус шкафа становится источником индуктивной наводки на все провода, проходящие вдоль его стен;

в правом шкафу, в среднем ряду, аналоговая и цифровая земли соединены прямо на выходе блоков, что неправильно, см. рис. 3.95 , рис. 3.104 .

Перечисленные недостатки устранены на рис. 3.108 . Дополнительным улучшением разводки в этом примере было бы применение отдельного проводника заземления для наиболее чувствительных аналоговых модулей ввода.

В пределах шкафа (стойки) желательно группировать аналоговые модули отдельно, цифровые - отдельно, чтобы при прокладке проводов в кабельном канале уменьшить длину участков параллельного прохождения цепей цифровой и аналоговой земли.

3.5.9. Распределенные системы управления

В системах управления, распределенных по некоторой территории с характерными размерами в десятки и сотни метров, нельзя использовать модули ввода без гальванической развязки. Только гальваническая развязка позволяет соединять цепи, заземленные в точках с разными потенциалами.

Кабели, проходящие по открытой местности, должны быть защищены от магнитных импульсов во время грозы (см. раздел "Молния и атмосферное электричество" , "Экраны кабелей для защиты от молнии") и магнитных полей при коммутации мощных нагрузок (см. раздел "Экраны кабелей на электрических подстанциях"). Особое внимание надо уделить заземлению экрана кабеля (см. раздел "Экранирование сигнальных кабелей"). Радикальным решением для территориально распределенной системы управления является передача информации по оптическому волокну или радиоканалу.

Неплохие результаты можно получить, отказавшись от передачи информации по аналоговым стандартам в пользу цифровых. Для этого можно использовать модули распределенной системы управления RealLab! серии NL фирмы Reallab! . Суть этого подхода заключается в том, что модуль ввода располагают возле датчика, уменьшая тем самым длину проводов с аналоговыми сигналами, а в ПЛК передается сигнал по цифровому каналу. Разновидностью этого подхода является применение датчиков со встроенными в них АЦП и цифровым интерфейсом (например, датчиков серии NL-1S).

3.5.10. Чувствительные измерительные цепи

Для измерительных цепей с высокой чувствительностью в плохой электромагнитной обстановке лучшие результаты дает применение "плавающей" земли (см. раздел "Виды заземлений") совместно с батарейным питанием [Floating ] и передачей информации по оптоволокну.

3.5.11. Исполнительное оборудование и приводы

Цепи питания двигателей с импульсным управлением, двигателей сервоприводов, исполнительных устройств с ШИМ-управлением должны быть выполнены витой парой для уменьшения магнитного поля, а также экранированы для снижения электрической компоненты излучаемой помехи. Экран кабеля должен быть заземлен с одной стороны. Цепи подключения датчиков таких систем должны быть помещены в отдельный экран и по возможности пространственно отдалены от исполнительных устройств.

Заземление в промышленных сетях

Промышленная сеть на основе интерфейса RS-485 выполняется экранированной витой парой с обязательным применением модулей гальванической развязки рис. 3.110). Для небольших расстояний (порядка 10 м) при отсутствии поблизости источников помех экран можно не использовать. При больших расстояниях (стандарт допускает длину кабеля до 1,2 км) разница потенциалов земли в удаленных друг от друга точках может достигать несколько единиц и даже десятков вольт (см. раздел "Экранирование сигнальных кабелей"). Поэтому, чтобы предотвратить протекание по экрану тока, выравнивающего эти потенциалы, экран кабеля нужно заземлять только в одной точке (безразлично, в какой). Это также предотвратит появление замкнутого контура большой площади в цепи заземления, в котором за счет электромагнитной индукции может наводится ток большой величины при ударах молнии или коммутации мощных нагрузок. Этот ток через взаимную индуктивность наводит на центральной паре проводов э. д. с., которая может вывести из строя микросхемы драйверов порта.

При использовании неэкранированного кабеля на нем может наводиться большой статический заряд (несколько киловольт) за счет атмосферного электричества, который может вывести из строя элементы гальванической развязки. Для предотвращения этого эффекта изолированную часть устройства гальванической развязки следует заземлить через сопротивление, например, 0,1...1 МОм (на рис. 3.110 показано штриховой линией).

Особенно сильно проявляются описанные выше эффекты в сетях Ethernet с коаксиальным кабелем, когда при заземлении в нескольких точках (или отсутствии заземления) во время грозы выходят из строя сразу несколько сетевых Ethernet-плат.

В сетях Ethernet с малой пропускной способностью (10 Mбит/с) заземление экрана следует выполнять только в одной точке. В Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1 Гбит/с) заземление экрана следует выполнять в нескольких точках, пользуясь рекомендациями раздел "Экранирование сигнальных кабелей"

При прокладке кабеля на открытой местности нужно использовать все правила, описанные в разделе "Экранирование сигнальных кабелей"

3.5.12. Заземление на взрывоопасных объектах

На взрывоопасных промышленных объектах (см. раздел "Автоматизация опасных объектов") при монтаже цепей заземления многожильным проводом не допускается применение пайки для спаивания жил между собой, поскольку вследствие хладотекучести припоя возможно ослабление мест контактного давления в винтовых зажимах.

Экран кабеля интерфейса RS-485 заземляется в одной точке, вне взрывоопасной зоны. В пределах взрывоопасной зоны он должен быть защищен от случайного соприкосновения с заземленными проводниками. Искробезопасные цепи не должны заземляться, если этого не требуют условия работы электрооборудования (ГОСТ Р 51330.10, раздел "Экранирование сигнальных кабелей").

3.6. Гальваническая развязка

Гальваническая развязка (изоляция) цепей является радикальным решением большинства проблем, связанных с заземлением, и ее применение фактически стало стандартом в системах промышленной автоматизации.

Для осуществления гальванической развязки необходимо выполнить подачу энергии в изолированную часть цепи и обмен с ней сигналами. Подача энергии выполняется с помощью развязывающего трансформатора (в DC-DC или AC-DC преобразователях) или с помощью автономных источником питания: гальванических батарей и аккумуляторов. Передача сигнала осуществляется через оптроны и трансформаторы, элементы с магнитной связью, конденсаторы или оптоволокно.

Основная идея гальванической развязки заключается в том, что в электрической цепи полностью устраняется путь, по которому возможна передача кондуктивной помехи.

Гальваническая изоляция позволяет решить следующие проблемы:

уменьшает практически до нуля напряжение синфазной помехи на входе дифференциального приемника аналогового сигнала (например, на рис. 3.73 синфазное напряжение на термопаре относительно Земли не влияет на дифференциальный сигнал на входе модуля ввода);

защищает входные и выходные цепи модулей ввода и вывода от пробоя большим синфазным напряжением (например, на рис. 3.73 синфазное напряжение на термопаре относительно Земли может быть как угодно большим, если оно не превышает напряжение пробоя изоляции).

Для применения гальванической развязки система автоматизации делится на автономные изолированные подсистемы, обмен информацией между которыми выполняется с помощью элементов гальванической развязки. Каждая подсистема имеет свою локальную землю и локальный источник питания. Подсистемы заземляют только для обеспечения электробезопасности и локальной защиты от помех.

Основным недостатком цепей с гальванической развязкой является повышенный уровень помех от DC- DC преобразователя, который, однако, для низкочастотных схем можно сделать достаточно малым с помощью цифровой и аналоговой фильтрации. На высоких частотах емкость подсистемы на землю, а также проходная емкость элементов гальванической изоляции являются фактором, ограничивающим достоинства гальванически изолированных систем. Емкость на землю можно уменьшить, применяя оптический кабель и уменьшая геометрические размеры изолированной системы.

При использовании гальванически развязанных цепей понятие "напряжение изоляции " часто трактуется неправильно. В частности, если напряжение изоляции модуля ввода составляет 3 кВ, это не означает, что его входы могут находиться под таким высоким напряжением в рабочих условиях. В зарубежной литературе для описания характеристик изоляции используют три стандарта: UL1577, VDE0884 и IEC61010-01, но в описаниях устройств гальванической развязки не всегда даются на них ссылки. Поэтому понятие "напряжение изоляции" трактуется в отечественных описаниях зарубежных приборов неоднозначно. Главное различие состоит в том, что в одних случаях речь идет о напряжении, которое может быть приложено к изоляции неограниченно долго (рабочее напряжение изоляции) , в других случаях речь идет об испытательном напряжении (напряжение изоляции ), которое прикладывается к образцу в течение от 1 мин. до нескольких микросекунд. Испытательное напряжение может в 10 раз превышать рабочее и предназначено для ускоренных испытаний в процессе производства, поскольку напряжение, при котором наступает пробой, зависит от длительности тестового импульса.

табл. 3.26 показывает связь между рабочим и испытательным (тестовым) напряжением по стандарту IEC61010-01. Как видно из таблицы, такие понятия, как рабочее напряжение, постоянное, среднеквадратическое или пиковое значение тестового напряжения могут отличаться очень сильно.

Электрическая прочность изоляции отечественных средств автоматизации испытывается по ГОСТ 51350 или ГОСТ Р МЭК 60950-2002 синусоидальным напряжением с частотой 50 Гц в течение 60 сек при напряжении, указываемом в руководстве по эксплуатации как "напряжение изоляции". Например, при испытательном напряжении изоляции 2300 В рабочее напряжение изоляции составляет всего 300 В (табл. 3.26 Действующее значение, 50/60 Гц,

1 мин.

Электрический монтаж и элементы монтажных соединений.

Конструкции электрического монтажа (КЭМ)

КЭМ определяются:

элементной базой

диапазоном частот

структурным уровнем сборки

условиями эксплуатации

В РЭА используются два способа электромонтажа:

объемный (жгуты, кабели, провода)

печатный (плоский)

Основные конструктивные элементы электромонтажа:

элементы экранирования и заземления

провода, кабели и монтажные материалы

элементы крепления проводов, жгутов, кабелей

соединительные элементы электрического монтажа

ОПП, ДПП, МПП

монтажные соединения приборов, узлов и блоков РЭП

На КЭМ наибольшее влияние оказывает частотный диапазон работы устройства.

На блоках, работающих на низкой частоте (до 20кГц), вредные связи возникают при появлении отдельных механических колебаний, особенно на резонансных частотах. Такие колебания могут быть вызваны нарушением жесткости крепления элементов магнитных цепей, некоторых деталей несущих конструкций.

Вредные связи резко снижаются, когда наиболее чувствительные к механическим колебаниям первые каскады усилителей, кристаллические резонаторы или электромеханические фильтры устанавливают на эластичные основания (амортизаторы).

Во избежании возникновения неуправляемой обратной связи вход сигнала необходимо располагать как можно дальше от выхода или тщательно экранировать их друг от друга.

Низкочастотное устройство необходимо надежно предохранять от влияния магнитных полей переменного тока. Для этого при монтаже блоков широко применяют провода связанные в жгуты.

Закрепление монтажного провода производится так, чтобы между проводниками и металлическими стенками несущих конструкций не возникали индуктивные связи.

В блоках, работающих на средних частотах (от 20 кГц до 1 МГц), особенно ощутима связь между входными и выходными электродами транзисторов. В этом случае управляющие цепи каждого каскада выполняют короткими, а сами каскады располагают последовательно. Элементы схемы каждого каскада размещены вблизи «своего» транзистора.

Элементы, создающие магнитные поля, экранируют.

Компоновка и электромонтаж блоков высокой частоты (от 1 МГц до 100МГц) является более сложной задачей и особенно в усилительной аппаратуре с большим коэффициентом усиления.

В этом диапазоне весьма ощутимо влияние емкости электромонтажа и электромагнитного поля.

Для достижения минимальных излучений внутри блоков каскады схемы выполняют в виде отдельных узлов, тщательно экранируя их друг от друга и от внешних возбудителей.

Колебательные контуры выполняют на тореэдальном сердечнике. Общую экранировку выполняют двухслойными экранами из пермалоя и меди.

Во избежании взаимных связей между проводниками, их разделяют достаточно широкими промежутками и экранируют от магнитных полей.

Если снизить потери короткими проводниками не удается, то связи выполняют коаксиальным кабелем.

Чем выше частота, тем сильнее сказывается влияние линий связи, и тем качественнее должно производиться экранирование и заземление.

Блоки СВЧ (от 100 до 3000МГц) по КЭМ резко отличаются от РЭА более низких частот.

Уже при частоте 400-600 МГц потери на столько возрастают, что вместо проводников используют коаксиальные кабели, а при частоте более 1500 МГц - волноводы.

Основные виды помех и способы их устранения.

Существует 3 вида помех.

магнитные

электрические

кондуктивные

Причины возникновения магнитных помех является протекание переменного тока в проводниках и катушках индуктивности.

Электрические помехи возникают при прохождении тока частотой выше 10 МГц.

Кондуктивные помехи возникают в результате общих цепей питания или нагрузки основного (полезного) и наводимого (вредного) сигнала.

Основными способами, применяемыми для борьбы с помехами, являются: экранирование и заземление.

4.2.1 Экранирование

Экраны применяются для того, чтобы локализовать действие источника помех или приемника помех.

Экран представляет собой металлическую перегородку, разделяющую две области пространства и предназначенную для регулирования распространения электрических и магнитных полей от одной из этих областей к другой.

Главное назначение экрана – ослабление напряженности электрического и (или) магнитного поля.

В зависимости от назначения различают экраны с внутренними источниками помех и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещают чувствительные к помехаи узлы.

Классификация экранов

По типу поля помехи

Магнитно-статические ()

Электростатические (
)

Электромагнитные (
)

По конструктивной форме

прямоугольные

цилиндрические

сферические

По материалу и конструкции стенок экрана

магнитный материал (
)

немагнитный материал (
)

фольгированный материал (d=0,01…0,05 мм)

многослойные

сеточные

радиопоглощающий материал

Определение типов поля помехи.

Область пространства вокруг условного излучателя делится на ближнюю и дальнюю зону.

Если расстояние до излучателя
(- длина волны), то будет ближняя зона и помеха может быть магнитная или электрическая.

Если излучатель представлен в виде электрического диполя – помеха электрическая.

Если излучатель – рамка с током – помеха магнитостатическая.

Если
- волна электромагнитная, где магнитная и электрическая составляющие равны.

Эффективность экранирования – это уменьшение напряженности магнитного и электрического поля.

К э =20lg(Е 0 /Е 1) – коэффициент эффективности экранирования электрической волны.

К э =20lg(Н 0 /Н 1) – коэффициент эффективности экранирования магнитной волны.

Для электромагнитной волны эффективность экранирования складывается из двух видов потерь К отр и К погл.

К э =К отр +К погл.

К погл определяется одинаково для всех видов полей.

К отр зависит от вида поля и вычисляется по разному (формулы в справочнике).

4.2.2 Электромагнитное экранирование

Переменное высокочастотное электромагнитное поле при прохождении ч/з металлический лист, либо перпендикулярно, либо под некоторым углом его пл-ти наводит в этом листе вихревые токи, после которых ослабляется внешнее поле, в этом случае лист – электромагнитный экран.

Примером таких экранов могут служить корпуса РЭУ (стенки, крышки). Расчет электромагнитных экранов различен для различного диапазона частот внешних полей.

Расчет электромагнитных экранов:

Исходными данными для расчета электромагнитной помехоустойчивости является:

1.Конструкционные параметры изделия, спектр частот f i , соответственная напряженность электр. поля E(f i) или магнитная индукция B(f i).

2.Или их допустимые значения.

Следует отметить, что наибольшее влияние на работоспособность аппаратуры оказывает магнитная составляющая электромагнитного поля.

Если магнитное поле с f i , будет пересекать пл-дь S, то получим:
.

В случае анализа помехоустойчивости печатных узлов, наиболее чувствительными эл-ми явл. микросхемы, тогда S-наибольшая пл-дь замкнутого контура:
- коэффициент экрана.

Последовательность расчета экрана:

1.Определяем тип поля помехи.

2.Выбираем конструктивную форму экрана, которая может быть выполнена в виде прямоугольной, цилиндрической и сферической. Форма экрана оказывает влияние на хар-ое сопротивление среды экрана.

Формы экранов:

R Э =r э

- резонансная частота.

3. Выбор материала и конструкций стенок экрана.

Наибольшее влияние на эффективность экранирования влияет материал. Количественно, величину характеризующую экранированное действие материала рассчитывают следующим образом:

- глубина проникновения (показывает, на какой глубине магнитное поле ослабнет в е-раз;

f-частота поля;

 - магнитная проницаемость;

 - удельная проводимость материала экрана.

Если экран работает в магнитном поле ближней зоны, то эффективность магнитных материалов значительно выше немагнитных, так как >>1.

В электромагнитном поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие большей проводимостью, по сравнению с магнитными обеспечивают более высокую эффективность экранирования.

Достоинство сеточных экранов:

Просты в изготовлении, удобны в сборке и эксплуатации, не препятствуют свободным конвективным потокам воздействия, светопрониц., позволяют получить высокую эффективность экранирования во всем диап. частот.

Недостаток: невысокая механическая прочность.

Экранирующие свойства сеток проявляются в рез-те отражения электромагнитной волны от ее пов-ти.

Основные параметры сетки: Шаг сетки S с, радиус проволоки r с, удельная проводимость материала .

4. Рассчитываем эффективность экранирования выбранного экрана, а при необходимости его величину.

Шунтирование – отвод лишней энергии.

 ф – длина фронта;

Электромагнитное экранирование заключается в шунтировании большей части или всей нарезной емкости на корпус. На Рис.1,2,3 изображены возможные случаи расположения источника помех А и приемника помех В.

Рис.1 – корпус удален от приемника помех на значительное расстояние и емкостью C AB можно пренебречь.

С целью улучшения экранирования, на обеих сторонах ПП, сигн. и заземл. экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линией, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземляющая линия с др. стороны платы, при этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной 3-мя заземленными линиями. В рез-те чего достигается эффективная экранировка от внешних помех.

Рис. Уплотнение разборных (прижимных соединений) с помощью прокладок.

Вероятно, не существует другой такой отрасли, которая так высоко ценила бы надежную работу кабелей, как теле- и радио- вещание. Ведь любые ошибки, возникающие в сигнале, немедленно исказят передаваемую информацию. Индустрия теле- и радио- вещания сталкивается с проблемой помех начиная со студий и заканчивая передающими устройствами. Поэтому не удивительно, что с момента начала вещания первой радиостанции инженеры находятся в постоянном поиске лучшего способа экранирования, способного обеспечить целостность сигнала, отсутствие потерь качества передаваемой информации.

Термин «электромагнитные помехи» начал использоваться с начала 1960-х для обозначения помех, влияющих на весь электромагнитный спектр. До того времени проблемы с помехами возникали в основном при передаче радиосигналов, а, следовательно, назывались радиочастотными помехами. Сегодня все помехи в неионизирующей части электромагнитного спектра относятся к электромагнитным. По этой причине такие различные проблемы, как помехи от контуров заземления, общих путей сопротивления, прямого влияния магнитных/электрический полей, статических зарядов, излучение источников питания или силовых линий - все это попадает под широкий термин электромагнитных помех.

Однако существует другой тип шумов, связанный с движением компонентов кабеля - это трибоэлектрические шумы. Их причиной служат статический или пьезоэлектрический эффекты. С такими шумами сталкиваются при использовании проводов, часто подверженных сгибанию или ударам (гитарные, микрофонные кабели). К счастью, со многими шумами можно побороться при помощи хорошей экранировки. Давайте детально рассмотрим принципы работы экранирования и его различные типы, встречающиеся на рынке.

Экран кабеля располагается между сердечником и внешней оболочкой. В случае, если кабель многожильный, экран может обвивать все жилы одновременно или, в случае, если необходимо избежать влияния сигналов одной жилы на другую, каждую жилу отдельно. Существует множество различных вариантов экранировки, каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать для выбора наиболее подходящего и экономичного варианта. На рынке имеются следующие варианты экранов:

Оплетка . Оплетка сохраняет хорошую гибкость кабеля и имеет большой срок службы. Она отлично препятствует влиянию низкочастотных помех и имеет меньшее сопротивление, чем фольга, для постоянного тока. Данный тип экрана подходит для аудио кабелей и кабелей, передающих информацию в радиочастотном диапазоне. Чем больше процент перекрытия, тем эффективнее экранировка.

Пленка . Пленочные экраны состоят из алюминиевой фольги, покрытой слоем полипропилена или полиэфира. Они полностью покрывают проводник, дешевле, легче и тоньше. Благодаря малой толщине фольгу удобно использовать для экранирования отдельных компонентов кабеля. При помощи клея ее легко соединить с внешней оболочкой или слоем диэлектрика. Пленочный экран лучше борется с помехами на высоких частотах, но при частых изгибах имеет короткий срок службы. Для того, чтобы в конструкции экрана из фольги отсутствовал шов, через который может проходить электромагнитное поле, вызывающее помехи, один из краев фольги складывается, обеспечивая замыкающий слой.

Комбинированный экран из оплетки и пленки. Комбинированный экран, состоящий из нескольких защитных слоев, позволяет эффективно бороться с помехами во всем частотном диапазоне. Сочетание фольги и оплетки позволяет обеспечить стопроцентное покрытие кабеля экраном и высокую гибкость, прочность и низкое сопротивление постоянному току.

Экран типа French Braid. Он состоит из двух встречных многожильных спиралей, жилы которых изготовлены из медной проволоки без покрытия или покрытой оловом, с чередующимся перехлёстом вдоль единственной смещенной оси. Данная конструкция позволила увеличить гибкость и прочность кабеля, в два раза уменьшить уровень трибоэлектрических и микрофонных шумов. Снизилось также и сопротивление постоянному току.

Методы тестирования.
Данные тестов позволят наилучшим образом подобрать оптимальный по конструкции и цене кабель. Для начала необходимо ответить на простые вопросы:

• Влияние какого типа помех будет наиболее значимым?
• Какова полоса частот?
• Для чего необходимо экранирование? Для защиты от воздействия внешних полей на сигнал, передаваемый по кабелю, или для предотвращения выхода электромагнитного поля, порождаемого проходящими по кабелю токами, за пределы кабеля?
• Будет ли подвержен кабель механическому воздействию?

Ниже приведены несколько тестов, а также их цели, методология и значение результатов.

Тест на полное передаточное сопротивление. Этот тест наиболее широко признан и позволяет получить абсолютный показатель эффективности экрана в борьбе с помехами от статических зарядов и излучения на частотах до 1000 МГц. Этот метод рекомендован международной электротехнической комиссией и военными. Значение передаточного сопротивления зависит от конструкции экрана кабеля и чем оно ниже, тем экран эффективнее. Значение полного передаточного сопротивления рассчитывается на основе отношения сигнала в коаксиальном кабеле к сигналу, улавливаемому детектором во внешней среде. Экран разделяет внешнюю среду и среду внутри кабеля.

Поглощающий зажим. Этот компактный прибор эффективно улавливает сигналы, излучаемые кабелем, без разрушения провода. Результаты сравниваются с уровнем излучения аналогичного кабеля той же длины, но без экрана. Затем по разности этих двух значений устанавливается эффективность экранирования.

GTEM ячейка. Этот прибор действует в поперечной составляющей гигагерцовых электромагнитных волн (Gigahertz Transverse Electromagnetic Mode). Кусок кабеля, разъем или электронное устройство помещаются внутрь камеры ячейки, после чего они могут быть либо подвергнуты влиянию поля известной величины, либо ячейка может выступать в качестве детектора, улавливающего излучаемые сигналы. Частотный диапазон данного метода составляет до 1 ГГц.

Flex Test. Эффективность экранирования в процессе эксплуатации также важна. А значит в тех ситуациях, когда кабель подвергается значительным механическим воздействиям, имеет смысл сравнить эффективность экранирования до и после нагрузок, таких как скручивание или изгиб. По этим данным можно дать информацию об остаточном ресурсе экрана кабеля.

Технологии, применяемые при производстве кабелей, становятся все более сложными. Спрос на современную кабельную продукцию и новейшие методы тестирования продолжает расти. Поэтому сейчас так важно разрабатывать системы, позволяющие с самого начала оценивать влияние тех или иных помех на передаваемый сигнал для того, чтобы можно было находить наиболее оптимальные варианты конструкции кабелей.

Хорев Анатолий Анатольевич,
доктор технических наук, профессор
Национальный исследовательский университет «МИЗТ», г.Москва

Способы защиты объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам: экранирование

В статье рассмотрены вопросы, связанные с защитой объектов информатизации от утечки информации по техническим каналам путем использования средств электромагнитного экранирования.

1. Экранирование как способ уменьшения уровня побочных электромагнитных излучений

Одним из наиболее опасных технических каналов утечки информации на объектах информатизации является канал утечки информации, возникающий вследствие побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ) технических средств обработки информации (ТСОИ). Такой канал утечки информации часто называют электромагнитным .

В области защиты информации под побочным электромагнитным излучением обычно понимается нежелательное радиоизлучение, возникающие в результате нелинейных процессов в электронной аппаратуре.

В зарубежной литературе вместо термина ПЭМИ используются термины compromising emanations» (компрометирующие излучения) или TEMPEST (сокращение от «transient electromagnetic pulse emanation standard» - стандарт на электромагнитные импульсные излучения, вызванные переходными процессами в электронной аппаратуре).

Функционирование любого технического средства обработки информации связано с протеканием по его токоведущим элементам электрических токов и образованием разности потенциалов между различными точками его электрической схемы, которые порождают магнитные и электрические поля .

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых имеют место большие напряжения и протекают малые токи, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием электрической составляющей. Преимущественное влияние электрических полей на элементы электронной аппаратуры наблюдается и в тех случаях, когда эти элементы малочувствительны к магнитной составляющей электромагнитного поля.

Узлы и элементы электронной аппаратуры, в которых протекают большие токи и имеют место малые перепады напряжения, создают в ближней зоне электромагнитные поля с преобладанием магнитной составляющей. Преимущественное влияние магнитных полей на аппаратуру наблюдается также в случае, если рассматриваемое устройство малочувствительно к электрической составляющей поля или последняя много меньше магнитной за счёт свойств излучателя.

Побочные электромагнитные излучения возникают также при «протекании» информативных сигналов по соединительным линиям ТСОИ.

Эффективным методом снижения уровня ПЭМИ является экранирование их источников.

Для оценки эффективности экранирования электрической или магнитной составляющей электромагнитного поля вводят понятие коэффициента экранирования (ослабления)

A E =20lg(E o /E A); (1)

A H =20lg(H o /H A), (2)

А Е - коэффициент экранирования (ослабления) по электрической составляющей электромагнитного поля, дБ,
А н - коэффициент экранирования (ослабления) по магнитной составляющей электромагнитного поля, дБ,
Е 0 - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения в отсутствии экрана, В/м, Е А - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения при наличии экрана, В/м, Н 0 - напряжённость магнитной составляющей электромагнитного поля в точке измерения в отсутствии экрана,А/м,
Н А - напряжённость электрической составляющей электромагнитного поля в точке измерения при наличии экрана, А/м.

Различают следующие способы экранирования: электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное .

Электростатическое и магнитостатическое экранирование основаны на замыкании экраном (обладающим в первом случае высокой электропроводностью, а во втором магнитопроводностью) соответственно электрического и магнитного полей.

Электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (на корпус прибора). Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования.

Применение металлических экранов позволяет полностью устранить влияние электростатического поля. При использовании диэлектрических экранов, плотно прилегающих к экранируемому элементу, можно ослабить поле источника наводки в ε раз, где ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала экрана .

Основной задачей экранирования электрических полей является снижение ёмкости связи между экранируемыми элементами конструкции. Следовательно, эффективность экранирования определяется в основном отношением ёмкостей связи между источником и рецептором наводки до и после установки заземлённого экрана. Поэтому любые действия, приводящие к снижению ёмкости связи, увеличивают эффективность экранирования.

Экранирующее действие металлического листа существенно зависит от качества соединения экрана с корпусом прибора и частей экрана друг с другом. Особенно важно не иметь соединительных проводов между частями экрана и корпусом.

В диапазонах метровых и более коротких длин волн соединительные проводники длиной в несколько сантиметров могут резко ухудшить эффективность экранирования. На ещё более коротких волнах дециметрового и сантиметрового диапазонов соединительные проводники и шины между экранами недопустимы. Для получения высокой эффективности экранирования электрического поля здесь необходимо применять непосредственное сплошное соединение отдельных частей экрана друг с другом .

Узкие щели и отверстия в металлическом экране, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, практически не ухудшают экранирование электрического поля.

На частотах свыше 1 ГГц с увеличением частоты эффективность экранирования снижается.

Основные требования, которые предъявляются к электрическим экранам, можно сформулировать следующим образом :

• конструкция экрана должна выбираться такой, чтобы силовые линии электрического поля замыкались на стенки экрана, не выходя за его пределы;
• в области низких частот при глубине проникновения (δ) больше толщины(d), то есть при δ > d, эффективность электростатического экранирования практически определяется качеством электрического контакта металлического экрана с корпусом устройства и мало зависит от материала экрана и его толщины;
• в области высоких частот при δ > d эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью.

Магнитостатическое экранирование используется при необходимости подавить наводки на низких частотах от 0 до 3 -10 кГц .

Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно свести к следующим :

• магнитная проницаемость μ α материала экрана должна быть возможно более высокой. Для изготовления экранов желательно применять магнитомягкие материалы с высокой магнитной проницаемостью (например, пермаллой);
• увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования, однако при этом следует принимать во внимание возможные конструктивные ограничения по массе и габаритам экрана;
• стыки, разрезы и швы в экране должны размещаться параллельно линиям магнитной индукции магнитного поля, их число должно быть минимальным;
• заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатического экранирования.

Эффективность магнитостатического экранирования повышается при применении многослойных экранов.

Экранирование высокочастотного магнитного поля основано на использовании магнитной индукции, создающей в экране переменные индукционные вихревые токи (токи Фуко). Магнитное поле этих токов внутри экрана будет направлено навстречу возбуждающему полю, а за его пределами - в ту же сторону, что и возбуждающее поле. Результирующее поле оказывается ослабленным внутри экрана и усиленным вне его. Вихревые токи в экране распределяются неравномерно по его сечению (толщине). Это называется явлением поверхностного эффекта, сущность которого заключается в том, что переменное магнитное поле ослабевает по мере проникновения в глубь металла, так как внутренние слои экранируются вихревыми токами, циркулирующими в поверхностных слоях .

Благодаря поверхностному эффекту плотность вихревых токов и напряжённость переменного магнитного поля по мере углубления в металл падают по экспоненциальному закону.

Эффективность магнитного экранирования зависит от частоты и электрических свойств материала экрана. Чем ниже частота, тем слабее действует экран, 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 действует весьма эффективно. При выборе толщины и материала экрана следует учитывать механическую прочность, жёсткость, стойкость против коррозии, удобство стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобство пайки, сварки и пр. .

Для частот выше 10 МГц медная и, тем более, серебряная плёнка толщиной более 0,1 мм даёт значительный экранирующий эффект. Поэтому на частотах выше 10 МГц вполне допустимо применение экранов из фольги-рованного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесённым 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.

На высоких частотах применяется исключительно электромагнитное экранирование. Действие электромагнитного экрана основано на том, что высокочастотное электромагнитное поле ослабляется им же созданным (благодаря образующимся в толще экрана вихревым токам) полем обратного направления.

2. Экранирующие материалы

Выбор материала экрана проводится исходя из обеспечения требуемой эффективностиэкранирования в заданном диапазоне частот при определённых 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.

Таблица 1. Коэффициенты экранирования электромагнитного поля некоторых материалов

Наименование материала	Толщина, мм	Диапазон частот, МГц	Коэффициент экранирования, дБ
Листовая сталь СТ-3, ГОСТ 19903-74
Фольга алюминиевая, ГОСТ 618-73
Фольга медная, ГОСТ 5638-75
Сетка стальная тканая, ГОСТ 5336-73
Радиозащитное стекло с одно- или с двухсторонним полупроводниковым покрытием, ТУ 21-54-41-73
Ткань хлопчатобумажная с наноструктурным ферромагнитным микропроводом
Ткань трикотажная (полиамид + проволока), ТУ 6-06-С202-90
Ткань металлизированная «Восход»	Толщина напыления 4-6 мкм		4. Николаенко Ю.С. Противодействие радиотехнической разведке // Системы безопасности, связи и телекоммуникаций. - 1995. - № 6. - С. 12 - 15. 5. Рабочая станция ЕС1855.М.02. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.niievm.by/products/ec1855_m_02.htm . 6. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ)». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vrednost.ru/224218055.php . 7. Технические методы и средства защиты информации / Ю.Н. Максимов, В.Г. Сонников, В.Г. Петров и др. - СПб.: «Издательство Полигон», 2000. - 320 с. 8. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. пособие для студентов вузов. В 3 т. Т. 1. Технические каналы утечки информации. - М.: НПЦ «Аналитика», 2008. - 436 с. 9. Экранированные сооружения. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www .elfilter. ru/levadnyi/kamers.htm. 10. Экранирующие материалы для защиты от электромагнитных излучений и решения проблем электромагнитной совместимости. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ckbrm.ru/index.php?products=64 11. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. Вып 2. Внутрисистемные помехи и методы их уменьшения: Сокращ. пер. с англ./Под ред. А.И.Саприга. - М.: Сов. Радио, 1978. - 272 с.