Экранирование стен от электромагнитных излучений - одна из составляющих при экранировании помещений на объекте. Данная процедура применяется для защиты людей, находящихся в помещении от внешнего воздействия источников электромагнитного излучения. Источником электромагнитных излучений могут выступать базовые станции сотовой связи, радары, различные испытательные центры и установки, линии электропередач, трансформаторные подстанции, распределительные щиты, серверные и многое другое.

Для экранирования стен могут применяться различные материалы: экранирующие сетки, краски, крупноячеистые ткани, металлические листы. Самым универсальным материалом является краска (грунтовка). При экранировании стен от электромагнитных излучений необходимо установить их диапазон частот. Если это низкие частоты, например, ЭМП, формируемые высоковольтными линиями электропередач или трансформаторными подстанциями, то требуется защита в низкочастотном диапазоне (десятки-тысячи Герц) не только от электрической составляющей, но и от магнитной. Магнитное поле гораздо сложнее экранировать, чем электрическое. Для этого необходимо применять металлические листы (тонкие) с обязательным их заземлением, закрывать все щели, пропаивать или проклеивать все стыки. Убрав магнитную составляющую, автоматически уберется и электрическая. Все остальные материалы (краски, ткани, сетки) ослабляют только электрическую составляющую.

Если происходит экранирование стен от высокочастотных электромагнитных излучений, то достаточно применить мелкоячеистую сетку или краску (грунтовку). Данные материалы тоже требуют заземления.

Самой большой проблемой при экранировании стен от электромагнитных излучений может стать отсутствие заземляющей шины, с которой можно скоммутировать защитные материалы. Данная проблема может возникнуть в старых домах, не оборудованных специальной системой заземления.

В последнее время экранирование стен в помещениях (на объектах) требуется для решения крайне специфичной задачи - защита от переизлучений металлических конструкций. В современных строениях в стенах заложено большое количество арматуры и других металлических изделий, которые зачастую являются переизлучателями сигнала (или модуляторами при наслоении нескольких сигналов разной частоты). Экранирование помогает убрать данный эффект.

Еще одной задачей является экранирование электрической проводки. Данный вопрос особо актуален в деревянных или щитовых домах. Зашита от излучения, формируемое проводкой, производится при помощи краски. После экранирование стен, кровати можно ставить в непосредственной близости со стенами.

Если у Вас возникли вопросы по экранированию тех или иных поверхностей (объектов), Вы можете обратиться к сотрудником нашей компании за подробной консультацией по специализированным материалам и их применению.

Посмотрим, откуда возникает электромагнитное излучение в квартирах, домах, укажем простейшие методы борьбы с напастью. Пользующиеся радиооняней, знают: излучение дозированное — пишут буклеты дилеров. Нужно внимательно оценивать расстояние до малыша. Напомним, плотность излучения падает обратно пропорционально кубу дистанции. Параметр намного важнее, нежели мощность. Посмотрим, что говорят документы про виды и нормы электромагнитного излучения.

Электромагнитные излучения: источники и причины

Знаете, почему для связи используются избранные длины волн? Лакомые участки электромагнитного излучения забирают военные, государство. Условия распространения неоднородные. Допустим, сонары работают на длинах волн 20 метров. Связные частоты быстро гасятся водой.

Почему микроволновые печи, сотовые телефоны, Wi-Fi используют строго определенные участки спектра? Волны затухают в тумане. Платим, чтобы послания быстро поглощались средой, водой, организмом, содержащим 60 — 65% воды.

Пока держим рукой трубку телефона, наберемся электромагнитной энергии. Принцип действия микроволновой печи. Решили провести эксперимент: нашли в магазине бесконтактную отвертку-индикатор со световой, звуковой сигнализацией, исследовали домашнюю печь СВЧ. Проделали следующее:

Типичный мастер исследования

1. Магнетрон выключается на малую мощность, завышенные режимы избегали использовать. Излучение было минимальным, меньше модель СВЧ-печи не выставляет.
2. В первой части опыта микроволновка подключена к розетке, снабжена защитным заземлением, оформленным по европейским стандартам. Видно, сверху спускается кабель-канал, допускается стандартами.
3. Во второй части опыта использован удлинитель, лишенный лепестков заземления. Получилось нарушение технологии европейских стандартов. Смотрите результат, вызванный электромагнитным излучением.

Напоминаем, бесконтактная отвертка-индикатор внутри корпуса содержит активные усилительные элементы, работающие от простенькой батарейки. Принимает слабые сигналы внешних источников. Принцип действия напоминает советскую отвёртку-индикатор. Фаза находится прикосновением к токонесущей части. Однако активная усилительная часть вводит немалые коррективы:

• Благодаря высокой чувствительности, щуп бесконтактной отвертки-индикатора работает, подражая приемной антенне.
• Чутко реагирует на диапазон 50 Гц в силу предназначения. При контактном способе регистрируется наличие фазы всегда, на дистанции засекается только электромагнитное излучение, образуемое движением тока. Провод без нагрузки сигнала не даст.
• Отвертка-индикатор демонстрирует 2-3 диапазона чувствительности (см. фото). В нашем случае использован максимальный для пущей наглядности.

Кнопка установки чувствительности

Результаты опыта потрясающие, действие электромагнитного излучения представлено снимками:

Делайте выводы. Влияние на человека излучения 2,4 ГГц давно доказано (оспорено судом, права исследователя восстановлены следующей инстанцией), длина волны печи СВЧ та самая, энергия столь велика (без заземления), что вызывает срабатывание индикатора на значительном расстоянии. Потрудитесь прокладывать электрику, как предписывают стандарты. Розетки следует оборудовать лепестками заземления, чтобы корпус техники подавлял воздействие электромагнитных излучений, служа экраном.

Внешние и внутренние электромагнитные поля

Думаете, надлежащее заземление спасает на 100% против электромагнитных излучений? Нивелирует львиную долю. Отверткой-индикатором помахайте близ провода под током, увидите прежнюю индикацию. Ошибка? Вовсе нет – провод не экранированный, послужит антенной. На расстоянии 5 – 10 см (зависит от силы тока) прослеживаются негативные эффекты электромагнитных излучений. Вывод: устраняя влияние электромагнитного излучения, не располагайте розетки и сети проводки вблизи мест отдыха, кроватей, стульев, старайтесь находиться подальше.

Излучение электромагнитных волн можно практически полностью подавить экраном. К примеру, выбирайте кабель с оплеткой, чаще люди ставят в дом вместо пластикового гофра металлический. Оболочку заземляют. Поясняем истоки мероприятий. Заземленный металлический гофр образует сплошной экран. Сопротивление до шины контура не должно превышать 10 Ом. Меньше — лучше.

Линии напряженности магнитного поля

Излучение бессильно проникнуть на территорию квартиры. Не менее важно защититься против внешних полей. Каких? Сотовая связь, телевидение. Внутри корпуса корабля телефон неспособен ловить электромагнитное излучение, нутро танкера гораздо безопаснее городского парка. Защитить квартиру поможет враг – сотовый телефон. Послужит индикатором качества проведенных работ. Допустим, протестировать микроволновую печь несложно так:

1. Внутрь помещается сотовый телефон.
2. Производится вызов.
3. Сигнал проходит — электромагнитное излучение телефона свободно проходит экран.

Хуже, если действует обратная связь. Понятно, вызов пройдет, вызванный большой силой передатчиков вышки, если удается слабому телефону достучаться сети, гораздо хуже. Понятно, у антенн неодинаковая чувствительность, поможет оценивать степень экранирования: ловит старый телефон – плохо, ловит новый – лучше. Разумеется, можно использовать шкалу на дисплее (одна полоса, две), сравнивая источники электромагнитного излучения по силе.

Быстро поймете. Допустим, измеритель регистрирует электромагнитное поле, когда дверка печи СВЧ прикрыта, вилка в правильно заземленной розетке. Сопротивление стали высокое. Требуется тщательнее заземлить прибор. На общем фоне правильно подключенная микроволновая печь создаст гораздо меньшее электромагнитное излучение, нежели в отсутствие специальных мер.

Главным источником помех, перекрывающих значительный спектр, считается домашний персональный компьютер. Монитор, системный блок непременно включаются с заземлением. Кстати, отверткой-индикатором легко измерить степень вредоносности дисплея: щуп реагирует на частоту кадровой развертки (60 Гц). Аналогично тому, как действовали с микроволновой печью, желающие могут испытать на электромагнитные излучения системный блок, включая в штатный сетевой фильтр, старенький удлинитель без заземления.

Квартирные виды электромагнитных излучений исчерпываются сказанным. Подразумеваем, Wi-Fi-модемы относятся к персональным компьютерам, в обязанности входит излучение электромагнитных волн. Вещи нужно держать подальше: на балконе, в соседней комнате, для коммутации с антенной пользоваться проводной связью через экранированный кабель радиодиапазона (волновое сопротивление 50 Ом). Экран, как многие догадались, заземлен. Измерение сопротивления должно укладываться относительно шины контура в размер 10 Ом. Вправду сказать, по большей части условие выполняется, экран чаще медный.

Согласно общепринятым нормам, алюминиевая фольга сажается на дренажный заземлённый провод. Иначе произойдёт подобное нашему опыту с микроволновой печью в первой части. При проведении тестов обратите внимание, не все диапазоны, частоты оценим одним инструментом. Отвертка-индикатор отзывается на частоту 50 Гц, для работы с которой сконструирована. Телефон будет показывать результаты на своей волне 1,5-2 ГГц. Микроволновая печь, сети Wi-Fi работают на 2,4 ГГц.

Правильно делаем экран защиты от электромагнитных волн

В каждом случае хороший экран обеспечит отличный результат, блокируя электромагнитные излучения. Просто замер проводим соответствующим инструментом. Помните: короткие волны изолировать сложнее. Для примера возьмите зеркало. Выступает экраном диапазона световых электромагнитных волн. Совершенно сплошное, на радаре кругового обзора рефлектор выполнен сетчатый.

Короткие волны распространяются по поверхности металла, длинные проникают в толщу. Для экранирования электромагнитного излучения спектра 50 Гц применяются толстые листы стали, для кабелей Wi-Fi хватает тонкого слоя фольги. Излучение промышленной сети может быть остановлено решетом, для СВЧ ход не пройдёт. Основная причина, по которой сотовые телефоны продолжают работать внутри микроволновых печей. Решетка понемногу фильтрует колебания (просачиваются по поверхности в районе мелких отверстий), ситуация становится хуже, если дверца не заземлена петлями.

Что делать? Попробуйте использовать фольгу. Обратите внимание, клеить внутри запрещено. Присутствует небольшой шанс возникновения разряда ионизацией воздуха. Неприятное явление, фольга сгорит. Если клеить вещь лишь снаружи, потрудитесь обеспечить надежный контакт со сталью дверцы. Экранирование СВЧ печи избегаем назвать легкой задачей. Достойная цель — обезопасить семью. М икроволновки полезны, удобны быстро разогреть пищу.

С каждым годом на рынке появляется все больше и больше экранирующих материалов. Но не все они обладают высоким качеством и заявленными экранирующими свойствами.

В статье постараюсь рассказать о ряде грунтовок или красок, не содержащих металла.

Одним из преимуществ неметаллических экранирующих грунтовок/красок является их более низкая рыночная стоимость по-отношению к своим металлическим собратьям. Низкая стоимость достигается за счет наличия в базе различных форм токопроводного углерода (сажа, графит и т.д.). Думаю, что некоторые читатели раньше пробовали подводить электрический ток к графитовому стержню карандаша и на практике наблюдали электрические свойства данного материала. В красках этот графит и прочие материалы заменяют металл, не пропуская электромагнитное излучение.

На рынке можно встретить ряд производителей из Германии, США, России и Китая, которые заверяют, что у них есть прекрасный продукт. Но так ли есть на самом деле?

Чтобы создать объективную картину, наша компания старается приобретать изделия различных фирм-производителей и проверять их на одном оборудовании при использовании одной методики в заданном диапазоне частот . Помимо этого ООО «Измерительные Системы и Технологии» ведет самостоятельную разработку защитного покрытия, которое в дальнейшем планируется применять по программе импортозамещения.

Методика оценки заключается в следующем:

• Оценка качества материала, находящегося в жидком состоянии, визуальным путем;
• Оценка качества материала, находящегося в твердом состоянии, визуальным путем;
• Оценка материала на экранирующие свойства в коаксиальном тракте;
• Оценка стоимости одного квадратного метра окрашенной поверхности.

Оценку прочностных параметров и химико-лабораторного анализа изделий мы не применяем в связи с тем, что при проведении вышеперечисленных этапов, большинство образцов не проходят контроль заявленного качества.

В данной статье приведем пример по грунтовкам из Германии, России (производитель находится в г.Санкт-Петербург), собственный опытный образец и образец из Китая.

Образец №1 (Китай)

Образец мы получили через 3 месяца после заказа. Железная банка, булькающая жидкость внутри, крайне мало информации по описанию изделия. Экранирующие свойства заявлены на неизвестной частоте на уровне 80-90%. . При открытии банки наружу вырвался очень едкий запах. После полного размешивания, получилась довольно однородная относительно жидкая субстанция. На второй день после нанесения материала на поверхность, грунтовка стала расслаиваться.

Стоимость материала составила 4000 руб за 5 литровое ведро. При заявленных 4-8 квадратных метрах на 1 литр получается 100-200 руб за квадратный метр. Очень хорошо. Но экранирующих свойств просто нет. Качества нет. Поэтому дальше краску не рассматриваем.

Образец №2 (собственный опытный образец)

Разработанный образец имеет жидкую равномерную структуру после короткого перемешивания. Наносится 1 литр на площадь 6-8 квадратных метров. Ложится ровно, адгезия хорошая, не расслаивается в процессе сушки. Сильно пачкает при прислонении.

Максимальные экранирующие свойства и токопроводность достигаются на третий день после нанесения. Имеет хуже токопроводность, по сравнению с немецким аналогом, но лучше китайского и российского БВ-1 и схожие экранирующие свойства с продукцией Yshield GmbH. Коэффициент экранирования составил 23,8…27,8 дБ в диапазоне частот 100МГц…7ГГц.

Стоимость материала выше, чем у , поэтому на текущий момент не представлена в ассортименте компании. Ведется доработка материала.

Образец №3 (грунтовка экранирующая БВ-1)

После длительного перемешивания имеет очень густую структуру. Встречаются комочки размером до 1 сантиметра в диаметре (даже после размешивания). На упаковке есть надпись «ПЕРЕД ПРИМЕНЕНИЕМ ТЩАТЕЛЬНО ПЕРЕМЕЩАТЬ ». Как «перемещать», куда «перемещать», не известно. Может поэтому остались в экранирующей грунтовке БВ-1 комочки (из-за неправильного «перемещения»)?

Через сутки после нанесения, покрытие начало частично расслаиваться . Для грунтовых покрытий данный материал однозначно не подойдет.

По экранирующим свойствам грунтовка абсолютно не соответствует заявленным свойствам!!!

Тестирования проводились на одном оборудовании (в компании ООО НПП «Радиострим». Методика и оборудование в конце статьи).

В диапазоне частот 100 МГц…7ГГц коэффициент ослабления фактически находился в коридоре 4,2…7дБ. Заявленное ослабление производителем 27…37 дБ. Обычная железобетонная стена толщиной 15 см обладает коэффициентом ослабления электромагнитных полей 10…20дБ (на частоте 1 ГГц). В протоколе испытаний (), предоставляемого производителем, имеется ряд несоответствий, что вызывает дополнительные сомнения о качестве продукта и компетенции испытательной лаборатории.

1. Если внимательно посмотреть, то среди испытательного оборудования присутствует генератор сигналов SMT 02. В описании технических характеристик генератора, верхняя рабочая частота ограничена значением 1,5 ГГц, а в протоколе присутствуют частоты измерений 1,8ГГц, 2,1ГГц и 2,4ГГц. Волшебство какое-то получается.
2. Поехали дальше. Зачем в перечне оборудования указаны логопериодическая антенна HyperLOG 7025 (не внесенная в Госреестр Средств Измерений) и рупорная антенна SAS 571 (скорее всего тоже не в Госреестре СИ)? На схеме и в измерениях данные антенны не принимают никакого участия.
3. Теперь покажите мне антенны АДИ-2. Информации по существованию данных антенн я вообще не нашел на просторах интернета.

Что касается стоимости. Все прекрасно. Заявленная стоимость 1350 руб за 1 кг грунтовки. Стоимость 1 м2 при указанном производителем расходе составит 203…405 руб.

Итог: полный развод на деньги. Экранирующая грунтовка БВ-1 (производство Санкт-Петербург) практически не является экранирующей. Заявленные параметры, скорее всего, сфальсифицированы. Качество краски как покрытия оставляет желать лучшего.

Совет: за чуть большие денежные средства лучше применить металлическую сетку или краску другого производителя, а не иметь ослабление ВЧ полей на уровне кирпичных стен.

Что касается сертификатов, то Декларацию Соответствия или Сертификат Соответствия можно просто заказать без какой-либо отправки материала в испытательную лабораторию. Делается это элементарно.

Образец №4 (экранирующая краска/грунтовка HSF54. Страна производства - Германия)

Характеристики краски в ее жидком и высохшем состоянии оставляют хорошие впечатления. Легко перемешивается, достаточно жидкая. Если прикоснуться к высохшей поверхности, можно сильно испачкаться графитом. Имеет высокую стабильность.

По экранирующим свойствам не соответствует заявленным. Фактические параметры ниже заявленных, но имеют довольно неплохой уровень. Различия в коэффициентах экранирования могут быть обусловлены различными методиками измерений. АЧХ довольно линейна. В диапазоне частот 100 МГц…7ГГц имеет коэффициент ослабления на уровне 26…28 дБ.

Стоимость довольно высокая. 1 литр стоит 5000…5500 руб. В 5 л ведрах получается дешевле (24500 руб.). Цена за 1 квадратный метр будет колебаться в диапазоне 700…820 руб.

Итог: единственная на настоящий момент экранирующая грунтовка / краска без металлических компонентов, не имеющая пока равных на рынке в сегменте цена/качество. Легко конкурирует по данному параметру со специализированными сетками из нержавеющей стали и меди (В связи с применением минимума монтажных работ по нанесению краски на различные поверхности. Сетку нужно срастить, прибить к поверхности, заштукатурить и т.д.).

Методика испытаний

ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ.

• Объектами испытаний являлись образцы краски, обеспечивающие электропроводность при нанесении на бумажную подложку. Краска предоставлена ООО «Измерительные Системы и Технологии».
• Подготовка образцов и технология нанесения: перед покрытием проводилось встряхивание, без УЗ обработки. После одностороннего покрытия образцы выдерживались не менее 2 суток в нормальных (по ГОСТ) условиях.
• В качестве основы образцов экранирующих материалов использованы:
• писчая бумага (стандарт, плотность до 80 г/м 2), одностороннее покрытие.

ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ.

Оценка степени экранировки (коэффициента прохождения электромагнитного излучения K прох) в диапазоне частот: 100 МГц - 7 ГГц образцов бумаги и ткани, обработанных испытуемой краской.

МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ

Измерения в диапазоне частот 100 МГц...7 ГГц проводились на лабораторном стенде, на базе измерителя комплексных коэффициентов передачи "Обзор-804/1", сопряжённого с компьютерной системой регистрации и обработки сигнала. Образцы помещались в коаксиальную измерительную ячейку сечением 16/6.95 мм, согласованную с коаксиальным измерительным трактом и включенную в режим измерения ослаблений (пропускания). Тракт обеспечивает распространение волны ТЕМ-моды. Перед проведением измерений проводилась полная двухпортовая калибровка пустой измерительной ячейки. Образцы изготовлялись таким образом, чтобы обеспечить электрический контакт центрального и внешнего проводников по всему периметру.

Для подтверждения информации по экранирующим свойствам, можем выслать протоколы испытаний, проведенных в лаборатории ООО НПП «Радиострим» (по требованию).

Выводы делайте сами.

В настоящий момент хорошие экранирующие краски имеют экономическое преимущество перед экранирующими сетками из нержавеющей стали и меди.

В следующей статье пойдет сравнение экранирующих штукатурок.

С развитием приборостроения возникла необходимость создания экранирующих материалов и конструкций, которые защищают комнату, персонал и аппаратуру от электромагнитного излучения в разном диапазоне частот. Выбор материала зависит от сферы его применения, особенностей помещения и т.д.

Виды экранирующих материалов

На сегодняшний день разработаны следующие виды экранирующих материалов:

• Сетки . Они изготавливаются из меди и используются для защиты от электромагнитных волн и предотвращения утечки информации. Экраны из тканой сетки не препятствуют поступлению света в помещение и обеспечивают хорошую вентиляцию. Они имеют малый вес, легко собираются и демонтируются, характеризуются высокой эффективностью и долговечностью. Единственный недостаток сетки – низкий показатель стойкости к механическим воздействиям. Выпускается два вида сетки – редкая и мелкая.
• Пластины . Они представляют собой стальные листы толщиной до 3 мм и обеспечивают максимальную защиту от излучений. Несмотря на достаточно высокую стоимость изготовления и эксплуатации, экраны из пластин широко применяются для экранирования стен, дверей и ворот. Недостатками экранирующих пластин являются подверженность коррозии и напряженность сварочных швов, поэтому они менее надежны и долговечны, чем сетка, и требуют регулярной проверки и своевременного устранения дефектов.
• Краски и грунтовки . В их состав входит тонкопроводной углерод (сажа, графит и т.п.), заменяющий металл, поэтому краски и грунтовки стоят на порядок дешевле. Они применяются в промышленных, медицинских, общественных, образовательных и жилых помещениях для защиты людей и приборов от излучений, и предотвращения возможности перехвата секретной информации. Среди преимуществ красок можно перечислить влагостойкость, воздухопроницаемость, универсальность, стойкость к химическим и механическим воздействиям, хороший уровень адгезии к разным поверхностям (гипсокартону, штукатурке, бетону), эстетичность.

Ткани. Есть два способа металлизации ткани – нанесение тонкого слоя металла на ее поверхность и вплетение металлизированных либо металлических нитей. Оба способа позволяют сохранить первоначальные свойства материала – гибкость, легкость, воздухопроницаемость. При этом ткань не теряет эстетичный внешний вид и приобретает дополнительные характеристики – стойкость к воздействию огня и агрессивных химикатов. Защитные конструкции из ткани (одежда для персонала, шторы, чехлы на аппаратуру для радиолокационного наблюдения) изготавливаются путем сшивания, склеивания или спаивания.

• Фольговые материалы . Алюминиевая, цинковая или латунная фольга предназначена для наклеивания на экранируемую поверхность. Выпускается также фольга на подложке из непроводящего материала (плотная бумага, пластмасса, стекло, древесина, ткань). Для ее изготовления расплавленный металл распыляется по поверхности подложки с помощью струи сжатого воздуха.

• Клеи . В их состав входят эпоксидная смола, мелкодисперсные порошки никеля, кобальта или железа. Такие клеи применяются при сооружении электромагнитных экранов для пайки болтовых соединений или заполнения небольших отверстий и щелей.
• Облицовочные панели . Это листы, состоящие из металлической подложки и наклеенных на нее диэлектрического и ферритового материалов. Они используются для экранирования внутренних стен, потолков и полов лабораторий, медицинских учреждений, помещений коммерческой и военной направленности.
• Стекла . Токопроводящая пленка, наклеенная на стекло, обеспечивает высокий уровень экранирования и практически не ухудшает оптических свойств стекла. В зависимости от металла, напыляемого на пленку (алюминий или медь), она будет иметь серебристый или золотистый оттенок. Экранирующие стекла используются при изготовлении окон и дверей.

Правила экранирования помещений

Размер экранированной комнаты зависит от ее назначения. При проведении работ необходимо соблюдать следующие правила:

• Соединение металлических сеток или листов по периметру должно быть достаточно прочным.
• Листовые экраны соединяются непрерывной пайкой или сваркой.
• Сетчатые экраны соединяются точечной пайкой или сваркой с интервалом не менее 15 мм.
• При экранировании дверей нужно обеспечить надежный электрический контакт с сеткой или металлическими панелями стен по всему периметру двери.
• Расстояние между слоями экранирующей сетки, установленной на окнах, должно составлять не менее 50 см.
• В экранированном помещении следует обеспечить хорошее освещение и вентиляцию.
• Вентиляционные отверстия закрываются сотовыми экранами (на частотах меньше 1000 МГц) или оснащаются электромагнитными ловушками (на частотах свыше 1000 МГц).

Если вас интересуют материалы и компоненты для экранирования от ЭМИ, то подробнее о них вы можете узнать на этом сайте

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.