Средства экранирования электромагнитных полей

Средства экранирования электромагнитных полей

Для экранирования электромагнитных полей применяются спе­циальные конструкции и разнообразные материалы. Специальные конструкции включают экранированные сооружения, помещения и камеры. Они могут быть стационарными, сборно-разборными и мобильными. Выполняются из стальных листов толщиной 2-3 мм и обеспечивают затухание электромагнитного поля 60-120 дБ. Для обеспечения нормальной работы они оборудуются защищенны­ми дверьми, воротами, проемами с устройствами сигнализации о плотном закрытии, разнообразными помехоподавляющими филь­трами, средствами вентиляции и кондиционирования, пожарной сигнализации, пожаротушения и дымоулавливания.

В качестве материалов для эффективного экранирования ис­пользуются металлические листы и сетки. Стальные листы тол­щиной 2-3 мм, сваренные герметичным швом, обеспечивают на­ибольший экранирующий эффект (до 100 и более дБ). Толщина стального листа выбирается исходя из прочности конструкции и возможности создания сплошного шва. При сварке переменным током толщина сплошного шва обеспечивается при толщине лис­тов 1,5-2 мм, на постоянном токе — около 1 мм, газовая сварка позволяет создать сплошной шов при толщине свариваемых лис­тов до 0,8 мм.

Однако металлические листы имеют высокую цену, а изготов­ление из них экранов и их эксплуатация требуют больших затрат. Коррозия и появляющаяся во время монтажа напряженность сва­рочных швов снижают надежность и долговечность экранов, а необходимость их периодической проверки и устранения дефектов повышают эксплуатационные расходы.

Более дешевые и удобные, но менее эффективные экраны из металлической сетки. Применяют для экранирования сетки из луженой стальной и латунной проволоки с ячейками размерами от долей (0,25) мм до единиц (3-6) мм. Экранирующие свойства сет­ки в основном определяются отражением электромагнитной волны от ее поверхности. Эффективность экрана из луженой низкоугле­родистой стальной сетки с ячейками размером 2,5-3 мм составляет на частотах Гц 55-60 дБ, а из двойной сетки с расстоянием между слоями 100 мм достигает эффективности экранов из стальных лис­тов — около 90 дБ. По соотношению радиуса г проволоки сетки и шага сетки s различают густые и редкие сетки. К густым относят­ся сетки, у которых s/r < 8, у редких — s/r > 8. Эффективность эк­ранирования редкой сетки определяется по формуле:

Для густых сеток более точный результат получается при за­мене величины ln(2nr/s) в этой формуле на 2nr/s.

Наряду с рассмотренными традиционными средствами для электромагнитного экранирования в последнее время все шире применяются фольговые и металлизированные материалы, то-копроводящие краски и клеи, радиопоглощающие строитель­ные материалы.

В качестве фольговых материалов используются фольга тол­щиной 0,01-0,08 мм, наклеиваемая на экранируемую поверхность, и фольга на непроводящей подложке, например на фольгоизоле. Фольга изготовляется из алюминия, латуни, цинка.

Металлизация различных материалов применяется для элек­тромагнитного экранирования благодаря универсальности мето­да распыления расплавленного металла струей сжатого воздуха. Движущиеся с большой скоростью распыленные частицы метал­ла ударяются о поверхность подложки, деформируются и сопри­касаются друг с другом. При этом обеспечивается прочная связь с подложкой и непрерывная проводимость покрытия. Этот метод позволяет нанести металлический слой практически на любую поверхность: плотную бумагу, ткань, дерево, стекло, пластмассу, бе­тон и др. Толщина наносимого слоя зависит от физико-химических свойств подложки. Для плотной бумаги слой металла характеризу­ется величиной не более 0,28 кг/м², для ткани — 0,3 кг/м², для жес­ткой подложки толщина не ограничивается. В качестве металла покрытия чаще используется цинк, реже алюминий. Алюминиевое покрытие имеет более высокий (примерно не 20 дБ) коэффициент экранирования, но оно менее технологично.

Эффективность экранирования металлизированной цинком поверхности оценивается по эмпирической формуле:

S_MeT = 97 + 51gd₀-201gf,

где d₀— количество распыленного металла, кг/м², f— частота поля, Мгц.

Из металлизированных материалов наиболее широко приме­няются металлизированные ткани и пленки (стекла). Ткани ме­таллизируются как путем вплетения в нее металлизированных или металлических нитей пряжи, так и путем нанесения на поверх­ность ткани слоя металла. При этом у тканей сохраняются не толь­ко ее первоначальные свойства (гибкость, воздухопроницаемость, легкость) и внешний вид, но появляются дополнительные стой­кость к агрессивным средам и противопожарная устойчивость. Ткань можно сшивать, склеивать и даже паять. Эффективность эк­ранирования металлизированных тканей в высокочастотном диа­пазоне (сотни МГц) достигает 50-70 дБ. Их применяют для экра­нирования стен и оконных проемов (в виде штор), корпусов про­дукции, антенных отражателей, чехлов на объекты радиолокаци­онного наблюдения.

Электрические и оптические свойства стекол с токопроводящим покрытием зависят от состава токопроводящей пленки, ее тол­щины, методов ее нанесения и свойств стекла. Допустимые сни­жение прозрачности пленки не более 20% и электропроводность обеспечиваются при толщине пленки 5-3000 нм. Наибольшее рас­пространение получили пленки из окиси олова.

Стекла с токопроводящими покрытиями имеют поверхностное электрическое сопротивление порядка 5-10 Ом при незначительном (не более 20%) ухудшении прозрачности. Токопроводящие пленки, наклеиваемые на стекла окон, позволяют повысить экра­нирующий эффект окон без ухудшения их внешнего вида и про­зрачности на 18-22 дБ на частотах в сотни МГц и на 35-40 дБ на частотах единицы ГГц. В зависимости от вида напыляемого на пленку металла они имеют золотистый (медное напыление) или се­ребристый (алюминиевое напыление) цвет.

Токопроводящие краски создаются путем ввода в краски то-копроводящих материалов: коллоидного серебра, графита, сажи, оксидов металла, порошковой меди и алюминия и других метал­лов. Наилучшие результаты обеспечивает краска, у которой в ка­честве токопроводящего пигмента применяется ацетиленовая сажа и графит. Например, краска, представляющая композицию лака 9-32 и 300% карандашного графита, имеет поверхностное сопро­тивление 7-7,6 Ома при толщине покрытия 0,15-0,17 мм и сопро­тивление 5-6 Ом при толщине покрытия 0,2-0,21 мм.

Тркопроводящие краски в силу худшей электропроводности и малой толщины обеспечивают меньшую по сравнению с металли­зированными тканями экранирующую эффективность, но не ме­нее 30 дБ в широком диапазоне частот. Но из-за простоты нанесе­ния на поверхность эмали широко применяются для:

•экранирования ограждений (стен, потолков, дверей);

•защиты контактных поверхностей от окисления;

•окрашивания внутренней поверхности корпусов аппаратуры;

•проведения профилактических и ремонтных работ, в том числе для заделки щелей, отверстий, выводов труб из стен, для улуч­шения контакта между металлизированными пленками и ме­таллическими экранами стен.

Электропроводные клеи применяются вместо пайки и болто­вых соединений элементов электромагнитных экранов, а также для заполнения щелей и малых отверстий в них. Основу электропровод­ного клея составляет смесь эпоксидной смолы и тонкодисперсных порошков железа, кобальта или никеля. Про прочности до 500 кг/ см² такой клей имеет низкую удельную электропроводность.

Для повышения экранирующей способности потолков, стен, полов помещений применяются ферритодиэлектрические облицовочные материалы, поглощающие электромагнитные поля. Этот поглотитель представляет собой панель из склеенных метал­лической подложки, ферритового и диэлектрического материалов. Ферритодиэлектрический поглотитель электромагнитных волн экологически чист, имеет стабильные радиотехнические характе­ристики в широком диапазоне частот, обеспечивает коэффициент отражения -12-(-40) дБ в диапазоне частот 0,03-40 ГГц, устойчив к воздействию огня.

Путем добавки в бетон строительных конструкций токопроводящих материалов удается также повысить экранирующие свойс­тва стен и перекрытий зданий.

Металлизированные ткани и пленки, фольговый материал, токопроводящие эмали эффективно экранируют слабые побочные электромагнитные излучения и наводки, но их экранирующая спо­собность недостаточна для энергетической скрытности более мощ­ных сигналов, например излучений передатчиков закладных уст­ройств, не говоря уже об излучениях настраиваемых или испытуе­мых в исследовательских лабораториях создаваемых излучающих радиоэлектронных средств.

Для гарантированного ослабления опасных сигналов при жес­тких требованиях к уровню безопасности информации источни­ки излучений размещают в экранированных помещениях (экран­ных комнатах), ограждения которых покрыты стальными листа­ми или металлическими сетками. Размеры экранированного поме­щения выбирают из его назначения и стоимости экранирования. Существуют экранированные вычислительные центры площадью в многие десятки м², но обычно экранные комнаты для проведе­ния измерений радиоизлучающих блоков и антенн имеют неболь­шую площадь в 6-8 м² при высоте 2,5-3 м. Металлические листы или полотнища сетки, покрывающие стены, потолок и пол, долж­ны быть прочно, с малым электрическим сопротивлением, соеди­нены между собой по периметру. Для сплошных экранов это со­единение обеспечивается сваркой или пайкой, для сетчатых экра­нов должен быть обеспечен точечной сваркой или пайкой хороший электрический контакт между полотнищами не реже чем через 10-15 мм.

Двери должны быть также экранированы. При их закрывании необходимо обеспечить надежный электрический контакт с метал­лическими листами или сеткой стен по всему периметру дверей. Для этого применяют пружинную гребенку из фосфористой брон­зы, которую укрепляют по внутреннему периметру дверной рамы. При наличии в экранной комнате окон последние должны быть затянуты одним или двумя слоями сетки, расстояние между сло­ями двойной сетки не менее 50 см. Слои сетки должны иметь хо­роший электрический контакт с экраном стен по всему периметру оконной рамы. Экран, изготовленный из луженой низкоуглеродис­той стальной сетки с ячейкой размером 2,5-3 мм, уменьшает уро­вень излучений на 55-60 дБ, а из такой же двойной (с расстоянием между наружной и внутренней сетками 100 мм) приблизительно на 90 дБ. Сетки для обеспечения возможности мытья стекол удоб­нее делать съемными, а металлическое обрамление съемной час­ти должно иметь пружинящие контакты в виде гребенки из фос­фористой бронзы.

При проведении работ по тщательному экранированию подоб­ных помещений необходимо одновременно обеспечить нормаль­ные условия для работающего в нем человека, прежде всего, вен­тиляцию воздуха и освещение. Это тем более важно, так как у че­ловека в экранной комнате может ухудшиться самочувствие из-за экранирования магнитного поля Земли.

Для эффективного электромагнитного экранирования венти­ляционные отверстия на частотах менее 1000 МГц закрывают со­товыми экранами с прямоугольными, круглыми, шестигранными ячейками. Для обеспечения эффективного электромагнитного эк­ранирования необходимо, чтобы размеры ячеек экрана не превы­шали 0,1 длины волны поля. Но на высоких частотах размеры яче­ек могут быть столь малыми, что ухудшится вентиляция через них воздуха. Поэтому на частотах выше 1000 МГц применяют специ­альные электромагнитные ловушки в виде конструкции из погло­щающих электромагнитные поля материалов, вставляемой в вен­тиляционные отверстия.

Величины затухания радиосигнала в экранированном помеще­ния в зависимости от конструкции экрана указаны в табл. 24.1.

Вопросы для самопроверки

1.Требования к средствам защиты информации от утечки через побочные электромагнитные излучения и наводки.

2.Типы средств для подавления опасных сигналов акустоэлектрических преобразователей.

3.Что представляют собой специальные конструкции для экрани­рования полей?

4.Какие материалы используются для экранирования электромаг­нитных полей?

5.Достоинства и недостатки пленок, красок и клея, применяемых для электромагнитного экранирования.