Экранированный кабель. Экранирование электромагнитных полей Методы экранирования

Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника .

Кабели могут как излучать, так и поглощать электромагнитные помехи. Кабель выступает или в роли антенны, которая излучает помехи, или в роли приемника, который улавливает электромагнитные помехи с других источников. И в том, и в другом случае помогает экранирование кабеля .

Уровень шума

К появлению сетевых наводок в сигнальных цепях также могут привести сигнальные линии, что находятся рядом с силовыми кабелями.

Экранирование - основной способ борьбы с электромагнитными помехами в кабелях.

Рис. 1. Экран часть излучения отражает, часть энергии передает в землю, пропуская незначительную долю энергии.

Экран, окружая внутренний сигнальный или силовой проводник, воздействует на электромагнитные помехи. Есть два способа воздействия экрана на ЕМІ:

1. Он отражает излучение;

2. Перенаправляет шумы на земляную шину.

Уровень защиты и степень экранирования могут быть разными, это зависит от:

электрического окружения кабеля;
его стоимости;
характеристик (диаметр, вес, гибкость кабеля).

Практически во всем промышленном оборудовании неэкранированный кабель проходит внутри металлических шкафов или металлических труб, которые являются защитой от внешних электромагнитных излучений.

Есть два типа экранирования кабелей : оплетка и покрытие из фольги.

Фольга для экранированного кабеля - это тонкий слой алюминия, который крепят на основу (обычно это полиэстер), что придает прочность и износоустойчивость. Преимущество такого экрана в 100% покрытии проводников. Но это покрытие усложняет работу, так как очень тонкое. Особенно это касается разъемов. Для заземления применяют отводящий провод, который соединяет конец экрана с землей.

Оплетку делают в виде сетки из оголенной и луженной проволоки. Этот тип экранирования обеспечивает низкоомное заземление и легкое крепление к разъему методом пайки или обжатия. Однако такой экран не дает 100% покрытия, в нем остаются небольшие зазоры. В зависимости от плотности оплетки, покрытие может быть от 70 до 95%. Для стационарного кабеля, в большинстве случаев, допустимая плотность покрытия - 70%, этого вполне достаточно. Как правило, на практике, эффективность экранирования трудно заметить зависимо от процента покрытия. Кроме этого, медь является более хорошим проводником электричества, чем алюминий, поэтому именно медная оплетка более эффективная. Она также дает большую защиту от наводок по цепям питания. Но это увеличит стоимость и размеры экранированного кабеля .

При этом в очень зашумленных местах возникает необходимость использовать многослойные комбинированные экраны из фольги и оплетки. Например, весь кабель может экранироваться оплеткой (как вариант, фольгой и оплеткой в комбинации или же только фольгой), в то время как отдельные пары проводов в многожильных кабелях экранируются фольгой, что обеспечивает защиту от перекрестных наводок между соседними парами. Также в экранированном кабеле могут быть два слоя или оплетки, или фольги.

Компания Alpha Wire предлагает кабель с защитным покрытием, которое объединяет оплеточный и фольгированный экран (метод экранирования SupraShield).

Рис. 2.

Наибольшая эффективность экранирования достигается благодаря тому, что один экран поддерживает другой. Это дает возможность преодолеть прочностные ограничения каждого из них.

Рис. 3. Самая высокая эффективность экранировании достигается за счет комбинированных экранов из фольги-оплетки.

За счет уникальной трехслойной фольгированной ленты (алюминий-полиэстер-алюминий) достигают улучшения эксплуатационных характеристик кабелей SupraShield. Эта лента повышает эффективность экранирования, так как уменьшается сопротивление экрана и отводящего провода, что дает возможность быстрого и легкого заземления.

Экран предназначен для перенаправления любых помех на землю. Необходимо учитывать значимость экранирования. Игнорирования этого вопроса может привести к использованию неэффективных экранов. Важно знать, что экран кабеля обеспечивает низкоомное заземление. Если же не учитывать этого, экранированный кабель будет использоваться неэффективно. Любые повреждения экрана приведут к увеличению импеданса и снижению эффективности экранирования.

1. Правильно используйте кабель в зависимости от зашумленности окружающего пространства. Убедитесь, что кабель имеет достаточную степень экранирования . В среде с умеренной зашумленностью целесообразно будет использовать кабель с фольгированным экраном, который обеспечит высокий уровень защиты. Если же среда более зашумлена, необходимо использовать экран из оплетки или же из оплетки и фольги (комбинированный).

2. Кабель должен быть пригодный для приложения. Если же экранированный кабель будет подвергаться регулярным изгибам, то вместо оплетки необходимо использовать спирально навитую экранировку . Также не используйте гибкие кабели с экраном из фольги, так как их постоянное изгибание приведет к износу такого покрытия.

3. Обратите внимание на то, чтобы оборудование, к которому подсоединен кабель, было правильно заземлено. Всегда проверяйте соединение между точкой заземления и оборудованием, а также используйте заземление там, где для этого есть возможность. Учитывайте то, что степень устранения помех находится в прямой зависимости от величины сопротивления проводника, который идет на землю (чем меньше, тем лучше).

4. Конструкции большинства разъемов имеют максимально допустимую законцовку экрана 360°. Для этого необходимо убедиться, что эффективности экранирования разъема и кабеля одинаковые. К примеру, большинство распространенных разъемов идут с кожухом из металлизированного пластика, который покрыт цинком или алюминием. Не переплачивайте за кабель, необходимость в котором отсутствует, но и не экономьте, чтобы в результате не получить кабель с недостаточной эффективностью экранирования .

5. Делайте заземление кабеля только на одном конце. Это поможет устранить возможное возникновение шумов в заземляющем контуре.

Эффективность экранирования зависит от наиболее слабого компонента. Высококачественный кабель не даст вам необходимого экранирования , если разъем будет низкого качества. И, соответственно, разъем высокого качества не обеспечит защиту системы от помех, если кабель низкопробный.

Подробности

Как делается экранирование волос

Процедура экранирования буквально за считанные минуты позволяет значительно улучшить состояние волос. А шелковые пряди - это не просто визуальный эффект, а результат интенсивной терапии, возвращающей поврежденным прядям силу и красоту.

Суть процедуры

Экранирование является лечебной процедурой, в процессе которой, волосы поочередно обрабатывают несколькими составами. Одни выполняют подготавливающую функцию и раскрывают кератиновые чешуйки. Другие насыщают их питательными веществами, витаминами, растительными протеинами, маслами, кислотами. А третьи создают защитную тонкую пленку, которая защищает локоны от агрессивного воздействия прямых солнечных лучей и жесткой воды.

Достоинства процедуры экранирования:

Волосы становятся атласными и струящимися.
Объем шевелюры увеличивается на 10%.
Убирает желтый оттенок с волос.
Убирает пушистость и склеивает кончики волос.
Имеет накопительный эффект.

Цена вопроса

На стоимость экранирования влияет длина волос и арсенал средств. Сеанс с подборкой Пол Митчел обойдется примерно в 1500-5000 рулей. Продукция Эстель - 500 -2000 рублей, Kemon - 3000 рублей.

Насколько долговечен глянец?

После мытья волос экран становится тоньше, его долговечность зависит от состояния прядей. На измученной утюжками и лаком шевелюре эффект от процедуры сохранится меньше. Рекомендуется 5-10 походов в салон для продолжительного результата. Курс повторяют через 6-10 месяцев. Локоны преобразятся примерно на 1-3 недели. Благодаря щадящей технологии и отсутствию аммиака процедуру повторяют неограниченное количество раз (даже при беременности).

Чем это отличается экранирование от ламинирования волос?

Процедуры принципиально разные действию. Ламинирование воздействует только на внешний слой волос, то есть эффект визуальный. А состав для экранирования проникает внутрь волоса.

Кому стоит обратить внимание на процедуру

Модная новинка особенно эффективна для обладательниц длинных волос (эффект на коротких волосах будет не таким заметным). Она быстро преобразит тусклые и безжизненные волосы, высушенные окраской, частым использованием утюжков, фенов и средств стайлинга.

Комплекс особенно незаменим летом, во время отпуска у моря. Пленка, как пляжный зонтик, защищает прическу от агрессивного напора ультрафиолета, жесткой и соленой воды. Волосы остаются мягкими, сохраняют увлажненный вид и шелковистость.

Сделать экранирование волос будет полезно и жительницам больших городов, так как ежедневно пыль, смог и грязный воздух буквально убивают красоту локонов.

Процедура действует безотказно, когда необходимо срочно блеснуть на важном событии (свадьба, выпускной, корпоратив или свидание).

Будьте готовы, что у процедуры существуют недостатки:

Локоны станут жестче и тяжелее.
Эффект экранирования порадует недолго, от одной до трех недель.
Проблемы с жирной кожей головы усугубятся.

Кому лучше воздержаться?

Людям, страдающим от облысения. Вещества утяжеляют волосы и процесс выпадения станет интенсивнее.
Обладателям жирных волос. Состав стимулируют выработку сала.
Тем, у кого имеются ранки и повреждения на голове.
Страдающим от разных кожных заболеваний.
Аллергикам, чувствительным к компонентам средства.

Разновидности процедуры

В салонах предлагают два типа процедуры. Они зависят от того, необходимо ли изменить тон волос в процессе экранирования.

Цветное. Локоны дополнительно тонируются в нужный оттенок. Процедура отличается «дружелюбностью», поскольку окрашивающая жидкость не содержит щелочей, разрушающих поверхность волоса. Кроме того она насыщена полезными липидами и керамидами.

Бесцветное. В этом случае вы просто улучшаете состояние волос, не изменяя их цвета.

Наборы для экранирования

Сегодня в России наиболее востребованной является профессиональная продукция трех производителей. Каждая линейка имеет свои особенности и достоинства, отличается по составу экранирующих средств и цене. Изучив информацию о них, можно подобрать оптимальный набор для себя.

Средства итальянской марки позволяют не только насытить волосы, но и распрямить кудрявую копну. В набор входит четыре средства: крем для разглаживания, нейтрализатор, восстанавливающий комплекс с кератином и закрепляющий кондиционер. Натуральная жидкая целлюлоза в составе последнего (из экстрактов молодого бамбука и авокадо) предотвращает вымывание краски.

Особенность продуктов этой марки в использовании органических, невредных для волос компонентов. Так в линейках от Kemon нет лаурил сульфата, который вызывает аллергические реакции и искусственных красителей. Стоимость набора колеблется в пределах 2500-3000 рублей.

Российский производитель выпускает линии для светлых и темных волос. В линейке экранирования Estel для блондинок в составе присутствует фиолетовый пигмент, который убирает желтизну. В наборе двухфазный кондиционер, базовое масло (содержащее экстракт макадамии, арганы) и спрей-блеск.

Все они помещены в удобный кейс. Правда, без силиконов в составе все же не обошлось. Средства по очереди наносятся на волосы. К ним прилагается подробная и понятная инструкция. Набор Estel обойдется в 2000 рублей.

Под этой американской маркой выпускаются наборы для цветного и бесцветного экранирования. Каждый из них состоит из четырех баночек: очищающий шампунь, маска для увлажнения, средство для проведения процедуры и лечебный препарат, предотвращающий спутывание.

Под крышечкой увлажняющей маски - только натуральные ингредиенты (гидролизованные протеины пшеницы и сои, фитоэкстракты римской ромашки и тысячелистника). Все сырье для компонентов продукции Paul Mitchell выращивается на собственной ферме компании на Гавайях. Этой маркой пользуются такие звезды, как Мадонна, Бред Питт и Жизель Бундхен. Цена набора для экранирования колеблется в пределах 5000 рублей.

Как выполняется процедура в салоне и дома

Технология выполнения:

В салоне, как и в кабинете врача процесс начинается с диагностики. Специалист оценивает состояние шевелюры и необходимое для этого количество лечебного состава.
Первый шаг - это мягкое очищение специальным шампунем. Его смывают большим количеством теплой воды. Затем особо поврежденные пряди смазывают маской. При необходимости ее дополнительно обогащают маслами из набора для экранирования.
На вымытые и подсушенные локоны наносят выравнивающий поверхность кутикул спрей и масло. Третьим компонентом является смесь, защищающая верхний роговой слой. Именно это действие придает волосам идеальную гладкость.

На все уходит порядка часа. В принципе домашняя технология не отличается от салонной. Разве что пригодятся несколько советов:

Равномерно распределяйте шайнинг-состав на влажные пряди.
Смажьте лоб кремом, чтобы не испачкать кожу.
Смывайте состав под сильным напором, высушите локоны горячим воздухом.
Не жалейте эмульсии для закрепления.

Уход после процедуры

Прелесть процедуры в простом уходе. Под запретом только шампуни глубокого очищения и средства для ухода, содержащие спирт. Табу на укладку нет. Если пряди начнут электризоваться - применяйте шампунь, убирающий статику. Идеально использовать линейку средств (шампуни, бальзамы) производителя, чьим набором вы воспользовались.

Экранирование - отличный способ быстро восстановить здоровую структуру волос. Особенно это актуально для жительниц мегаполисов, чьи волосы даже при надлежащем уходе быстр остановятся тусклыми и безжизненными. Можно доверить свою красоту профессиональным стилистам или пройти курс в домашних условиях. Немного практики и выполнить процедуру получится самостоятельно, при этом результаты будут сходны с салонными.

Экранирование является одним из самых эффективных методов защиты от электромагнитных излучений. Под экранированием понимается размещение элементов ИС, создающих электрические, магнитные и электромагнитные поля, в пространственно замкнутых конструкциях. Способы экранирования зависят от особенностей полей, создаваемых элементами КС при протекании в них электрического тока.

Характеристики полей зависят от параметров электрических сигналов в ИС. Так при малых токах и высоких напряжениях в создаваемом поле преобладает электрическая составляющая. Такое поле называется электрическим (электростатическим). Если в проводнике протекает ток большой величины при малых значениях напряжения, то в поле преобладает магнитная составляющая, а поле называется магнитным. Поля, у которых электрическая и магнитная составляющие соизмеримы, называются электромагнитными.

В зависимости от типа создаваемого электромагнитного поля различают следующие виды экранирования:

 экранирование электрического поля;

 экранирование магнитного поля;

 экранирование электромагнитного поля.

Экранирование электрического поля заземленным металлическим экраном обеспечивает нейтрализацию электрических зарядов, которые стекают по заземляющему контуру. Контур заземления должен иметь сопротивление не более 4 Ом. Электрическое поле может экранироваться и с помощью диэлектрических экранов, имеющих высокую относительную диэлектрическую проницаемость г. При этом поле ослабляется в s раз.

При экранировании магнитных полей различают низкочастотные магнитные поля (до 10 кГц) и высокочастотные магнитные поля.

Низкочастотные магнитные поля шунтируются экраном за счет направленности силовых линий вдоль стенок экрана. Этот эффект вызывается большей магнитной проницаемостью материала экрана по сравнению с воздухом.

Высокочастотное магнитное поле вызывает возникновение в экране переменных индукционных вихревых токов, которые создаваемым ими магнитным полем препятствуют распространению побочного магнитного поля. Заземление не влияет на экранирование магнитных полей. Поглощающая способность экрана зависит от частоты побочного излучения и от материала, из которого изготавливается экран. Чем ниже частота излучения, тем большей должна быть толщина экрана. Для излучений в диапазоне средних волн и выше достаточно эффективным является экран толщиной 0,5-1,5 мм. Для излучений на частотах свыше 10 МГц достаточно иметь экран из меди или серебра толщиной 0,1 мм. Электромагнитные излучения блокируются методами высокочастотного электрического и магнитного экранирования. Экранирование осуществляется на пяти уровнях:

 уровень элементов схем;

 уровень блоков;

 уровень устройств;

 уровень кабельных линий;

 уровень помещений.

Экранирование кабелей осуществляется с помощью металлической оплетки, стальных коробов или труб.

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.

Выбор числа уровней и материалов экранирования осуществляется с учетом:

 характеристик излучения (тип, частота и мощность);

 требований к уровню излучения за пределами контролируемой зоны и размеров зоны;

 наличия или отсутствия других методов защиты от ПЭМИН;

 минимизации затрат на экранирование.

Экранирование, помимо выполнения своей прямой функции защиты от ПЭМИН, значительно снижает вредное воздействие электромагнитных излучений на организм человека. Экранирование позволяет также уменьшить влияние электромагнитных шумов на работу устройств. Для предотвращения утечки информации по радиоэлектронным техническим каналам утечки информации, вызванных ПЭМИН и радиозакладными устройствами, на опасных направлениях применяют электромагнитные экраны. Физические процессы при экранировании отличаются в зависимости от вида поля и частоты его изменения.

Способность экрана ослаблять энергию полей оценивается эффективностью экранирования (коэффициентом ослабления). Если напряженность поля до экрана равна Е 0 и Н 0 , а за экраном - Еэ и Нэ, то Se = Е 0 / Еэ и S H = Н 0 / Нэ. На практике эффективность экранирования измеряется в децибелах (дБ) и неперах (Нп): Se(H) = гО^Оу / Е (Щ] [дБ] или Se(H) = 1п[Е0(Н0) / ЕДН)] [Нп].

Аналитические зависимости эффективности экранирования определены для идеализированных (гипотетических) моделей экранов в виде бесконечно плоской однородной токопроводящей поверхности, однородной сферической токопроводящей поверхности и однородной бесконечно протяженной цилиндрической токопроводящей поверхности. Для других вариантов эффективность экранирования определяется с погрешностью, зависящей от степени их подобия гипотетическим.

1. При экранировании электрического поля электроны экрана под действием внешнего электрического поля перераспределяются таким образом, что на поверхности экрана, обращенной к источнику поля, сосредоточиваются заряды, противоположные по знаку зарядам источника, а на внешней (другой) поверхности экрана концентрируются одинаковые с зарядами источника поля.

Положительные заряды создают вторичное электрическое поле, близкое по напряженности к первичному. С целью исключения вторичного поля, создаваемого зарядами на внешней поверхности экрана, экран заземляется и его заряды компенсируются зарядами земли. Экран приобретает потенциал, близкий потенциалу земли, а электрическое поле за экраном существенно уменьшается. Полностью устранить поле за экраном не удается изза неполной компенсации зарядов на его внешней стороне вследствие ненулевых значений сопротивления в экране и цепях заземления, а также изза распространения силовых линий вне границ экрана.

Эффективность экранирования зависит от электропроводности экрана и сопротивления заземления. Чем выше проводимость экрана и цепей заземления, тем выше эффективность электрического экранирования. Толщина экрана и его магнитные свойства на эффективность экранирования практически не влияют.

2. Экранирование магнитного поля достигается в результате действия двух физических явлений:

«втягивания» (шунтирования) магнитных силовых линий поля в экран из ферромагнитных материалов (с ц » 1), обусловленного существенно меньшим магнитным сопротивлением материала экрана, чем окружающего воздуха;

Возникновением под действием переменного экранируемого поля в токопроводящей среде экрана индукционных вихревых токов, создающих вторичное магнитное поле, силовые линии которого противоположны магнитным силовым первичного поля.

Магнитное сопротивление пропорционально длине магнитных силовых линий и обратно пропорционально площади поперечного сечения рассматриваемого участка и величине магнитной проницаемости среды (материала), в которой распространяются магнитные силовые линии. При втягивании магнитных силовых линий в экран уменьшается их напряженность за экраном. В результате этого повышается коэффициент экранирования.

При воздействии на экран переменного магнитного поля в материале экрана возникают также ЭДС, создающие в материале экрана вихревые токи в виде множества замкнутых колец. Кольцевые вихревые токи создают вторичные магнитные поля, которые вытесняют основное и препятствует его проникновению вглубь металла экрана. Экранирующий эффект вихревых токов тем выше, чем выше частота поля и больше сила вихревых токов.

Коэффициент экранирования магнитной составляющей поля представляет собой сумму коэффициентов экранирования, обусловленного рассмотренными физическими явлениями. Но доля слагаемых зависит от частоты колебаний поля. При f = 0 экранирование обеспечивается только за счет шунтирования магнитного поля средой экрана. Но с повышением частоты поля все сильнее проявляется влияние на эффективность экранирования вторичного поля, обусловленного вихревыми токами в поверхности экрана. Чем выше частота, тем больше влияние на эффективность экранирования вихревых токов.

В силу разного влияния рассмотренных физических явлений магнитного экранирования отличаются требования к экранам на низких и высоких частотах. На низких частотах (приблизительно до единиц кГц), когда преобладает влияние первого явления, эффективность экранирования зависит в основном от магнитной проницаемости материала экрана и его толщины. Чем больше значения этих характеристик, тем выше эффективность магнитного экранирования.

Эффективность экранирования за счет вихревых токов зависит от их силы, на величину которой влияет электрическая провидимость экрана. В свою очередь это сопротивление прямо пропорционально электрическому сопротивлению материала экрана и обратно пропорционально его толщине. Однако по мере повышения частоты поля толщина материала экрана, в которой протекают вихревые токи уменьшаются изза так называемого поверхностного или скинэффекта. Сущность его обусловлена тем, что внешнее (первичное) магнитное поле ослабевает по мере углубления в материал экрана, так как ему противостоит возрастающее вторичное магнитное поле вихревых токов.

Следовательно, для обеспечения эффективного магнитного экранирования на высоких частотах следует для экранов использовать материалы с наибольшим отношением ц / р, учитывая npи этом, что с повышением f сопротивление из-за поверхностного эффекта возрастает в экспоненциальной зависимости. На высоких частотах глубина проникновения может быть столь малой, а сопротивление столь велико, что применение материалов с высокой магнитной проницательностью, например пермаллоя, становится нецелесообразным. Для f > 10 МГц значительный экранирующий эффект обеспечивает медный экран толщиной всего 0,1 мм Для экранирования магнитных полей высокочастотных контуров усилителей промежуточной частоты бытовых радио и телевизионных приемников широко применяют алюминиевые экраны, которые незначительно уступают меди по удельному электрическому сопротивлению, но существенно их легче. Для высоких частот толщина экрана определяется в основном требованиями к прочности конструкции.

Кроме того, на эффективность магнитных экранов влияет кон струкция самого экрана. Она не должна содержать участков с отверстиями, прорезями, швами на пути магнитных силовых линий и вихревых токов, создающих им дополнительное сопротивление.

Так как магнитное экранирование обеспечивается за счет токов, а не зарядов, магнитные экраны не нуждаются в заземлении.

В зависимости от частоты, показателей магнитных и электрических свойств материала экрана влияние отражения и поглощения на разных частотах существенно отличается. На низких частотах наибольший вклад в эффек тивность экранирования вносит отражение от экрана электромагнитной волны, на высоких - ее поглощение в экране. Доля эти составляющих в суммарной величине эффективности электромагнитного экранирования одинаковая для немагнитных (ц ≥ 1) экранов на частотах в сотни кГц (для меди - 500 кГц), для магнитныых (ц ≤ 1) - на частотах в доли и единицы кГц, например для пер маллоя - 200 Гц. Магнитные материалы обеспечивают лучшее экранирование электромагнитной волны за счет поглощения, а не магнитные, но с малым значением удельного сопротивления - за счет отражения.

Кроме того, учитывая, что электромагнитная волна содержит электрическую и магнитную составляющие, то при электромагнитном экранировании проявляются явления, характерные для электрического и магнитного экранирования.

Следовательно, на низких частотах материал для экрана должен быть толстым, иметь высокие значения магнитной проницаемости и электропроводности. На высоких частотах экран должен иметь малые значения электрического сопротивления, а требования к его толщине и магнитной проницаемости материала существенно снижаются. Для обеспечения экранирования электрическое составляющей электромагнитный экран надо заземлять.

Экранировка помещений, локальных технических устройств и их элементов - одно из самых эффективных, но и дорогостоящих мероприятий по противодействию технической разведке.

Экранирующие свойства имеют и обычные помещения. Степень их защиты зависит от материала и толщины стен и перекрытий, наличия и размера оконных проемов. Специальные экранированные помещения позволяют достичь ослабления опасного сигнала до 80 -100 дб. При экранировании помещений необходимо добиваться полного контакта защитной сетки на стыках, на вводах коммуникаций и в дверных проемах. Также тщательно должны закрываться вентиляционные отверстия и вводы силовых и сигнальных линий.

Необходимый эффект экранирования достигается и путем использования экран - сооружений (экранированные камеры). Последние изготавливаются в заводских условиях в виде цельносварного или разборного модуля и используются в случаях, когда экранирование помещений невозможно или крайне затруднительно по технологическим причинам.

Защита от ПЭМИН персональных компьютеров и периферийных устройств преимущественно осуществляется также применением пассивных средств на основе использования современных технологий.

Экранирование технических устройств и соединительных линий эффективно только при условии их правильного заземления. Основные требования, предъявляемые к системе заземления, заключаются в следующем:

· система заземления должна включать общий заземлитель, заземляющий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

· сопротивление системы заземления должно быть минимально возможным;

· каждый заземляемый элемент должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых элементов запрещается;

· система должна быть свободной от замкнутых контуров;

· не следует использовать общий проводник в системах экранирующих заземлений, защитных заземлений и сигнальных цепей;

· контакты должны быть защищены от коррозии и образования оксидных пленок и гальванопар;

· запрещается использовать в качестве заземляющего элемента нулевые фазы электросетей, металлоконструкции зданий, трубы систем жизнеобеспечения.

Александр Ивко

Технический директор

Основным методом обеспечения Электромагнитной совместимости в части устойчивости к воздействию электромагнитным полем, а так же соответствию требованиям к уровню излучаемых помех, является электромагнитное экранирование. Установка экранов на помехоизлучающие элементы обеспечивает разделение сигналов, необходимое для функционирования Радиоэлектронной Аппаратуры, повышает избирательность приемников, помехозащищенность чувствительной аппаратуры, чистоту сигнала генераторов, точность работы приборов. Правильный выбор метода экранирования, материала экрана и его конструкции очень важны именно на начальном этапе проектирования, поскольку он будет определять возможность успешного прохождения испытаний на ЭМС и качественного функционирования разрабатываемой аппаратуры.

Финансовые и временные затраты на обеспечение экранирования РЭА возрастают экспоненциально с ростом размеров изделия и приближением этапа сдачи изделия. При этом цена просчета, совершенного на начальном этапе проектирования, на этапе сдачи изделия может сравняться с его стоимостью. Пример из практики. Изделие представляющие из себя набор оборудования, установленного в морской контейнер. К изделию в целом предъявляются жесткие военные требования по излучаемым помехам в широком частном диапазоне. Однако данные требования не были учтены на этапе проектирования контейнера. В результате в конструкции не обеспечен надежный контакт по периметру дверей, не установлены фильтры ввода питания, оценочный коэффициент экранирования вентиляционной решетки недостаточен для обеспечения заданного в ГОСТ коэффициента экранирования. По предварительной оценке переделка контейнера, с учетом сроков сдачи изделия в эксплуатацию превышает стоимость самого контейнера. Именно поэтому необходимо тщательно планировать помеховую обстановку изделия, применяя экраны, фильтры, поглощающие материалы.

Рассмотрим взаимодействие электромагнитной волны с экраном и определение коэффициента экранирования. В общем случае коэффициент экранирования К э - это отношение интенсивности электромагнитного поля измеренного до установки непрерывного бесконечного экрана и после его установки. На рисунке 1 приведены формулы для его расчета при измерении напряженности поля в различных величинах.

Рисунок 1

От каждой границы раздела сред происходит отражение электромагнитной волны, а в толще материала происходит поглощение. На высоких частотах коэффициент экранирования определяется в основном коэффициентом отражения Е 5 , который для электромагнитного поля близок к ста процентам и растет с повышением частоты и проводимости материала. Коэффициент отражения связан с генерацией в тонком приповерхностном слое токов той же частоты, что и воздействующее поле и, следовательно, генерацией поля противоположной направленности. Поглощение Е 3 - связанно со скин эффектом - протеканием токов высокой частоты в тонком приповерхностном слое проводника. Толщина скин слоя убывает с ростом частоты и проводимости и увеличивается с ростом магнитной проницаемости. Например, для 50Гц - 1см.; 5кГц - 0,1см; 0,5 МГц - 10мкм; 2,4 ГГц-1,67мкм. Таким образом, для эффективного экранирования высокочастотных полей достаточно иметь тонкий экран из материала с высокой проводимостью и низкой магнитной проницаемостью.

Напротив, для экранирования постоянных магнитных полей и низкочастотных электромагнитных полей, где преобладает магнитная составляющая необходимы материалы с высокой магнитной проницаемостью. Чем выше магнитная проницаемость материала, тем выше коэффициент экранирования.

Рисунок 2

Итоговый коэффициент экранирования представляет собой сумму потерь на отражение и поглощение. На рисунке 2 приведены расчетные значения потерь на отражение и поглощение для стали (проводимость 7,69х10 6 См/м, относительная магнитная проницаемость 50) и меди (проводимость 58х10 6 , проницаемость 0,9999). Для меди с ростом частоты потери на отражение уменьшаются, а потери на поглощение увеличивается из-за её высокой проводимости. Для стали потери на отражение так же уменьшаются, потери на поглощение растут сначала даже быстрее чем у меди, так как на низких частотах все ещё велика магнитная составляющая, однако с дальнейшим повышением частоты эта же проницаемость, а так же низкая проводимость стали приводят к уменьшению потерь на поглощение и на сверхвысоких частотах сталь малоэффективна. Следовательно, для экранирования на высоких частотах предпочтительно использовать материалы с высокой проводимостью. На низких частотах материалы, с высокой проницаемостью.

Рисунок 3

Примеры металлов и сплавов сведены в таблицу, представленную на рисунке 3. Для экранирования магнитного поля предпочтительным материалом является пермаллой с начальной проницаемостью 10×10 3 - 100×10 3 , далее по убывающей, альсифер - 35000, железо чистое - 10000, трансформаторная сталь 250 - 1000, сталь конструкционная - 50 и другие магнитомягкие материалы. Для экранирования высокочастотных электромагнитных полей необходимо применять материалы с высокой проводимостью: серебро 62×10 6 См/м; медь 58×10 6 См/м, алюминий 37×10 6 См/м, латунь 12,5×10 6 См/м, сталь 7,6х10 6 См/м. При этом металлы и сплавы с высокой проводимостью, кроме стали не годятся для экранирования постоянных магнитных полей, т.к. имеют магнитную проницаемость равную 1 (как у воздуха). Для экранирования в широком диапазоне частот лучше всего подходят многослойные материалы, например сталь, с нанесенным слоем из хорошо проводящего металла. Такие листы применяют для изготовления безэховых камер. Для дальнейшего повышения коэффициента экранирования возможно использование комбинированных многослойных материалов.

Конструкция экранов.

Получить качественный экран с высоким коэффициентом экранирования очень просто - необходимо изготовить замкнутый электрически герметичный контур (например, куб) и вы с легкостью получите К э порядка 100дБ и более. К сожалению, в реальности это невозможно, т.к. необходимы отверстия для ввода кабелей, для вентиляции и для обслуживания аппаратуры.

Рисунок 4

Каждое отверстие или щель в экране сравнимые с 1/20 длины волны следует учитывать при планировании экрана рисунок 4. Например, для 1ГГц отверстие диаметром 1,5 мм ухудшит коэффициент экранирования до 40dВ, 1,5 см до 20dВ. При увеличении количества отверстий коэффициент экранирования ухудшится на К n =20log n. Необходимо избегать больших отверстий и щелей в экране. Много маленьких отверстий лучше, чем одно большое.

Рисунок 5

В случае, если все же необходимо использовать отверстие строго определенного диаметра (например, для вентиляции или ввода диэлектрических кабелей). Можно использовать запредельный волновод рисунок 5. Это полая трубка из проводящего материала, длина которой значительно превышает диаметр. Свойства этой конструкции частотно зависимы. Электромагнитные волны ниже определенной частоты будут распространяться с очень большим затуханием. Частота выше которой электромагнитная волна распространяется по волноводу практически без потерь называется частотой среза волновода, и определяется из его наибольшего внутреннего размера по формуле f=150000/g, где g-наибольший поперечный размер отверстия. Для прямоугольного волновода шириной 5 мм частота среза равна 30 ГГц. Коэффициент ослабления уже будет зависеть и от длины волновода и частоты и рассчитывается по формуле, представленной на рисунке 5.

Рисунок 6

Для примера на рисунке 6 построены графики коэффициентов ослабления волноводов различной конфигурации. Видно, что при уменьшении длины трубки с 20 до 10мм Кэ уменьшается со 108 дБ до 54 дБ, при этом частота среза остается постоянной. При изменении диаметра отверстия - изменяется частота среза волновода. Для волновода диаметром 20мм - это 10 ГГц, для волновода диаметром 200мм это уже 1 ГГц. У запредельного волновода есть еще одно ограничение - если внутрь волновода ввести проводящий кабель, то волновод потеряет свои изолирующие свойства. Запредельный волновод подходит только для ввода диэлектрических кабелей типа оптических, которые не сильно искажают диэлектрическую проницаемость среды. На рисунке 7 представлены конструкции из запредельных волноводов.

Рисунок 7

Мы рассмотрели технические решения для создания вентиляционных решеток и ввода оптических кабелей, есть ещё одна проблема - образование щелей и зазоров, неизбежно появляющихся в процессе соединения элементов конструкции друг с другом. На рисунке 8 схематично изображены в большом увеличении две соприкасающиеся детали. Кроме непосредственного искривления самих элементов конструкции металлические детали имеют неровности, которые соприкасаясь друг с другом, образуют зазоры и щели. Для надежного электрического контакта в этом случае необходимо применить довольно большое усилие прижима либо, применить проводящую прокладку, которая обеспечит непрерывный контакт на всем протяжении щели.

Рисунок 8

В настоящее время промышленность выпускает огромное количество проводящих прокладок, самых различных свойств и размеров рисунок 9.

Рисунок 9

Планирование помеховой обстановки на различных этапах разработки

Планировать помеховую обстановку и экранирование необходимо на начальном этапе проектирования. Предотвращая распространение нежелательных сигналов от самого источника.

Рисунок 10

Первый уровень разработки - дизайн печатной платы рисунок 10, сюда относятся правильное проектирование полигонов земли, линий передачи, фильтров. Для экранирования отдельных элементов или целых областей печатной платы применяются металлические экраны. Они состоят из двух частей одна часть - основание, фиксируется на печатной плате, вторая часть - крышка надевается сверху и фиксируется зажимами, защелками, или пайкой.

Рисунок 11

Дизайн блока, рисунок 11. Представлены блоки, направленные на создание коэффициента экранирования около 100дБ. Шаг винтов выбирается исходя из максимальной частоты, которую необходимо экранировать, так же необходимо использовать проводящую прокладку. Корпус выполнен из цельного куска металла, это оправдано, когда необходимы сложные формы с разделением каналов, зон с разными частотами и мощностями.

Рисунок 12

Дизайн корпуса, рисунок 12. На данном этапе появляются вентиляционные отверстия, подвижные элементы и прозрачные панели для экранов. Окончательный коэффициент экранирования такой конструкции уже довольно трудно рассчитать, зато его можно достаточно достоверно оценить методом непосредственного измерения. Благодаря тому, что внутрь вполне может поместиться излучающая антенна с источником сигнала.

Рисунок 13

Итак, для создания эффективного экрана необходимо:

а) Подобрать материал, его структуру и толщину в зависимости от составляющей электромагнитного поля, которую необходимо экранировать.

б) По возможности исключить любые отверстия и щели и любые другие прерывания электрического контакта по размерам сравнимые с 1/20 длиной волны.

в) Для вентиляции и ввода кабелей использовать «запредельные волноводы»

г) Для ввода сигналов и питания использовать оптические линии связи и проходные фильтры

д) Для обеспечения контакта по периметру сборных конструкций использовать проводящие прокладки или пружинные контакты

е) Контролировать коэффициент экранирования корпусов, проводя натурные измерения когда это возможно.

Применяя эти правила можно довольно дешево и быстро решить проблемы Электромагнитной совместимости, возникающие при разработке и эксплуатации Радиоэлектронной аппаратуры. А так же с уверенностью подтвердить соответствие Радиоэлектронной аппаратуры требованиям ГОСТ в аккредитованной испытательной лаборатории. Такой организацией является Испытательная Лаборатория Электромагнитной Совместимости ЗАО «ТЕСТПРИБОР аккредитованная «АРМАК» и «ВОЕННЫЙ Регистр» Протокол нашей лаборатории позволяет, в том числе получить сертификат соответствия продукции. По требованию заказчика работы проводятся под контролем Военного представителя МО РФ. Лаборатория проводит испытания на соответствие требованиям подавляющего большинства нормативных документов по ЭМС из области Авиации и наземной техники. С полным списком ГОСТ можно ознакомиться в наших буклетах или на сайте компании.

Сегодня трудно переоценить важность проведения испытаний на ЭМС. Особенно в связи с участившимися техногенными авариями, они лишь показывают что необходимо не только расчетами, но и натурными испытаниями подтверждать соответствие продукции государственным стандартам. Особенно это относится к военной, космической и авиационной отраслям, где цена ошибки очень высока.

И каждый раз проводя испытания, мы уверены, что делаем и свой небольшой вклад в развитие и повышение качества техники выпускаемой Российскими предприятиями.

Введение

XXI век – век информационных технологий. Материальные ресурсы теряют свое значение, и на смену им приходят информационные ресурсы, которые со временем неуклонно растут. Информационные технологии охватывают все сферы жизнедеятельности человека. Вместе с тем появляются информационные преступления и способы защиты информации.

Электронные и радиоэлектронные средства, особенно средства электросвязи, обладают основными электромагнитным излучением, специально вырабатываемым для передачи информации, и нежелательными излучениями, образующимися по тем или иным причинам конструкторско-технологического характера.

Все методы защиты информации от побочных электромагнитных излучений и наводок можно разделить на пассивные и активные.

Пассивные методы обеспечивают уменьшение уровня излучаемых сигналов и снижение их информативности.

Для защиты информации от утечки по электромагнитным каналам применяются как общие методы защиты от утечки, так и специфические – именно для этого вида каналов. Кроме того, защитные действия можно классифицировать на конструкторско-технологические решения, ориентированные на исключение возможности возниконовения таких каналов, и эксплуатационные, связанные с обеспечением условий использования тех или иных технических средств в условиях производственной и трудовой деятельности.

Конструкторно-технологические мероприятия по локализации возможности образования условий возникновения каналов утечки информации за счет побочных электромагнитных излучений и наводок в технических средствах обработки и передачи информации сводятся к рациональным конструкторно-технологическим решениям, к числу которых относятся:

Экранирование элементов и узлов аппаратуры;

Ослабление электрмагнитной, емкостной, индуктивной связи между элементами и токонесущими проводами;

Фильтрация сигналов в цепях питания и заземления и другие меры, связанные с использованием ограничителей, развязывающих цепей, систем взаимной компенсации, ослабителей и других мер по ослаблению или уничтожению побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).

Общие сведения об экранировании

Наиболее эффективным способом защиты от ПЭМИН является экранирование, при котором элементы компьютерной системы (КС), создающие ЭМ излучения, размещаются в пространственно замкнутых конструкциях, препятствующих такому излучению во внешнюю среду.

Способы экранирования зависят от характеристик ЭМ полей, создаваемых КС при протекании в них электрических сигналов. Экранирование может происходить как на уровне отдельных элементов схем, так и на уровне блоков, устройств, кабельных линий связи, а также на уровне помещений, где находится КС.

Элементы схем с высоким уровнем побочных излучений могут помещаться в металлические или металлизированные напылением заземленные корпуса. Начиная с уровня блоков, экранирование осуществляется с помощью конструкций из листовой стали, металлических сеток и напыления. Экранирование кабелей производится с помощью металлической оплетки, стальных коробов и труб. Существенно более дорогим является экранирование помещений. Двери таких помещений делаются из стали или покрываются токопроводящими материалами. Окна так же экранируются сеткой, металлизированными шторами или оклеиваются токопроводящими пленками.

Качество экранирования характеризуется степенью ослабления ЭМП, называемой эффективностью экранирования. Она выражается отношением значений величин E, H, S в данной точке при отсутствии экрана к значениям Eэ, Hэ, Sэ в той же точке при наличии экрана. На практике обычно ослабление излучения оценивают в децибелах и определяют по одной из следующих формул:

L = 20lg (E/Eэ) - для электрического поля;

L = 20lg (H/Нэ) - для магнитного поля;

L = 10lg (P/Pэ) - для электромагнитного поля.

Экраны делятся на поглощающие и отражающие. Защитное действие отражающих экранов обусловлено тем, что воздействующее поле наводит в толще экрана вихревые токи, магнитное поле которых направлено противоположно первичному полю. Результирующее поле быстро убывает в экране, проникая в него на незначительную величину. Глубину проникновения δ для любого заранее заданного ослабления поля L можно вычислить по формуле:

δ = ln L / √ωμ(γ/2),

где μ и γ – соответственно магнитная проницаемость (Гн/м) и удельная электрическая проводимость (См/м) материала. Для избежания эффекта насыщения экран делают многослойным, при этом желательно, чтобы каждый последующий (по отношению к экранируемому излучению) слой имел большее начальное значение магнитной проницаемости, чем предыдущий, так как эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля в толщу материала обратно пропорциональна произведению его магнитной проницаемости и проводимости. Толщина экрана, необходимая для обеспечения заданного значения его эффективности, легко определяется из зависимости глубины проникновения от частоты для различных материалов, часто используемых при изготовлении экранов, приведены на рисунке:

Эффективность экранирования вследствие отражения можно просто определить как
, где Z для металлических материалов можно представить в виде:

или

Значительно большего эффекта экранирования можно достичь, используя не однородные, а многослойные экраны той же суммарной толщины. Это объясняется наличием в многослойных экранах нескольких границ раздела поверхностей, на каждой из которых происходит отражение электромагнитной волны вследствие разницы волновых сопротивлений слоев. Эффективность многослойного экрана зависит не только от числа слоев, но и порядка их чередования. Наиболее эффективны экраны из комбинаций магнитных и немагнитных слоев, причем наружный по отношению к источнику излучения поля слой предпочтительнее выполнять из материала, обладающего магнитными свойствами.

Расчет эффективности экранирования двухслойными экранами из различных материалов показывает, что наиболее целесообразным в диапазоне частот 10 кГц - 100 мГц является сочетание медного и стального слоев. При этом толщина магнитного слоя должна быть больше, чем немагнитного (сталь - 82% общей толщины, медь -18%).

Зависимость эффективности экранирования двухслойного медно-стального цилиндрического экрана: 1-результирующая, 2 - за счет поглощения, 3 - за счет отражения.

Этот рисунок иллюстрирует расчетную зависимость эффективности экранирования электромагнитного поля на частоте 55 кГц двухслойным медно-стальным цилиндрическим экраном (радиус 17,5 мм, общая толщина слоев 0,4 мм) от изменения толщины каждого слоя.

На расстоянии, равном длине волны, ЭМП в проводящей среде полностью затухает, поэтому для эффективного экранирования толщина стенки экрана должна быть примерно равна длине волны в металле. Глубина проникновения ЭМП высоких и сверхвысоких частот очень мала, например для меди она составляет десятые и сотые доли миллиметра, поэтому толщину экрана выбирают по конструктивным соображениям.

В ряде случаев для экранирования применяют металлические сетки, позволяющие производить осмотр и наблюдение экранированных установок, вентиляцию и освещение экранированного пространства. Сетчатые экраны обладают худшими экранирующими свойствами по сравнению со сплошными. Их применяют в тех случаях, когда требуется ослабить плотность потока мощности на 20 – 30 дБ (в 100 – 1000 раз).

Все экраны должны заземляться. Швы между отдельными листами экрана или сетки должны обеспечивать надежный электрический контакт между соединяемыми элементами. Однако при экранировании магнитного поля заземление экрана не изменяет величины возбуждаемых в экране токов и, следовательно, на эффективность экранирования не влияет. Экранирование бывает электростатическое, магнитостатическое и электромагнитное.

С повышением частоты сигнала применяется исключительно электромагнитное экранирование. Действие ЭМ экрана основано на том, что высокочастотное ЭМП ослабляется им же созданным (благодаря образующимся в толще экрана вихревым токам) полем обратного направления.

Если расстояние между экранирующими цепями, проводами, приборами составляет 10% от четверти длины волны, то можно считать, что ЭМ связи этих цепей осуществляются за счет обычных электрических и магнитных полей, а не в результате переноса энергии в пространтсве с помощью ЭМВ. Это дает возможность отдельно рассматривать экранирование электрических и магнитных полей, что очень важно, так как на практике преобладает какое-либо одно из полей и подавлять другое нет необходимости.