Для запобігання витоку інформації по радіоелектрон-ним технічним каналам витоку інформації, викликаних ПЕМВН і радіозаставних пристроїв, на небезпечних направле-ниях застосовують електромагнітні екрани. Фізичні процеси при екранування відрізняються в залежності від виду поля і годину-тоти його зміни.
Розрізняють електричні екрани для екранування елект-рического поля, магнітні для екранування магнітного поля і електромагнітні - для екранування електромагнітного поля. Здатність екрану послаблювати енергію полів оцінює-ся ефективністю екранування (коефіцієнтом ослаблені-ня). Якщо напруженість поля до екрану дорівнює Е0 і Н0. а за Екран-ном - Ее і НЕ. то Se = EQ / Ее і sh = Н0 / НЕ. На практиці ефектив-ність екранування вимірюється в децибелах (дБ) і Непером (Нп): sc (h) = 201g [E0 (H0) / Ез (Н $ [дБ] або Se (H) = ln [E0 (H0) / Ее (Н)] [Нп].
Аналітичні залежності ефективності екранування визначені для ідеалізованих (гіпотетичних) моделей ек-Ранов у вигляді нескінченно плоскої однорідної токопроводящей поверхні, однорідної сферичної токопроводящей поверхні і однорідної нескінченно протяжної циліндричної токопроводящей поверхні. Для інших варіантів ефективність Екран-вання визначається з похибкою, яка залежить від ступеня їх подібності гіпотетичним.
1. При екранування електричного поля електрони екрану під дією зовнішнього електричного поля перерозподіляють-ся таким чином, що на поверхні екрану, зверненої до источ-нику поля, зосереджуються заряди, протилежні за знаком зарядів джерела, а на зовнішній (інший) поверхні екрану кон- центруються однакові з зарядами джерела поля (рис. 12.1).
Позитивні заряди на рис. 12.1 створюють вторинне елек-тричних поле, близьке по напруженості до первинного. З це-ллю виключення вторинного поля, створюваного зарядами на поза-шней поверхні екрану, екран заземлюється і його заряди компенсуються зарядами землі. Екран набуває потенціал, близький потенціалу землі, а електричне поле за екраном істотно зменшується. Повністю усунути поле за екраном не вдається через неповної компенсації зарядів на його зовнішній стороні вследс-твие ненульових значень опору в екрані і ланцюгах заземлені-ня, а також через поширення силових ліній поза межами ек-рана.
Мал. 12.1. Екранування електричного поля
Ефективність екранування залежить від електропроводнос-ти екрану і опору заземлення. Чим вище провідність екрану і ланцюгів заземлення, тим вище ефективність електричні-кого екранування. Товщина екрана і його магнітні властивості на ефективність екранування практично не впливають.
2. Екранування магнітного поля досягається в результаті дії двох фізичних явищ:
• «втягування» (шунтування) магнітних силових ліній поля в екран з феромагнітних матеріалів (з jj, "1), обумовлений-ного істотно меншим магнітним опором мате-ріалу екрану, ніж навколишнього повітря;
* Виникненням під дією змінного екраніруемого-го поля в токопроводящей середовищі екрану індукційних вихорі-вих струмів, що створюють вторинне магнітне поле, силові ли-нии якого протилежні магнітним силовим первинного поля.
Магнітний опір пропорційно довжині магнітних силових ліній і обернено пропорційно площі поперечного перерізу розглянутого ділянки і величиною магнітної проникності середовища (матеріалу), в якій поширюються магніт-ні силові лінії. При втягуванні магнітних силових ліній в екран зменшується їх напруженість за екраном. В результаті цього підвищується коефіцієнт екранування.
При впливі на екран змінного магнітного поля в матеріалі екрану виникають також ЕРС, що створюють в матеріалі екрану вихрові струми в вигляді безлічі замкнутих кілець. Кільцеві вихрові струми створюють вторинні магнітні поля, які ви-тісняться основне і перешкоджає його проникненню всередину ме-Таллах екрану. Екранує ефект вихрових струмів тим вище, чим вище частота поля і більше сила вихрових струмів.
Коефіцієнт екранування магнітної складової поля є сумою коефіцієнтів екранування, обус-ловлений розглянутими фізичними явищами. Але частка доданків залежить від частоти коливань поля. При f = 0 екрані-вання забезпечується тільки за рахунок шунтування магнітно-го поля середовищем екрану. Але з підвищенням частоти поля все сильніше проявляється вплив на ефективність екранування вторинно го поля, обумовленого вихровими струмами в поверхні екрану. Чим вище частота, тим більше вплив на ефективність екранів-вання вихрових струмів.
В силу різного впливу розглянутих фізичних явищ магнітного екранування відрізняються вимоги до екранів на низьких і високих частотах. На низьких частотах (приблизно до одиниць кГц), коли переважає вплив першого явища, еф-ність екранування залежить в основному від магнітної про-ніцаемості матеріалу екрану і його товщини. Чим більше зна-ня цих характеристик, тим вище ефективність магнітного ек-ранірованія. Для екрану, наприклад, у вигляді куба ефективність магнітного екрану можна оцінити за формулою:
де d - товщина стінок екрану; D - розмір сторони екрану кубі-чеський форми.
Ефективність екранування за рахунок вихрових струмів зави-сит від їх сили, на величину якої впливає електрична провідність екрану. У свою чергу це опір прямо пропорційно електричному опору матеріалу екрану і обернено пропорційно його товщині. Однак у міру вище-ня частоти поля товщина матеріалу екрану, в якій протікають-ють вихрові струми зменшуються через так званого поверхні-тного або скін-ефекту. Сутність його обумовлена тим, що поза-Шнее (первинне) магнітне поле слабшає в міру поглиблення в матеріал екрану, так як йому протистоїть зростаюче вторинний-ве магнітне поле вихрових струмів. Напруженість змінно-го магнітного поля зменшується в міру проникнення його в ме-талл екрану на глибину х від його поверхні по експоненціально-му закону:
де про - еквівалентна глибина проникнення, відповідна ослаблення напруженості магнітного поля в 2,72 рази і обчислюва-ється за формулою:
де р - питомий електричний опір матеріалу екрану в Ом • мм 2 / м; f- частота магнітного поля в Гц; ц - відносна магнітна проникність матеріалу екрану.
Зменшення еквівалентної глибини проникнення при збіль-личен ц обумовлено тим, що феромагнітні матеріали «втя-ГІВА» силові магнітні лінії первинного поля, в результа-ті чого підвищуються концентрація магнітних силових ліній і, отже, напруженість магнітного поля всередині ма-ла екрану. В результаті цього підвищуються рівні індукованих в ньому зарядів, наслідком чого є збільшення значень вих-ревих струмів і напруженості вторинного магнітного поля. Таким чином, глибина проникнення тим менше, чим вище частота поля, питома магнітна проникність і електрична прово-ність металу екрану.
На високих частотах ефективність магнітного екранірова-ня в дБ екраном товщиною d в мм можна визначити, підставивши в Sn = 20 Ig (Hx / H0) вираз для Нх. В результаті такої подстанов-ки і перетворення легко отримати, що
Однак цей вислів може використовуватися для наближений-ної оцінки ефективності екранування за умови, що зна-ня d можна порівняти з а. Якщо d »а, то ІЗТ за поверхневого ефекту збільшення d слабо впливає на ефективність екранування, так як вторинне магнітне поле створюють вихрові струми в поверх-ностно шарі екрану.
Отже, для забезпечення ефективного магнітного екранування на високих частотах слід для екранів викорис-товувати матеріали з найбільшим відношенням ц / р, з огляду на при цьому, що з підвищенням f опір через поверхневого еф-фекта зростає в експоненційної залежності. На високих частотах глибина проникнення може бути настільки малою, а з-опір настільки велике, що застосування матеріалів з високою магнітною проникливістю, наприклад пермаллоя, становит-ся недоцільним. Для f> 10 МГц значний екранують-щий ефект забезпечує мідний екран товщиною всього 0,1 мм. Для екранування магнітних полів високочастотних контурів підсилювачів проміжної частоти побутових радіо- і ТВ-ційних приймачів широко застосовують алюмінієві екрани, ко-торие незначно поступаються міді по питомій електричному опору, але істотно їх легше. Для високих частот тол-щина екрану визначається в основному вимогами до міцності конструкції.
Крім того, на ефективність магнітних екранів впливає кон-ція самого екрану. Вона не повинна містити ділянок з від-отворами, прорізами, швів на шляху магнітних силових ліній і вихрових струмів, що створюють їм додатковий опір.
Так як магнітне екранування забезпечується за рахунок то-ков, а не зарядів, магнітні екрани не потребують заземлення.
3. Фізичні процеси при електромагнітному екранірова-ванні розглядаються на моделі, представленої на рис. 12.2.
Мал. 12.2. електромагнітне екранування
Електромагнітне екранування забезпечується за рахунок від-ражения частини від екрану і поглинання частини, яка проникла в екран електромагнітного поля. Отже, ефективність екранів-вання 8е = 8% отр + 8епогл. де 8еотр = Ј S - ефективність
екранізування з допомогою відображення електромагнітної хвилі від по-поверхні екрану; 8епогл = ^ 8епогл. -ефективність екраніро-
вання за рахунок поглинання електромагнітної хвилі в екрані.
Ефективність екранування в дБ за рахунок відображення елект-ромагнітного поля розраховується за формулою:
Величина еффеншнншлі екранування в дБ за рахунок поглинаючи-ня в екрані товщиною d мм оцінюється за формулою:
Останній вираз збігається з приблизною форму-лій, що визначає ефективність магнітного екранування за рахунок вторинного поля. Це підтверджує твердження, що поглинутої-щення електромагнітного поля обумовлено, перш за все, поте-рямі енергії вихрових струмів в матеріалі екрану. Як випливає з наведених формул, в залежності від часто-ти, показників магнітних і електричних властивостей матеріалу ек-рана вплив відображення і поглинання на різних частотах сущест-венно відрізняється. На низьких частотах найбільший внесок в ефекти-вність екранування вносить відображення від екрана електромагнітних-нітних хвилі, на високих - її поглинання в екрані. Частка цих складових в сумарній величині ефективності електромагнітного-нітних екранування однакова для немагнітних (ц,
1) Екран-нів на частотах в сотні кГц (для міді - 500 кГц), для магнітних (ц »1) - на частотах в частки і одиниці кГц, наприклад для пер-Маллоя - 200 Гц. Магнітні матеріали забезпечують краще екранування електромагнітної хвилі за рахунок поглинання, а не-магнітні, але з малим значенням питомого опору - за рахунок відображення.
Крім того, з огляду на, що електромагнітна хвиля содер-жит електричну і магнітну складові, то при електро-магнітному екранування проявляються явища, характерні для електричного і магнітного екранування.
Отже, на низьких частотах матеріал для екрану дол-дружин бути товстим, мати високі значення магнітної Прониц-емости і електропровідності. На високих частотах екран повинен мати малі значення електричного опору, а требова-ня до його товщині і магнітної проникності матеріалу сущест-венно знижуються. Для забезпечення екранування електричної складової електромагнітний екран .Треба заземлювати.