Для запобігання витоку інформації по радіоелектронним технічними каналами витоку інформації, викликаних ПЕМВН і радіозаставних пристроїв, на небезпечних напрямках застосовують електромагнітні екрани. Фізичні процеси при екранування відрізняються в залежності від виду поля і частоти його зміни.
Розрізняють електричні екрани для екранування електричного поля, магнітні для екранування магнітного поля і електромагнітні - для екранування електромагнітного поля.
Здатність екрану послаблювати енергію полів оцінюється ефективністю екранування (коефіцієнтом ослаблення). Якщо напруженість поля до екрану дорівнює Ео і Но. а за екраном - Ее і НЕ. то Se = Ео / Ее і S н = Але / НЕ.
На практиці ефективність екранування вимірюється в децибелах (дБ) або Непером (Нп):
Аналітичні залежності ефективності екранування визначені для ідеалізованих (гіпотетичних) моделей екранів у вигляді нескінченно плоскої однорідної токопроводящей поверхні, однорідної сферичної окопроводящей 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 перерозподіляються таким чином, що на поверхні екрану, зверненої до джерела поля, зосереджуються заряди, протилежні за знаком зарядів джерела, а на зовнішній (інший) поверхні екрану концентруються однакові з зарядами джерела поля (рис.1).
Мал. 1. Екранування електричного поля.
Позитивні заряди створюють вторинне електричне поле. близьке за напруженістю до первинного. З метою виключення вторинного поля, створюваного зарядами на зовнішній 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 внаслідок ненульових значень опору в екрані і колах заземлення, а також через поширення силових ліній поза межами екрану.
Ефективність екранування залежить від електропровідності екрану і опору заземлення. Чим вище провідність екрану і ланцюгів заземлення, тим вище ефективність електричного екранування. Товщина екрана і його магнітні властивості на ефективність екранування практично не впливають.
Для стікання зарядів з екрану, що наводяться електричним полем, необхідно забезпечити заземлення екрана з малим (менше 4 Ом) опором. В якості заземлювачів найчастіше застосовуються сталеві труби завдовжки 2 - 3 м діаметром 35 - 50 мм і сталеві смуги перетином 50 - 100 мм. Більш зручними є труби, що дозволяють досягти досить глибоких вологих шарів землі, що володіють досить високою провідністю і не піддаються висиханню або промерзання.
Заземлювачі слід з'єднувати з шинами, прокладеними до місць розміщення радіоелектронних засобів, за допомогою зварювання. Перетин шин і магістралей заземлення за умовами механічної міцності і отримання достатньої провідності рекомендується брати не менше 24 х 4 мм.
Магістралі заземлення поза будівлею прокладаються на глибині близько 1,5 м, всередині будівлі - по стіні або спеціальних каналах таким чином, щоб їх можна було зовні оглядати. З'єднують магістралі з заземлювачем за допомогою зварювання. До екрану або заземлюючих пристроїв магістраль підключають за допомогою болтового з'єднання в одній точці.
2. Екранування магнітного поля досягається в результаті дії двох фізичних явищ:
- «Втягування» (шунтування) магнітних силових ліній поля в екран з феромагнітних матеріалів (з # 956; >> 1), обумовленого істотно меншим магнітним опором матеріалу екрану, ніж навколишнього повітря;
- виникненням під дією змінного екраніруемого поля в токопроводящей середовищі екрану індукційних вихрових струмів, що створюють вторинне магнітне поле, силові лінії 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 магнітні 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 витісняють основне і перешкоджає його проникненню всередину металу 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, обумовленого розглянутими фізичними явищами. Але частка доданків залежить від частоти коливань поля. При f = 0 екранування забезпечується тільки за рахунок шунтування магнітного поля середовищем екрану. Але з підвищенням частоти поля все сильніше проявляється вплив на ефективність екранування вторинного поля, обумовленого вихровими струмами в поверхні екрану. Чим вище частота, тим більше вплив на ефективність екранування 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, ефективність екранування залежить в основному від магнітної проникності матеріалу екрану і його товщини. Чим більше значення цих характеристик, тим вище ефективність магнітного екранування. Для екрану, наприклад, у вигляді куба ефективність магнітного екрану можна оцінити за формулою:
де d - товщина стінок екрану; D - розмір сторони екрану кубічної форми.
Ефективність екранування за рахунок вихрових струмів залежить 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 підвищення частоти поля товщина матеріалу екрану, в якій протікають вихрові струми зменшуються через так званого поверхневого або скін-ефекту. Сутність його обумовлена тим, що зовнішнє (первинне) магнітне поле слабшає в міру поглиблення в матеріал екрану, так як йому протистоїть зростаюче вторинне магнітне поле вихрових струмів. Напруженість змінного магнітного поля зменшується в міру проникнення його в метал екрану на глибину х від його поверхні за експоненціальним законом:
де а - еквівалентна глибина проникнення, відповідна ослаблення напруженості магнітного поля в 2,72 рази і обчислюється за формулою:
# 963; = 503 √ # 961; / f · # 956;
де # 961; - питомий електричний опір матеріалу екрану в Ом · мм 2 / м; f - частота магнітного поля в Гц; # 956; - відносна магнітна проникність матеріалу екрану.
Зменшення еквівалентної глибини проникнення при збільшенні # 956; обумовлено тим, що феромагнітні матеріали «втягують» силові магнітні лінії первинного поля, в результаті чого підвищуються концентрація магнітних силових ліній і, отже, напруженість магнітного поля всередині матеріалу екрану. В результаті цього підвищуються рівні індукованих в ньому зарядів, наслідком чого є збільшення значень вихрових струмів і напруженості вторинного магнітного поля. Таким чином, глибина проникнення тим менше, чим вище частота поля, питома магнітна проникність і електрична провідність металу екрану.
На високих частотах ефективність магнітного екранування в дБ екраном товщиною d в мм можна визначити, підставивши в SH = 20 lg (Hx / Ho) вираз для Нх.
В результаті такої подстанов-ки і перетворення легко отримати, що