En skärm sätter en impedans (den effektiva resistansen hos en elektrisk krets eller komponent mot växelström, som härrör från de kombinerade effekterna av ohmsk resistans och reaktans) diskontinuitet i vägen för en förökande utstrålad elektromagnetisk våg, reflekterar den och / eller absorberar den. Detta är konceptuellt mycket likt det sätt på vilket filter fungerar - de sätter en impedansdiskontinuitet i vägen för en oönskad ledd signal. Ju större impedansförhållande, desto större sköldeffektivitet (SE).
Lämplig avskärmning från oönskad övervakning kan uppnås på flera sätt.
De flesta moderna system använder toppmoderna mikrokomponenter som har designats och byggts från grunden med det enda syftet att minska EMR-läckage. Typisk skärmning är dock en kombination av att isolera strömkällan tillsammans med att omge maskinen, med risk för oönskad övervakning, med en Faraday-bur som blockerar de elektromagnetiska fälten och inte tillåter några ströutstrålningar.
Andra TEMPEST skärmningsmetoder inkluderar rums- och väggisolering och exakt placering av utrustning, vilket ytterligare kan säkerställa att inga känsliga data kan komma ut.
Än idag är majoriteten av TEMPEST skärmningsstandarder klassificerade, men några av dem är lätt tillgängliga för allmänheten.
De nuvarande standarderna för Tempest av Förenta staterna och Nato är indelade i tre nivåer av skyddskrav:
- NATO SDIP-27 Level A (tidigare AMSG 720B) & USA NSTISSAM Level I "Kompromissande Emanations Laboratory Test Standard" Detta är den strängaste standarden för enheter som fungerar i NATO Zone 0-miljöer, där det antas att en angripare har nästan omedelbar åtkomst (t.ex. angränsande rum, 1 m avstånd)
- NATO SDIP-27 Level B (tidigare AMSG 788A) & USA NSTISSAM Level II "Laboratory Test Standard for Protected Facility Equipment" Denna standard är för enheter som fungerar i NATO zon 1-miljöer, där det antas att en angripare inte kan komma närmare än cirka 20 m (eller där byggmaterialet säkerställer en dämpning motsvarande 20 m).
- NATO SDIP-27 Level C (tidigare AMSG 784) & USA NSTISSAM Level III "Laboratory Test Standard for Tactical Mobile Equipment/Systems" Den mest tillåtande standarden som fokuserar på enheter som fungerar i NATO Zone 2-miljöer, där angripare måste hantera motsvarande 100 m dämpning av ledigt utrymme (eller motsvarande dämpning genom byggmaterial).
Ytterligare standarder inkluderar:
- NATO SDIP-29 (tidigare AMSG 719G) "Installation av elektrisk utrustning för behandling av sekretessbelagd information" Denna standard definierar installationskrav, till exempel med avseende på jordning och kabelavstånd.
- AMSG 799B "Natos zonindelningsförfaranden" Definierar en dämpningsmätningsprocedur, enligt vilken enskilda rum inom en säkerhetsomkrets kan klassificeras i zon 0, zon 1, zon 2 eller zon 3, som sedan bestämmer vilken skärmningsteststandard som krävs för utrustningen som behandlar hemliga data i dessa rum.
Det är viktigt att notera att skärmning kan vara till mycket låg kostnad om den utformas noggrant från början, men kan vara extremt dyr om den måste appliceras efter att enheten, systemet eller höljet redan är byggt.
De flesta metaller med en tjocklek på 0,5 mm och högre ger bra SE för frekvenser över 1MHz och utmärkt SE över 100MHz. Alla problem med metallskärmar orsakas vanligtvis av tunna skyddsmaterial, frekvenser under 1MHz och öppningar eller öppningar.
I allmänhet är det bäst att hålla ett relativt stort avstånd mellan de sårbara elektriska kretsarna och väggarna i deras sköld. EMR utanför skärmen, och EMR som enheten utsätts för, kommer i allmänhet att vara mer "utspädd" ju större den skärmade volymen.
Om höljet, där den sårbara enheten är installerad, har parallella väggar kan stående vågor börja ackumuleras vid resonansfrekvenser som kan orsaka SE-problem. Därför kommer kapslingar med icke-parallella eller med böjda väggar och andra oregelbundet formade inneslutningsenheter att hjälpa till att förhindra oönskad resonans.
Öppningar och öppningar
I verkligheten är ett perfekt förseglat skärmhölje, utan öppningar, fogar, öppningar eller luckor, sällan praktiskt eftersom det inte kommer att kunna rymma några externa kablar, antenner eller sensorer.
Av denna anledning är det enda syftet med alla skärmhöljen att bara minska utsläppen eller förbättra immuniteten, eftersom varje sköld begränsas av enheten den försöker skydda.
"Hudeffekten"
Inom elektromagnetismens område finns det två typer av fält – elektriska (E) och magnetiska (M). Elektriska och magnetiska fält (EMF) är osynliga energiområden, ofta kallad strålning, och uppstår med användning av inte bara elektrisk kraft utan olika former av naturlig belysning.
Ett elektromagnetiskt fält är vanligtvis en oproportionerlig blandning av (E) och (M) fält (vilket ger en vågimpedans E/M på 377: i luft).
Elektriska fält kan enkelt blockeras och stoppas helt av även tunna metallpaneler, eftersom mekanismen för elektrisk fältskärmning är en laddningsfördelning vid en ledande gräns, så nästan allt med hög ledningsförmåga (lågt motstånd) kommer att presentera en lämpligt låg impedans. Vid högre frekvenser, på grund av den snabba laddningsfördelningen, kan betydande förskjutningsströmmar uppstå, men även relativt tunn aluminiumfolie eller paneler skulle fungera som ett adekvat skyddsmedel.
Magnetfält är mycket svårare, och ibland omöjliga, att stoppa. Magnetisk skärmning blockerar inte ett magnetfält. Fältet kan dock omdirigeras.
Genom att generera virvelströmmar (Foucaults strömmar) inuti sköldmaterialet kan ett nytt magnetfält skapas som motsätter sig det infallande fältet. Till skillnad från elektriska fält kommer tunna aluminiumpaneler inte att vara effektiva för att stoppa eller omdirigera magnetfält.
Tjockleken eller djupet vid vilket ett givet material minskar det infallande magnetfältet med cirka 9 dB kallas "hudeffekten" och är ungefär "en hud djup".
Hudeffekten är där en ström tenderar att undvika att resa genom mitten av en fast ledare, vilket begränsar sig till ledning nära ytan.
Av denna anledning skulle ett material som har en tjocklek av "3 skinn" ha en ungefär 27dB lägre ström på motsatt sida och skulle ha en SE på ungefär 27dB för det specifika magnetfältet.
Koppar (Cu) och aluminium (Al) har över 5 gånger konduktiviteten hos mjukt stål, vilket gör dem mycket bra på att blockera och stoppa elektriska fält, men har en relativ permeabilitet på 1 (samma som luft). Permeabilitet i elektromagnetism, är måttet på motståndet hos ett material mot bildandet av ett magnetfält, annars känd som distribuerad induktans i transmissionsledningsteori. Typiskt mjukt stål har en relativ permeabilitet på cirka 300 vid låga frekvenser, som faller till 1 när frekvenserna ökar över 100 kHz, och dess högre permeabilitet ger det ett minskat huddjup, vilket gör rimliga tjocklekar av mjukt stål bättre än aluminium för avskärmning av låga frekvenser.
Ett effektivt skärmningsmaterial kommer att ha hög ledningsförmåga, hög permeabilitet och tillräcklig tjocklek för att uppnå det erforderliga antalet huddjup vid lägsta orosfrekvens.
Till exempel kommer 1 mm tjockt mjukt stål och ren zinklegering att vara ett adekvat skärmningsmedel för de flesta fall.
Lågfrekvent magnetisk skärmning
Speciella material som Mu-metall, som är en järn-nickel mjuk ferromagnetisk legering, och Radiometal, återigen en järn-nickellegering, har mycket hög relativ permeabilitet, ofta i området 10 000.
På grund av deras ökända bräcklighet måste installationsprocessen för dessa exotiska material utföras noggrant eftersom även en liten knackning kan förstöra deras permeabilitet och sedan måste de glödgas i en väteatmosfär eller kasseras.
En ytterligare lågfrekvent skärmningsteknik är aktiv brusreducering (ANR). Denna metod är särskilt användbar för att stabilisera bilderna av katodstrålerörets visuella displayenheter (VDU) i miljöer förorenade av höga nivåer av kraftfrekventa magnetfält.
Vågledare under cutoff
Den vänstra delen av fig. 8, visar att ju större bländare desto större EMR-läckage. Men den högra delen av fig. 8 illustrerar att respektabel SE kan uppnås om öppningen är omgiven av vinkelrätt mot de öppnande metallväggarna. Denna extremt effektiva metod för skärmning är känd som "vågledare under cutoff" och kan upprätthålla SE för en skärm även med 5-10 cm öppningar.
En vågledare tillåter alla dess impingfält att passera igenom, när dess inre diagonal (g) är en halv våglängd. Under sin avstängningsfrekvens läcker en vågledare inte som en vanlig bländare (som visas på fig. 8) och kan ge en hel del skärmning. Värdena för adekvat SE är ungefär 27d / g där d är avståndet EMR-vågen måste resa genom vågledaren innan den är fri.
Packningsberoende design
En packning är en mekanisk tätning som fyller utrymmet mellan två eller flera parningsytor, vanligtvis för att förhindra läckage från eller in i de sammanfogade föremålen under kompression.
Även om packningar är mycket effektiva för rudimentära enheter, ger avtagbara paneler som dörrar, yxor och lock ett överflöd av olika problem för alla packningsberoende konstruktioner eftersom de måste uppfylla ett antal motstridiga mekaniska, elektriska, kemiska och i vissa fall även miljökrav. Fikon. 9 visar utformningen av ett typiskt industriskåp och dess packningslayout, med fjäderfingrar och en silikonförening eller ledande gummi för att ge en miljötätning samt en elektromagnetisk skärm.För att packningar ska vara effektiva måste mekaniska åtgärder vidtas för att garantera lättmonterad tillverkning. Otillräckligt monterade packningar, som endast är beroende av stora mängder tryck för att generera en tät tätning, har stor sannolikhet att skapa luckor genom vilka EMR kan läcka.Om du inte använder en ledande färg får packningens kontaktytor inte målas och galvanisk korrosion (en elektrokemisk process där en metall korroderar företrädesvis när den är i elektrisk kontakt med en annan, i närvaro av en elektrolyt). Alla packningsegenskaper, egenskaper och detaljer måste illustreras noggrant i tillverkningshandboken.
Avskärmning av displayer
Alla skärmar, som är mottagliga för en TEMPEST attack, kan inte existera i en helt förseglad behållare eftersom de kräver olika öppningar i sina höljen, vilket äventyrar skärmningsaspekten mycket.
Fikon. 11 illustrerar en visuell displayenhet (VDU), till exempel en uttagsautomat (ATM), som använder ett internt "smutsigt låda" -system för att effektivt minimera EMC-fältläckage genom bländaren. Fogen mellan den smutsiga lådan och insidan av kapslingsväggen måste behandlas på samma sätt som alla andra fogar i skärmen.
Skärmning av ventilationsöppningar
I likhet med skärmningsdisplayer kräver skärmning av ventilationsöppningar användning av maskor, vågledare under avskurna, ledande packningar eller metall-till-metall-bindningar.
För att bibehålla en tillräcklig SE-nivå måste maskstorleken vara så liten som möjligt. Skärmeffektiviteten hos ett antal små, identiska öppningar som ligger nära varandra är (ungefär) proportionell mot deras antal, n, ('SE = 20logn), därför kommer två öppningar att göra SE sämre med 20 x log (2) = 6,02, fyra öppningar 20 x log (4) = 12,04, etc.
För ett större antal små öppningar, typiska för ett ventilationsnät / galler, kommer maskstorleken att vara betydligt mindre än en öppning på egen hand skulle behöva vara för samma SE. Vid högre frekvenser där ventilationsöppningens storlek överstiger en fjärdedel av våglängden kan även denna rudimentära och förenklade "20 x log (n)" -formel bli onödigt komplex eller ineffektiv.
Avskärmning med målad eller pläterad plast
Plasthölje kan vara snyggt och visuellt tilltalande men är inte ett effektivt skärmmedel.
Även om det är en extremt mödosam och tekniskt krävande process, kan beläggning av plasthöljets inre med ledande material som metallpartiklar i ett bindemedel (ledande färg) eller med faktisk metall (plätering) potentiellt ge tillfredsställande resultat.
Men oftast tillåter utformningen av plasthöljet inte att den erforderliga SE uppnås eftersom, som alla andra kapslingar, de svagaste punkterna förblir sömmarna (öppningarna) mellan plastdelarna, men i detta fall kan de inte förstärkas med packningar, därmed det oundvikliga EMR-läckaget. Därför, om plasthöljet kräver skärmning, är det ekonomiskt viktigt att överväga att uppnå den nödvändiga SE redan från början av den första designprocessen.
Färg eller plätering på plast kan aldrig vara mycket tjock, så antalet applicerade huddjup kan vara ganska litet. Några innovativa beläggningar, med nickel och andra metaller, har nyligen utvecklats för att dra nytta av nickels rimligt höga permeabilitet för att minska huddjupet och uppnå bättre SE.
Ändå, som visas i Bild. 2 Den största fördelen med plast jämfört med andra metaller som används för skärmning är dess lätta vikt.
Avskärmning utan metall
Volymledande plaster eller hartser använder vanligtvis distribuerade ledande partiklar eller trådar i ett isolerande bindemedel som ger den mekaniska styrkan. Ibland lider dessa av att bilda en "hud" av basplasten eller hartset, vilket gör det svårt att uppnå bra radiofrekvensbindningar (RF) utan spiralformade insatser (insats av lindad tråd) eller liknande medel. Dessa isolerande skinn gör det svårt att förhindra att långa öppningar skapas vid fogar, och gör det också svårt att ge bra bindningar till kropparna i kontakter, körtlar och filter. Problem med konsistensen av blandning av ledande partiklar och polymer kan göra inneslutningar svaga i vissa områden och saknar avskärmning i andra.
Material baserade på kolfibrer (som själva är ledande) och självledande polymerer börjar bli tillgängliga, men de har inte metallens höga ledningsförmåga och ger därför inte lika bra SE för en viss tjocklek.
