Eine Abschirmung legt eine Impedanzdiskontinuität (der effektive Widerstand eines Stromkreises oder einer Komponente gegen Wechselstrom, der sich aus den kombinierten Effekten von ohmschem Widerstand und Reaktanz ergibt) in den Weg einer sich ausbreitenden abgestrahlten elektromagnetischen Welle, reflektiert und/oder absorbiert sie. Dies ist konzeptionell der Funktionsweise von Filtern sehr ähnlich – sie setzen eine Impedanzdiskontinuität in den Weg eines unerwünschten leitungsgebundenen Signals. Je größer das Impedanzverhältnis, desto größer ist die Schirmwirkung (SE).
Eine angemessene Abschirmung vor unerwünschter Überwachung kann auf verschiedene Weise erreicht werden.
Die meisten modernen Systeme verwenden hochmoderne Mikrokomponenten, die von Grund auf neu entwickelt und gebaut wurden, um EMR-Leckagen zu verringern. Eine typische Abschirmung ist jedoch eine Kombination aus der Isolierung der Stromquelle und der Umgebung der Maschine, bei der die Gefahr einer unerwünschten Überwachung besteht, mit einem Faradayschen Käfig, der die elektromagnetischen Felder blockiert und keine Streuausstrahlungen zulässt.
Weitere TEMPEST Abschirmungsmethoden sind die Isolierung von Räumen und Wänden sowie die präzise Platzierung von Geräten, wodurch sichergestellt werden kann, dass keine sensiblen Daten entweichen können.
Auch heute noch sind die meisten TEMPEST Abschirmungsnormen geheim, aber einige von ihnen sind für die Öffentlichkeit leicht zugänglich.
Die aktuellen Abschirmungsstandards der Vereinigten Staaten und der NATO Tempest sind in drei Stufen von Schutzanforderungen unterteilt:
- NATO SDIP-27 Level A (ehemals AMSG 720B) &; USA NSTISSAM LEVEL I "Compromise Emanations Laboratory Test Standard" Dies ist der strengste Standard für Geräte, die in NATO-Zone-0-Umgebungen betrieben werden, bei denen davon ausgegangen wird, dass ein Angreifer fast sofortigen Zugriff hat (z. B. Nachbarraum, 1 m Abstand)
- NATO SDIP-27 Level B (ehemals AMSG 788A) &; USA NSTISSAM Level II "Laboratory Test Standard for Protected Facility Equipment" Diese Norm gilt für Geräte, die in Umgebungen der NATO-Zone 1 betrieben werden, in denen davon ausgegangen wird, dass ein Angreifer nicht näher als etwa 20 m herankommen darf (oder bei denen die Baumaterialien eine Dämpfung von 20 m gewährleisten).
- NATO SDIP-27 Level C (ehemals AMSG 784) &; USA NSTISSAM Level III "Laboratory Test Standard for Tactical Mobile Equipment/Systems" Der freizügigste Standard, der sich auf Geräte konzentriert, die in Umgebungen der NATO-Zone 2 betrieben werden, in denen Angreifer mit dem Äquivalent von 100 m Freiraumdämpfung (oder gleichwertiger Dämpfung durch Baumaterialien) umgehen müssen.
Weitere Standards sind:
- NATO SDIP-29 (ehemals AMSG 719G) "Installation von elektrischen Ausrüstungen für die Verarbeitung von Verschlusssachen" Diese Norm definiert Anforderungen an die Installation, zum Beispiel in Bezug auf Erdung und Kabelabstände.
- AMSG 799B "NATO-Zoneneinteilungsverfahren" Definiert ein Dämpfungsmessverfahren, nach dem einzelne Räume innerhalb eines Sicherheitsperimeters in Zone 0, Zone 1, Zone 2 oder Zone 3 eingeteilt werden können, das dann bestimmt, welcher Abschirmteststandard für die Geräte erforderlich ist, die geheime Daten in diesen Räumen verarbeiten.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Abschirmung sehr kostengünstig sein kann, wenn sie von Anfang an sorgfältig entworfen wird, aber extrem teuer sein kann, wenn sie angebracht werden muss, nachdem das Gerät, das System oder das Gehäuse bereits gebaut wurde.
Die meisten Metalle mit einer Dicke von 0,5 mm und mehr bieten gutes SE für Frequenzen über 1 MHz und ausgezeichnetes SE über 100 MHz. Alle Probleme mit Metallabschirmungen werden in der Regel durch dünne Schutzmaterialien, Frequenzen unter 1 MHz und Öffnungen oder Öffnungen verursacht.
Im Allgemeinen ist es am besten, einen relativ großen Abstand zwischen den anfälligen Stromkreisen und den Wänden ihrer Abschirmung einzuhalten. Die EMR außerhalb der Abschirmung und die EMR, der das Gerät ausgesetzt ist, werden im Allgemeinen umso "verdünnter", je größer das abgeschirmte Volumen ist.
Wenn das Gehäuse, in dem das anfällige Gerät installiert ist, parallele Wände hat, können sich stehende Wellen bei Resonanzfrequenzen ansammeln, was zu SE-Problemen führen kann. Daher tragen Gehäuse mit nicht parallelen oder gekrümmten Wänden und andere unregelmäßig geformte Containment-Einheiten dazu bei, unerwünschte Resonanzen zu vermeiden.
Öffnungen und Öffnungen
In der Realität ist ein perfekt abgedichtetes Abschirmgehäuse ohne Öffnungen, Fugen, Öffnungen oder Lücken selten praktikabel, da es keine externen Kabel, Antennen oder Sensoren aufnehmen kann.
Aus diesem Grund besteht der einzige Zweck eines Abschirmgehäuses nur darin, die Emissionen zu reduzieren oder die Störfestigkeit zu verbessern, da jede Abschirmung durch das Gerät, das sie zu schützen versucht, begrenzt ist.
Der "Hauteffekt"
Im Bereich des Elektromagnetismus gibt es zwei Arten von Feldern – elektrische (E) und magnetische (M). Elektrische und magnetische Felder (EMFs) sind unsichtbare Energiebereiche, die oft als Strahlung bezeichnet werden und nicht nur durch die Verwendung von elektrischer Energie, sondern auch durch verschiedene Formen von natürlichem Licht entstehen.
Ein elektromagnetisches Feld ist ein in der Regel unverhältnismäßiges Amalgam aus (E)- und (M)-Feldern (was eine Wellenimpedanz E/M von 377: in Luft ergibt).
Elektrische Felder können selbst durch dünne Metallplatten leicht blockiert und vollständig gestoppt werden, da der Mechanismus zur Abschirmung des elektrischen Feldes ein Mechanismus der Ladungsumverteilung an einer leitenden Grenze ist, so dass fast alles mit einer hohen Leitfähigkeit (niedriger Widerstand) eine entsprechend niedrige Impedanz aufweist. Bei höheren Frequenzen können aufgrund der schnellen Ladungsumverteilung erhebliche Verschiebungsströme auftreten, aber auch relativ dünne Aluminiumfolien oder -platten würden als adäquates Abschirmmittel dienen.
Magnetfelder sind viel schwieriger und manchmal unmöglich zu stoppen. Die magnetische Abschirmung blockiert kein Magnetfeld. Das Feld kann jedoch umgeleitet werden.
Durch die Erzeugung von Wirbelströmen (Foucaultsche Ströme) im Inneren des Schirmmaterials kann ein neues Magnetfeld erzeugt werden, das dem auftreffenden Feld entgegenwirkt. Im Gegensatz zu elektrischen Feldern sind dünne Aluminiumplatten nicht in der Lage, Magnetfelder zu stoppen oder umzuleiten.
Die Dicke oder Tiefe, bei der ein bestimmtes Material das auftreffende Magnetfeld um etwa 9 dB reduziert, wird als "Skin-Effekt" bezeichnet und ist ungefähr "eine Haut tief".
Der Skin-Effekt liegt vor, wenn ein Strom dazu neigt, nicht durch die Mitte eines massiven Leiters zu fließen, und sich auf die Leitung in der Nähe der Oberfläche beschränkt.
Aus diesem Grund hätte ein Material, das eine Dicke von "3 Häuten" hat, auf seiner gegenüberliegenden Seite einen um etwa 27 dB geringeren Strom und für dieses spezielle Magnetfeld einen SE von etwa 27 dB.
Kupfer (Cu) und Aluminium (Al) haben eine mehr als 5-mal höhere Leitfähigkeit als Baustahl, wodurch sie elektrische Felder sehr gut blockieren und stoppen können, aber eine relative Permeabilität von 1 (wie Luft) haben. Die Permeabilität im Elektromagnetismus ist das Maß für den Widerstand eines Materials gegen die Bildung eines Magnetfeldes, das in der Übertragungsleitungstheorie auch als verteilte Induktivität bezeichnet wird. Typischer Baustahl hat eine relative Permeabilität von etwa 300 bei niedrigen Frequenzen, die mit zunehmenden Frequenzen über 100 kHz auf 1 sinkt, und seine höhere Permeabilität verleiht ihm eine geringere Skin-Tiefe, wodurch eine angemessene Dicke von Baustahl besser als Aluminium zur Abschirmung niedriger Frequenzen geeignet ist.
Ein effektives Abschirmmaterial weist eine hohe Leitfähigkeit, eine hohe Permeabilität und eine ausreichende Dicke auf, um die erforderliche Anzahl von Hauttiefen bei der geringsten bedenklichen Frequenz zu erreichen.
Zum Beispiel sind 1 mm dicker Baustahl und eine reine Zinklegierung für die meisten Fälle ein angemessenes Abschirmmittel.
Niederfrequente magnetische Abschirmung
Spezielle Werkstoffe wie Mu-Metall, eine Eisen-Nickel-Weich-Ferromagnet-Legierung, und Radiometall, ebenfalls eine Eisen-Nickel-Legierung, weisen eine sehr hohe relative Permeabilität auf, oft im Bereich von 10.000.
Aufgrund ihrer notorischen Zerbrechlichkeit muss der Installationsprozess dieser exotischen Materialien sorgfältig durchgeführt werden, da bereits ein leichtes Klopfen ihre Durchlässigkeit beeinträchtigen kann und sie dann in einer Wasserstoffatmosphäre erneut geglüht oder entsorgt werden müssen.
Eine weitere niederfrequente Abschirmtechnik ist die aktive Geräuschunterdrückung (ANR). Diese Methode ist besonders nützlich für die Stabilisierung der Bilder der visuellen Anzeigeeinheiten (VDUs) der Kathodenstrahlröhre in Umgebungen, die durch hohe Werte von hochfrequenten Magnetfeldern verschmutzt sind.
Wellenleiter unterhalb des Cutoffs
Der linke Teil von Fig. 8 zeigt, dass die EMR-Leckage umso größer ist, je größer die Apertur ist. Der rechte Teil von Fig. 8 veranschaulicht, daß ein respektables SE erreicht werden kann, wenn die Öffnung mit senkrecht zur Öffnung stehenden Metallwänden umgeben ist. Diese äußerst effektive Methode der Abschirmung wird als "Waveguide below cutoff" bezeichnet und kann den SE einer Abschirmung auch bei 5-10 cm Öffnung beibehalten.
Ein Wellenleiter lässt alle seine auftreffenden Felder durch, wenn seine innere Diagonale (g) eine halbe Wellenlänge beträgt. Unterhalb seiner Grenzfrequenz leckt ein Hohlleiter nicht wie eine gewöhnliche Apertur (wie in Abb. 8 gezeigt) und kann eine große Abschirmung bieten. Die Werte für adäquates SE liegen bei etwa 27 d/g, wobei d die Strecke ist, die die EMR-Welle durch den Wellenleiter zurücklegen muss, bevor sie frei ist.
Dichtungsabhängige Ausführung
Eine Dichtung ist eine Gleitringdichtung, die den Raum zwischen zwei oder mehr Gegenflächen ausfüllt, um im Allgemeinen ein Auslaufen von oder in die verbundenen Objekte zu verhindern, während sie unter Druck stehen.
Auch wenn Dichtungen für rudimentäre Baugruppen sehr effektiv sind, bringen abnehmbare Paneele wie Türen, Beile und Abdeckungen eine Fülle verschiedener Probleme für alle dichtungsabhängigen Konstruktionen mit sich, da sie eine Reihe widersprüchlicher mechanischer, elektrischer, chemischer und in einigen Fällen sogar umweltbezogener Anforderungen erfüllen müssen. Feige. 9 zeigt das Design eines typischen Industrieschranks und seine Dichtungsanordnung, wobei Federfinger und eine Silikonverbindung oder leitfähiger Gummi verwendet werden, um eine Umweltabdichtung sowie eine elektromagnetische Abschirmung bereitzustellen.Damit Dichtungen wirksam sind, müssen mechanische Vorkehrungen getroffen werden, um eine montagefreundliche Fertigung zu gewährleisten. Unzureichend montierte Dichtungen, die nur auf großen Druck angewiesen sind, um eine dichte Abdichtung zu erzeugen, haben eine hohe Wahrscheinlichkeit, Lücken zu schaffen, durch die EMR austreten kann.Sofern keine leitfähige Farbe verwendet wird, dürfen die Kontaktflächen der Dichtungen nicht lackiert werden und es darf zu galvanischer Korrosion kommen (ein elektrochemischer Prozess, bei dem ein Metall bevorzugt korrodiert, wenn es in elektrischem Kontakt mit einem anderen in Gegenwart eines Elektrolyten steht). Alle Merkmale, Eigenschaften und Details der Dichtung müssen im Herstellungshandbuch genau dargestellt werden.
Abschirmung von Displays
Alle Displays, die anfällig für einen TEMPEST -Angriff sind, können nicht in einem vollständig versiegelten Behälter existieren, da sie unterschiedliche Öffnungen in ihren Gehäusen benötigen, was den Abschirmungsaspekt stark beeinträchtigt.
Feige. 11 veranschaulicht eine visuelle Anzeigeeinheit (VDU), wie z. B. einen Geldautomaten (ATM), der ein internes "Dirty Box"-System verwendet, um den EMV-Feldverlust durch die Blende effektiv zu minimieren. Die Fuge zwischen dem verschmutzten Kasten und der Innenseite der Gehäusewand muss genauso behandelt werden wie jede andere Fuge in der Abschirmung.
Abschirmung von Lüftungsöffnungen
Ähnlich wie bei der Abschirmung von Displays erfordert die Abschirmung von Lüftungsöffnungen die Verwendung von Netzen, Wellenleitern unterhalb der Abschaltung, leitfähigen Dichtungen oder Metall-Metall-Verbindungen.
Um ein ausreichendes SE-Niveau aufrechtzuerhalten, muss die Maschenweite so klein wie möglich sein. Die Abschirmwirkung einer Anzahl kleiner, identischer Aperturen, die nahe beieinander liegen, ist (ungefähr) proportional zu ihrer Anzahl n ('SE = 20logn), daher verschlechtern zwei Aperturen den SE um 20 x log (2) = 6,02, vier Blenden um 20 x log (4) = 12,04 usw.
Bei einer größeren Anzahl kleiner Öffnungen, die typisch für ein Lüftungsgitter sind, ist die Maschenweite erheblich kleiner, als eine Blende allein für denselben SE sein müsste. Bei höheren Frequenzen, bei denen die Größe der Lüftungsöffnung ein Viertel der Wellenlänge überschreitet, kann selbst diese rudimentäre und vereinfachte Formel "20 x log (n)" unnötig komplex oder ineffizient werden.
Abschirmung mit lackierten oder plattierten Kunststoffen
Kunststoffgehäuse können stilvoll und optisch ansprechend sein, sind aber kein wirksames Abschirmmittel.
Auch wenn es sich um einen äußerst aufwendigen und technisch anspruchsvollen Prozess handelt, kann die Beschichtung des Innenraums des Kunststoffgehäuses mit leitfähigen Materialien wie Metallpartikeln in einem Bindemittel (leitfähige Farbe) oder mit echtem Metall (Beschichtung) möglicherweise zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen.
In den meisten Fällen lässt die Konstruktion des Kunststoffgehäuses jedoch nicht zu, dass die erforderliche SE erreicht wird, da wie bei allen anderen Gehäusen die schwächsten Punkte die Nähte (Öffnungen) zwischen den Kunststoffteilen bleiben, die jedoch in diesem Fall nicht mit Dichtungen verstärkt werden können, daher die unvermeidliche EMR-Leckage. Wenn das Kunststoffgehäuse also abgeschirmt werden muss, ist es finanziell wichtig, dass bereits zu Beginn des ersten Designprozesses auf das Erreichen der erforderlichen SE geachtet wird.
Farbe oder Beschichtung auf Kunststoff kann nie sehr dick sein, daher kann die Anzahl der aufgetragenen Hauttiefen recht gering sein. Einige innovative Beschichtungen mit Nickel und anderen Metallen wurden kürzlich entwickelt, um die relativ hohe Permeabilität von Nickel zu nutzen, um die Hauttiefe zu verringern und einen besseren SE zu erzielen.
Nichtsdestotrotz, wie im Bild gezeigt. 2 Der größte Vorteil von Kunststoff gegenüber den anderen Metallen, die zur Abschirmung verwendet werden, ist sein geringes Gewicht.
Abschirmung ohne Metall
Volumenleitfähige Kunststoffe oder Harze verwenden im Allgemeinen verteilte leitfähige Partikel oder Fäden in einem isolierenden Bindemittel, das für die mechanische Festigkeit sorgt. Manchmal leiden diese darunter, dass sie eine "Haut" aus dem Grundkunststoff oder Harz bilden, was es schwierig macht, gute Hochfrequenzverbindungen (HF) ohne spiralförmige Einsätze (Einsatz aus gewickeltem Draht) oder ähnlichen Mitteln zu erzielen. Diese isolierenden Häute erschweren es, die Entstehung langer Öffnungen an den Fugen zu verhindern, und erschweren auch eine gute Verbindung zu den Körpern von Anschlüssen, Verschraubungen und Filtern. Probleme mit der Konsistenz der Mischung von leitfähigen Partikeln und Polymeren können dazu führen, dass Gehäuse in einigen Bereichen schwach und in anderen Bereichen nicht abgeschirmt sind.
Materialien auf Basis von Kohlenstofffasern (die selbst leitfähig sind) und selbstleitenden Polymeren werden allmählich verfügbar, aber sie haben nicht die hohe Leitfähigkeit von Metall und ergeben daher nicht so viel SE für eine bestimmte Dicke.
