シールドは、伝播する放射電磁波の経路にインピーダンス(オーム抵抗とリアクタンスの複合効果から生じる交流に対する電気回路またはコンポーネントの実効抵抗)の不連続性を置き、それを反射および/または吸収します。これは概念的にはフィルタの動作方法と非常によく似ており、不要な伝導信号の経路にインピーダンスの不連続性をもたらします。インピーダンス比が大きいほど、シールド効率(SE)が高くなります。
不要な監視からの適切なシールドは、さまざまな方法で実現できます。 最新のシステムのほとんどは、EMRリークを減らすことを唯一の目的としてゼロから設計および構築された最先端のマイクロコンポーネントを使用しています。ただし、典型的なシールドは、不要な監視のリスクがある機械の周囲とともに電源を絶縁することと、電磁界を遮断し、漂遊放出を許さないファラデーケージの組み合わせです。 その他の TEMPEST シールド方法には、部屋と壁の断熱、機器の正確な配置が含まれ、機密データが逃げないようにすることができます。
今日でも、 TEMPEST シールド基準の大部分は分類されたままですが、それらのいくつかは一般にすぐに利用できます。 現在の米国とNATOのTempest シールド基準は、3つのレベルの保護要件に分割されています。
- NATO SDIP-27 Level A (旧 AMSG 720B) & USA NSTISSAM LEVEL I "COMCOMPROMISED EMANIATIONS Laboratory test standard" これは、攻撃者がほぼ即座にアクセスできると想定されているNATOゾーン0環境で動作するデバイスに対する最も厳しい基準です(たとえば、隣接する部屋、1 mの距離)
- NATO SDIP-27 Level B (旧 AMSG 788A) & USA NSTISSAM LEVEL II "保護された施設設備の実験室試験基準" この規格は、攻撃者が約20 m以上に近づくことができないと想定されているNATOゾーン1環境で動作するデバイス(または建築材料が20 mに相当する減衰を保証するデバイス)を対象としています。
- NATO SDIP-27レベルC(旧AMSG 784)および米国NSTISSAMレベルIII「戦術モバイル機器/システムの実験室試験基準」 攻撃者が100 mの自由空間減衰(または建築材料を介した同等の減衰)に対処する必要があるNATOゾーン2環境で動作するデバイスに焦点を当てた最も寛容な標準。
その他の標準は次のとおりです。
- NATO SDIP-29(旧AMSG 719G)「機密情報を処理するための電気機器の設置」 この規格は、接地やケーブル距離などに関する設置要件を定義しています。
- AMSG 799B「NATOゾーニング手順」 セキュリティ境界内の個々の部屋をゾーン0、ゾーン1、ゾーン2、またはゾーン3に分類できる減衰測定手順を定義し、これらの部屋の機密データを処理する機器に必要なシールドテスト基準を決定します。
シールドは、最初から慎重に設計すれば非常に低コストになる可能性がありますが、デバイス、システム、またはエンクロージャーがすでに構築された後に適用する必要がある場合は非常に高価になる可能性があることに注意することが重要です。 厚さ0.5mm以上のほとんどの金属は、1MHzを超える周波数で優れたSEを提供し、100MHzを超える優れたSEを提供します。金属シールドに関するすべての問題は、通常、薄い保護材料、1MHz未満の周波数、および開口部または開口部によって引き起こされます。 一般に、脆弱な電気回路とそのシールドの壁との間に比較的大きな距離を維持するのが最善です。シールドの外側のEMR、およびデバイスが受けるEMRは、通常、シールドされたボリュームが大きいほど「希釈」されます。
脆弱なデバイスが設置されているエンクロージャーに平行な壁がある場合、定在波が共振周波数で蓄積し始め、SEの懸念を引き起こす可能性があります。したがって、平行でない、または湾曲した壁やその他の不規則な形状の封じ込めユニットを備えたエンクロージャは、不要な共振を防ぐのに役立ちます。
開口部と開口部
実際には、開口部、ジョイント、開口部、隙間のない完全に密閉されたシールドエンクロージャは、外部ケーブル、アンテナ、またはセンサーを収容できないため、実用的であることはめったにありません。 このため、シールドエンクロージャの唯一の目的は、保護しようとしているデバイスによってすべてのシールドが制限されるため、排出量を減らすか、耐性を向上させることだけです。
任意のシールドの開口部は、半波共振「スロットアンテナ」として機能し、特定のSEの最大開口サイズについてかなり正確な予測を行うことができます。単一のアパーチャの場合、SE = 20 log(O / 2d)ここで、Oは関心のある周波数の波長、dはアパーチャの最長寸法です。
「表皮効果」
電磁気学の分野では、電界(E)と磁気(M)の2種類の電界があります。電界と磁場(EMF)は、しばしば放射線と呼ばれる目に見えないエネルギー領域であり、電力だけでなくさまざまな形態の自然光を使用して発生します。
電磁場は通常、(E)フィールドと(M)フィールドの不均衡なアマルガムです(波動インピーダンスE / Mは377:空気中)。
電界シールドの仕組みは導電境界での電荷再分配の仕組みであるため、薄い金属パネルでも電界を簡単に遮断し、完全に遮断できるため、導電性が高い(抵抗が低い)ものはほとんど適切に低インピーダンスになります。より高い周波数では、電荷の再分配速度が速いため、かなりの変位電流が発生する可能性がありますが、比較的薄いアルミホイルまたはパネルでも適切なシールド剤として機能します。
磁場を止めるのははるかに難しく、時には不可能です。磁気シールドは磁場を遮断しません。ただし、このフィールドはリダイレクトできます。 シールド材内部に渦電流(フーコー電流)を発生させることで、衝突場に対抗する新しい磁場を作り出すことができます。電界とは異なり、薄いアルミニウムパネルは磁場の停止や方向転換には効果的ではありません。
特定の材料が衝突磁場を約9dB減少させる厚さまたは深さは、「表皮効果」として知られており、おおよそ「1つの皮膚の深さ」です。 表皮効果とは、電流が固体導体の中心を通過することを避け、表面近くの伝導に限定される傾向があることです。
このため、「3スキン」の厚さを持つ材料は、反対側の電流が約27dB低く、その特定の磁場に対して約27dBのSEを持ちます。
銅(Cu)とアルミニウム(Al)は軟鋼の5倍以上の導電率を持ち、電界の遮断と停止に非常に優れていますが、相対透磁率は1(空気と同じ)です。 電磁気学における透磁率は、磁場の形成に対する材料の抵抗の尺度であり、伝送線路理論では分布インダクタンスとしても知られています。 典型的な軟鋼の比透磁率は低周波で約300で、周波数が100kHzを超えると1に低下し、透磁率が高いと表皮深さが小さくなり、低周波を遮蔽するためにアルミニウムよりも適度の厚さの軟鋼が優れています。
効果的なシールド材は、高い導電性、高い透過性、および懸念される最も低い頻度で必要な数の皮膚の深さを達成するのに十分な厚さを備えています。 たとえば、厚さ1mmの軟鋼と純亜鉛合金は、ほとんどの場合、適切なシールド剤になります。
低周波磁気シールド
鉄ニッケル軟質強磁性合金であるMu-metalや、やはり鉄-ニッケル合金であるRadiometalなどの特殊材料は、非常に高い比透磁率を持ち、多くの場合10,000程度です。 それらの悪名高い脆弱性のために、これらのエキゾチックな材料の設置プロセスは、わずかなノックでもそれらの透過性を台無しにする可能性があり、水素雰囲気で再アニールするか廃棄する必要があるため、慎重に実行する必要があります。
追加の低周波シールド技術は、アクティブノイズキャンセリング(ANR)です。この方法は、高レベルの電力周波数磁界によって汚染された環境でブラウン管の視覚表示ユニット(VDU)の画像を安定させるために特に有用である。
カットオフ以下の導波路
図の左側。図8は、開口が大きいほどEMR漏れが大きいことを示している。ただし、図の右側。図8は、開口部が開口部の金属壁に対して垂直に囲まれている場合、立派なSEを達成できることを示しています。この非常に効果的なシールド方法は「カットオフ下の導波管」として知られており、5〜10cmの開口部でもシールドのSEを維持できます。
導波路は、その内部対角線(g)が波長の半分である場合、そのすべての衝突場を通過させる。 カットオフ周波数以下では、導波路は通常の開口のように漏れることはなく(図8に示すように)、大きなシールドを提供できます。適切なSEの値は約27d / gで、dはEMR波が自由になる前に導波路を通過しなければならない距離です。
ガスケット依存設計
ガスケットは、2つ以上の合わせ面の間のスペースを埋めるメカニカルシールであり、一般に、圧縮中の接合物からの漏れや接合物への漏れを防ぎます。
ガスケットは初歩的なアセンブリに非常に効果的ですが、ドア、手斧、カバーなどの取り外し可能なパネルは、多くの矛盾する機械的、電気的、化学的、場合によっては環境要件を満たす必要があるため、ガスケットに依存するすべての設計にさまざまな問題をもたらします。 無花果。図9は、スプリングフィンガーとシリコーン化合物または導電性ゴムを使用して環境シールと電磁シールドを提供する、典型的な産業用キャビネットの設計とそのガスケットレイアウトを示しています。ガスケットが効果的であるためには、組み立てが容易な製造を保証するために機械的準備がなされなければならない。 ガスケットの取り付けが不十分で、大量の圧力のみに依存してタイトなシールを生成すると、EMRが漏れる可能性のあるギャップが発生する可能性が高くなります。導電性塗料を使用しない限り、ガスケットの接触領域を塗装してはならず、ガルバニック腐食(電解質の存在下で、ある金属が別の金属と電気的に接触すると優先的に腐食する電気化学的プロセス)。 すべてのガスケットの特徴、特性、および詳細は、製造マニュアルに正確に記載されている必要があります。
ディスプレイのシールド
TEMPEST攻撃を受けやすいすべてのディスプレイは、エンクロージャー内にさまざまな開口部が必要であり、シールドの側面が大幅に損なわれるため、完全に密閉された容器には存在できません。
無花果。図11は、内部の「ダーティボックス」システムを使用して、開口部からのEMCフィールドリークを効果的に最小化する現金自動預け払い機(ATM)などのビジュアルディスプレイユニット(VDU)を示しています。汚れた箱とエンクロージャーの壁の内側の間のジョイントは、シールド内の他のジョイントと同じように扱う必要があります。
換気開口部のシールド
シールドディスプレイと同様に、換気開口部のシールドには、メッシュ、カットオフ下の導波路、導電性ガスケット、または金属間結合を使用する必要があります。 適切なSEレベルを維持するには、メッシュサイズをできるだけ小さくする必要があります。互いに近くにあるいくつかの小さくて同一の開口部のシールド効果は、(ほぼ)それらの数n('SE = 20logn)に比例するため、2つの開口部はSEを20 x log (2) = 6.02、4つの開口部20 x log (4) = 12.04など悪化させます。 換気メッシュ/グリルに典型的な小さな開口部の数が多い場合、メッシュサイズは、同じSEに必要な1つの開口部よりもかなり小さくなります。換気開口のサイズが波長の4分の1を超えるより高い周波数では、この初歩的で単純な「20 x log(n)」式でさえ、不必要に複雑または非効率的になる可能性があります。
カットオフ以下の導波路は、シールド効果の高い値で高い気流速度を可能にし、ハニカム金属換気シールド(多くの細長い六角形のチューブを並べて接着して構成)がこの目的に最適です。 慎重に設計しないと、換気口に大量のほこりや汚れの粒子が蓄積し始め、洗浄プロセスがさらに複雑になる可能性があります。
塗装またはメッキされたプラスチックによるシールド
プラスチックの筐体はスタイリッシュで視覚的に魅力的かもしれませんが、効果的な遮蔽剤ではありません。 非常に手間がかかり、技術的に要求の厳しいプロセスですが、プラスチックエンクロージャの内部をバインダー中の金属粒子などの導電性材料(導電性塗料)でコーティングするか、実際の金属(メッキ)でコーティングすると、満足のいく結果が得られる可能性があります。
ただし、ほとんどの場合、プラスチックエンクロージャの設計では、他のすべてのエンクロージャと同様に、最も弱い点はプラスチック部品間の継ぎ目(開口部)のままであるため、必要なSEを達成できませんが、この場合、ガスケットで補強できないため、避けられないEMR漏れ。したがって、プラスチックエンクロージャにシールドが必要な場合は、初期設計プロセスの最初から必要なSEを達成することを考慮することが経済的に重要です。
プラスチック上の塗料やメッキは非常に厚くすることはできませんので、適用される皮膚の深さの数は非常に少なくなる可能性があります。ニッケルやその他の金属を使用したいくつかの革新的なコーティングは、ニッケルの適度に高い透過性を利用して皮膚の深さを減らし、より良いSEを達成するために最近開発されました。
それにもかかわらず、画像に示すように。2シールドに使用される他の金属に対するプラスチックの最大の利点は、その軽量です。
金属なしのシールド
体積伝導性プラスチックまたは樹脂は、一般に、機械的強度を提供する絶縁バインダーに分布した導電性粒子または糸を使用します。これらは、基本的なプラスチックまたは樹脂の「スキン」を形成することに悩まされ、らせんインサート(コイル状ワイヤで作られたインサート)または同様の手段なしで良好な無線周波数(RF)結合を達成することを困難にすることがあります。これらの絶縁スキンは、接合部に長い開口部が発生するのを防ぐことを困難にし、コネクタ、グランド、およびフィルターの本体に良好な結合を提供することを困難にします。導電性粒子とポリマーの混合の一貫性に問題があると、一部の領域ではエンクロージャが弱くなり、他の領域ではシールドが不足する可能性があります。 炭素繊維(それ自体が導電性)と自己導電性ポリマーをベースとした材料が利用可能になり始めていますが、それらは金属の高い導電性を持っていないため、特定の厚さに対して良好なSEを与えません。
