КР ФЗО ОЗИ

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования

«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра защиты информации

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ»: «РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЭКРАНА»

для студентов факультета заочного обучения

Минск 2016

1 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Рассмотрим процесс экранирования электромагнитного поля при падении плоской волны на бесконечно протяженную металлическую пластину с толщиной d, находящуюся в воздухе (рисунок 1).

Рисунок 1 – Экранирование электромагнитного поля металлическим экраном

Вэтом случае на границе раздела двух сред с различными электрофизическими характеристиками (воздух–металл и металл–воздух) волна претерпевает отражение и преломление, а в объеме экрана ввиду его проводящих свойств происходит частичное поглощение энергии электромагнитного поля. Таким образом, электромагнитная волна при взаимодействии с экраном отражается от его поверхности, частично проникает в экран, претерпевает поглощение в материале экрана, многократно отражается от его стенок и, в конечном счете, частично проникает в экранируемую область.

Врезультате общая эффективность экранирования (величина потерь энергии электромагнитной волны) металлической пластиной определяется суммой потерь за счет поглощения (затухания) энергии в толще материала Апогл, отражения энергии от границ раздела внешняя среда–металл и металл– экранируемая область Аотр и многократных внутренних отражений в стенках

экрана Амотр:

A[дБ] Апогл Аотр Амотр .

(1)

2

Потери на поглощение связаны с поверхностным эффектом в проводниках, приводящим к экспоненциальному уменьшению амплитуды проникающих в металлический экран электрических и магнитных полей.

Это обусловлено тем, что токи, индуцируемые в металле, вызывают омические потери и, следовательно, нагрев экрана.

Глубина проникновения δ определяется как величина, обратная коэффициенту затухания, и зависит от частоты: чем больше частота, тем меньше глубина проникновения. В СВЧ-диапазоне глубина проникновения δ в металлах имеет малую величину и тем меньше, чем больше проводимость металла и его магнитная проницаемость.

	1	,	(2)
	f

где μ – магнитная проницаемость материала экрана; f – частота электромагнитного поля, в МГц;

σ – удельная проводимость материала экрана.

		1	,	(3)

где ρ – удельное сопротивление материала экрана.

Выражение для определения потерь на поглощение экраном толщиной d может быть представлено в следующем виде:

A 8,68 d		8,68	d	,	(4)
погл	2
где ω – циклическая частота электромагнитного поля.
2 f .					(5)

Таким образом, потери на поглощение увеличиваются пропорционально толщине экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости его материала, а также частоте электромагнитного поля. Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны с различными значениями полных характеристических сопротивлений этих сред. При прохождении волны через экран она встречает на своем пути две границы раздела: воздух–металл и металл–воздух.

Хотя электрическое и магнитное поля отражаются от каждой границы по-разному, суммарный эффект после прохождения обеих границ одинаков для обеих составляющих поля. При этом наибольшее отражение при входе

3

волны в экран (на первой границе раздела) испытывает электрическая составляющая поля, а при выходе из экрана (на второй границе раздела) наибольшее отражение испытывает магнитная составляющая поля. Для металлических экранов потери на отражение определяются выражением:

	Aотр 20 lg	94,25					.	(6)

Откуда следует, что потери на отражение велики у экрана, изготовленного из материала с высокой проводимостью и малой магнитной проницаемостью.

Потери на многократные отражения в стенках экрана связаны с волновыми процессами в толще экрана и в основном определяются отражением от его границ. Для электрических полей почти вся энергия падающей волны отражается от первой границы (воздух–металл) и только небольшая ее часть проникает в экран. Поэтому многократными отражениями внутри экрана для электрических полей можно пренебречь.

Для магнитных полей большая часть падающей волны проходит в экран, в основном отражаясь только на второй границе (металл–воздух), тем самым, создавая предпосылки к многократным отражениям между стенками экрана.

Корректирующий коэффициент Амотр многократного отражения для магнитных полей в экране с толщиной стенки d при глубине проникновения δ равен:

					2 d
	Aмотр	20 lg 1	exp			.	(7)

Величина Амотр имеет отрицательное значение, т.е. многократные отражения в толще экрана ухудшают эффективность экранирования. С уменьшением эффективности можно не считаться в случаях, когда на данной частоте выполняется условие d > δ, но им нельзя пренебрегать при применении тонких экранов, когда толщина экрана меньше глубины проникновения.

4

2 ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.В соответствии с вариантом задания (таблицы 1, 2) рассчитать эффективность экранирования электромагнитного экрана для любых пяти

значений частот диапазона, указанного в исходных данных для расчета.

2.На основе результатов расчета построить частотную зависимость эффективности экранирования электромагнитного экрана.

3.Описать результаты анализа построенной частотной зависимости.

3 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

Вариант	Материал экрана	Толщина экрана, мм	Диапазон
			частот, ГГц
1	Медь	1	0,1…1,1
2	Латунь	1	0,1…1,1
3	Алюминий	1	0,1…1,1
4	Сталь	1	0,1…1,1
5	Пермаллой	1	0,1…1,1
6	Медь	2	0,2…1,2
7	Латунь	2	0,2…1,2
8	Алюминий	2	0,2…1,2
9	Сталь	2	0,2…1,2
10	Пермаллой	2	0,2…1,2
11	Медь	3	0,3…1,3
12	Латунь	3	0,3…1,3
13	Алюминий	3	0,3…1,3
14	Сталь	3	0,3…1,3
15	Пермаллой	3	0,3…1,3
16	Медь	4	0,4…1,4
17	Латунь	4	0,4…1,4
18	Алюминий	4	0,4…1,4
19	Сталь	4	0,4…1,4
20	Пермаллой	4	0,4…1,4
21	Медь	5	0,5…1,5
22	Латунь	5	0,5…1,5
23	Алюминий	5	0,5…1,5
24	Сталь	5	0,5…1,5

5

Окончание таблицы 1

25	Пермаллой	5	0,5…1,5
26	Медь	6	0,6…1,6
27	Латунь	6	0,6…1,6
28	Алюминий	6	0,6…1,6
29	Сталь	6	0,6…1,6
30	Пермаллой	6	0,6…1,6
31	Медь	1	0,7…1,7
32	Латунь	1	0,7…1,7
33	Алюминий	1	0,7…1,7
34	Сталь	1	0,7…1,7
35	Пермаллой	1	0,7…1,7
36	Медь	2	0,1…1,1
37	Латунь	2	0,1…1,1
38	Алюминий	2	0,1…1,1
39	Сталь	2	0,1…1,1
40	Пермаллой	2	0,1…1,1
41	Медь	3	0,2…1,2
42	Латунь	3	0,2…1,2
43	Алюминий	3	0,2…1,2
44	Сталь	3	0,2…1,2
45	Пермаллой	3	0,2…1,2
46	Медь	4	0,3…1,3
47	Латунь	4	0,3…1,3
48	Алюминий	4	0,3…1,3
49	Сталь	4	0,3…1,3
50	Пермаллой	4	0,3…1,3

Таблица 2 – Характеристики металлов

	Удельное сопротивление
Металл		Ом мм 2
		м
Медь	0,0175			1
Латунь	0,06			1
Алюминий	0,03			1
Сталь	0,1			200
Пермаллой	0,65			12000

6