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电磁泄漏发射屏蔽机柜性能测试方法研究

来源:极速体育nba在线直播吧    发布时间:2024-03-14 22:26:36

  根据国家保密标准的要求,涉密信息系统中使用的任何信息设备应采取电磁泄漏发射保护措施。对于高密级、涉密信息设备使用集中的情况能够使用屏蔽室;对于较分散的情况,使用屏蔽室成本过高,而低电磁泄漏发射设备的成产周期长、成本高,也不适应涉密信息系统的应用实际;某些信息设备只是临时处理涉密信息,只需临时防护,使用屏蔽室和低泄射产品都存在资源浪费的问题。屏蔽机柜能够完全满足以上要求,它可以灵活更换内部信息设备,成本远远低于屏蔽室,还能够准确的通过需求定制,对多种信息设备做防护。

  当设备中“电磁干扰源—耦合路径—敏感部件”三要素同时存在时,才会出现EMI问题。

  EMC设计就是针对三要素中的一个或几个,采取某些技术措施,限制或消除其影响,从而得到兼容性好、成本和重量可接受的设计。

  从理论上讲,单板是所有EMI问题的源头,即“电磁干扰源”,是EMC设计的重中之重。应该花费90%的精力放在单板设计上面。

  在10kHz到20MHz频段主要测磁场的泄漏发射。磁场测试通常用环形天线,环形磁场天线的发射效率较低,要达到测试所需的发射功率,需要较大半径的发射环。屏蔽机柜的腔体尺寸较小,容纳不了发射环天线,能够使用把接收天线放入机柜内的办法,如图2所示:

  信号源和发射大半径环天线置于屏蔽机柜外,接收环天线置于机柜内,并通过事先安装的同轴连接器,经同轴电缆与测试设备相连。这种方法发射部分在外,信号功率远大于环境噪声,而接收部分位于屏蔽腔体内,环境较为干净,不需要在屏蔽暗室来测试。

  各权威机构或专家对电磁兼容都有自己的见解,互相略有不同。通俗的说电磁兼容(EMC)是设备或分系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

  解决电磁兼容应该站在系统的角度,全面地看待问题。电磁兼容涉及电路设计、PCB布线、电缆设计、系统布局、结构设计等多方面问题,甚至与软件设计都有关系。

  ■屏蔽柜应可靠接地,接地电阻应≤1Ω,接地桩引出端子与屏蔽柜接地螺栓搭接地电阻应≤0.1Ω。

  ■通电前必须接地;接地时电源插座前不能有漏电保安器,如本栋建筑物接电系统有漏电保安器,

  则应在漏电保安器前段单独拉一路电源来给本机柜供电。因滤波器是电容电感组成,电容有充放作用,

  主要适用于移动电话、对讲机、无线网卡、以太网模块、无线PCMCIA等的生产中进行测试时不受射频干扰而设计制造,以及接收机灵敏度测试、发射机辐射功率的测试;用于小型UHF系统的EMI、EMS测试。

  1屏蔽层采用优质铁基材料达到屏蔽指标最高性能,屏蔽箱内外表明上进行静电喷涂处理。

  此种方法也可将发射部分置于屏蔽机柜外部,接收传感器选用光电探头,置于机柜内部,通过光纤与接收部分连接。光电探头的灵敏度通常较低,需要发射部分提供大功率的信号。

  采用光纤法不会破坏屏蔽机柜箱体,需要额外的光电转换设备。在高频段测试时需要10GHz的模拟电光转换装置,目前国内这样的产品还不太多见。波导窗能否穿过光纤,是这种方法的关键。

  中频段(30MHz至1GHz)发射机和天线的体积都能满足屏蔽机柜尺寸的要求,能够使用普通的测试方法,把发射部分放入屏蔽机柜腔体内,接收部分置于外部,测试需要在屏蔽暗室中进行,接收天线加磁环抑制共模干扰带来的测量误差,如图3所示:

  高频段(2GHz至10GHz)发射信号源体积同样满足不了屏蔽机柜的尺寸要求,发射的喇叭天线体积不大,可以置于屏蔽机柜内,通过同轴连接器与信号源相连,如图4所示:

  屏蔽机柜类产品既有相似于屏蔽室的特点,又有低泄射设备的特性,研究能够正确评价其性能的测试方法非常必要。对电磁泄漏发射屏蔽机柜性能的评价,目前的测试方法大多采用低泄射设备测试法,对机柜本身性能不能给出单独的评价;时域脉冲测试法不能反映全频段内屏蔽效能与频率的关系,屏蔽效能算法还有待深入研究;同轴电缆开孔法破坏了机柜的结构;光纤法设备过于复杂,波导窗的位置结构直接影响测试的进行;点源法简单并接近于实际使用情况,是今后研究的重点。值得一提的是,电磁泄漏发射屏蔽机柜测试方法形成的测试结果应与现行的相关TEMPEST标准统一。

  时域脉冲测试法与同轴电缆开孔法类似,不同的是采用脉冲信号作为测试信号,接收机为高性能数字示波器,在时域对屏蔽效能做多元化的分析,不依赖于电波暗室,测试布置如图7所示:

  式中V1是没有屏蔽机柜时数字示波器接收到的优势峰值幅度,V2是使用屏蔽机柜时数字示波器接收到的峰值幅度。时域脉冲法不需要在电波暗室进行,方法简单,测试得到的是最小屏蔽效能,不能反映出屏蔽效能与频率的关系。

  屏蔽机柜在使用上的便利性,使其在涉密信息系统中的使用愈来愈普遍,对其防护性能的技术方面的要求和测试方法目前没有可以直接执行的标准,急需统一和规范。屏蔽机柜体积小,形状不规则,对其性能的测试很困难,国外对于类似产品的标准也迟迟没有出台。本文针对电磁泄漏发射屏蔽机柜的几种可行的性能测试办法来进行了探讨。

  把截断的屏蔽网丝和金属线固定在波导管两端的金属锣口中.使之通过屏蔽柜良好接地.达到屏蔽效果.

  ■使用环境:环境和温度-25℃——70℃相对湿度≯85%防止与腐蚀性物质和气体相接触;

  结构和电缆屏蔽设计是解决“耦合路径”的有效办法,也是解决RE(目前最棘手的问题)的有效手段,但是一般不要提出太高的要求。由于结构屏蔽的工艺稳定性差、加工安装影响十分大,其一致性差,设计时应该留较大的安全余量。结构的屏蔽是以成本为代价的,要求越高,成本会急剧增加。

  结构屏蔽是实现产品电磁兼容的重要手段,完整的结构屏蔽体要达到90dB的屏蔽效能是毫不困难的。屏蔽体由于散热、部件安装、缝隙等问题降低了屏蔽效能。开孔时必须考虑到屏蔽辐射干扰的因素。

  屏蔽效能测试法采用屏蔽效能指标对电磁泄漏发射屏蔽机柜防护性能进行评价。屏蔽效能的定义为:

  式中,SE是屏蔽效能,E1是没有屏蔽体时测得的场强,E2是有屏蔽体时测得的场强。通用的高频和低频信号发射和接收系统体积都比较大,不能直接放入屏蔽机柜。解决这一个问题有三种方案:一是在机柜上安装同轴屏蔽接口,把传感器置于机柜腔体内,通过屏蔽同轴电缆接口与外界相连;二是传感器置于机柜腔体内,加入电光转换装置,把电信号转变为光信号,用光纤从机柜的波导窗送出,再通过光电转换装置变为电信号,与外部设备相连;三是研制专用的点频信号源,要求点频信号源体积能适应机柜腔体大小。

  采用同轴电缆开孔法必须要破坏被测屏蔽机柜的箱体,安装同轴电缆连接器,在进行抽样测试时,厂商难以承受。此法对屏蔽电缆的性能要求比较高,屏蔽电缆的屏蔽效能必须大于被测机柜的屏蔽效能。

  采用光纤的方法与同轴电缆开孔法类似,不同的是不需要破坏屏蔽机柜箱体,能够最终靠波导窗把光纤引出。如图5所示:

  低频段测试与同轴电缆开孔法类似,把接收天线放入屏蔽机柜内。中频段测试可以用普通的测试方法,如图3所示。

  ■屏蔽柜的波导管的数量应按客户的实际的需求在生产时订制安装.一根线缆进入屏蔽柜需要一个波导管.

  机柜内搁置板1.2mm厚的钢板制作而成,用作放置服务器、显示器、交换机、路由器和电信、通信设施等。

  走线槽主要用作整理机柜内部的布线用途,使线路明了,易于工作人员管理及维护。

  ISO11801标准指出3类的双绞线不能与其类型不相符的端接类型相连结,以避免造成阻抗不匹配。

  RF连接器:外部N型接口内部SMA接口;25针D型;RF接口:N型;RF连接器:SMA型等

  低辐射设备法把电磁泄漏发射屏蔽机柜连同内部保护的信息设备一起,看作是一件低辐射设备,采用低辐射设备的测试方法,如图1所示,EUT指被测屏蔽机柜(下同),测试天线根据测试电场、磁场和频段做出合理的选择。测试结果参照信息设备电磁泄漏发射限值,判断该屏蔽机柜是不是满足相应级别的安全要求。

  这种方法适用于放置固定信息设备的屏蔽机柜,连同需保护的信息设备一起整体测试,对屏蔽机柜本身并不能给出单独的评价,且更换信息设备以后需整体重新评测。

  ■屏蔽门:优质材料经过精心制作与处理的屏蔽簧片、冷轧钢板焊接成的门扇组成的屏蔽门;

  ■通风波导窗:蜂窝型通风波导窗,顶部波导窗设有微型轴流风机四只,单只排风量1.4m3/min;

  屏蔽机柜屏蔽效能测试通常都选一些固定的频点,针对某几个相邻的频点可以研制小体积的大功率发射机。信号源体积缩小后可直接放入屏蔽机柜内,如图6所示:

  不同频段测试选用不同的定制点信号源和天线。这种方法发射部分都位于屏蔽箱体内,接受部分位于箱体外,更接近于实际使用情况,测试结果也更科学。信号源可用电池供电,也可通过机柜提供的电源接流供电。采用机柜供电的信号源,屏蔽机柜的传导泄漏发射抑制不用单独测试,可与屏蔽效能测试同时完成。点信号源的研制成为实现这种测试方法的关键。