电磁泄漏发射屏蔽机柜性能测试方法研究
www.xinwenren.com  2013-01-24 20:54:14  

李敏 胡延军 苗春卫国家保密技术研究所摘要:本文对屏蔽机柜性能评价的几种测试方法进行了探讨。关键词:屏蔽机柜 屏蔽效能 测试方法一、前言  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...
 
李敏 胡延军 苗春卫
国家保密技术研究所
 
摘要:本文对屏蔽机柜性能评价的几种测试方法进行了探讨。
关键词:屏蔽机柜 屏蔽效能 测试方法

一、前言
 

  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防护措施。对于高密级、涉密信息设备使用集中的情况可以采用屏蔽室;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。屏蔽机柜可以满足以上要求,它可以灵活更换内部信息设备,成本远远低于屏蔽室,还可以根据需求定制,对多种信息设备进行防护。
 
  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越来越广泛,对其防护性能的技术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方法进行了探讨。

二、电磁泄漏发射屏蔽机柜性能可行的测试方法

1.低辐射设备法

 

 

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  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、磁场和频段进行选择。测试结果参照信息设备电磁泄漏发射限值,判断该屏蔽机柜是否符合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。

2.屏蔽效能测试法

  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:

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  式中,SE是屏蔽效能,是没有屏蔽体时测得的场强,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。
 
2.1同轴电缆开孔法
 
  在10kHz到20MHz频段主要测磁场的泄漏发射。磁场测试一般使用环形天线,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,可以采用把接收天线放入机柜内的办法,如图2所示:
 

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  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,不需要在屏蔽暗室进行测试。 
 
  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,可以采用普通的测试方法,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:
 

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  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:
 

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  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较高,屏蔽电缆的屏蔽效能必须大于被测机柜的屏蔽效能。
 
2.2光纤法
 
  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,可以通过波导窗把光纤引出。如图5所示:
 

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  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。
  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。
 
2.3点源法
 
  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:
 

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  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口交流供电。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。

3.时域脉冲测试法[1]

  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,在时域对屏蔽效能进行分析,不依赖于电波暗室,测试布置如图7所示:
 

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  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。
 
 

三、结论

 
  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。 

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