Критерии выбора схемы помехоподавляющего фильтра

	Импеданс нагрузки	Крутизна характеристики вносимых потерь
Высокий	Низкий
Импеданс источника	Высокий (> 50 Ом)			20 дБ на декаду
		40 дБ на декаду
		60 дБ на декаду
		80 дБ на декаду
		100 дБ на декаду
Низкий (< 50 Ом)			20 дБ на декаду
		40 дБ на декаду
		80 дБ на декаду
		80 дБ на декаду
	100 дБ на декаду

 

 

Характеристики реальных фильтров зависят от числа используемых реактивных элементов. Так, например, как видно из таблицы, единичный фильтр из одного параллельного конденсатора или одной последовательной индуктивной катушки может обеспечить затухание лишь 20 дБ на декаду вне полосы пропускания, а LC-фильтр из десяти и более элементов может обеспечить затухание до 200 дБ на декаду и более.

 

 

При использовании этих графиков следует иметь в виду, что:

- из-за паразитной связи между входом и выходом фильтра трудно получить затухание более 100 дБ. В частности, если фильтр неэкранированный, а сигнал подается на него и снимается с помощью неэкранированных соединений, развязка между входом и выходом обычно не превышает 40-60 дБ (особенно у сверхминиатюрных и интегральных фильтров);

- из-за влияния паразитных емкостей и индуктивностей элементов фильтра, даже, несмотря на специальные меры, принимаемые на этапах его проектирования и изготовления, фильтр зачастую не обеспечивает требуемого затухания на частотах, превышающихf ср на две декады. На частотах, превышающих f ср на несколько декад, фильтр может полностью потерять работоспособность.

Высокочастотные фильтры на основе помехопоглащающих материалов:

Действие фильтров такого типа основано на использовании особых свойств некоторых композиционных материалов, отличающихся существенной зависимостью их диэлектрических и магнитных потерь от частоты.

Как известно, в линиях передачи или фидерах в качестве изолирующих материалов используют диэлектрики с малыми потерями. В рассматриваемых же фильтрах в качестве диэлектрика используют материалы, диэлектрические и магнитные потери которых существенно возрастают в области частот, превышающих частоту среза фильтра (например, для коаксиального 50 – омного фильтра f ср ≈10 МГц).

Применение фильтров из помехопоглощающих композиционных материалов позволяет эффективно подавлять помехи в области частот, где обычные фильтры с сосредоточенными параметрами уже непригодны (например, в диапазоне от сотен МГц до десятка ГГц).

При другом способе применения помехопоглощающих композиционных материалов на изолированный или неизолированный провод надевают специальные гибкие трубки из материала с частотно-зависимой магнитной проницаемостью.

Сравнивая такие трубки с используемыми для тех же целей ферритовыми шайбами, можно отметить следующее. С одной стороны, на частотах ниже 10 МГц (из-за меньшей магнитной проницаемости) трубки обеспечивают несколько меньшую степень подавления помех. Однако с другой стороны, на высоких частотах (порядка 100 МГц и более), обеспечиваемое магнитными трубками затухание становится более значительным благодаря отсутствию у них насыщения и резонансных свойств.

Поскольку эквивалентная магнитная проницаемость трубки равна примерно 10, индуктивность провода, заключенного в такую трубку, начинает вести себя как одноэлементный фильтр. Концентрация магнитного поля провода главным образом в материале трубки, увеличивает вносимую в цепь индуктивность.

Несомненным, с точки зрения защиты информации главным, другим достоинством магнитных трубок является отсутствие нежелательных электромагнитных излучений от провода, заключенного в такую трубку. При применении шайб такие излучения возникают из-за неизбежных зазоров между деталями.

Магнитные трубки используют в качестве ФНЧ для шин питания, при этом существенно, что у них не возникает насыщения ни при постоянном, ни при переменном токе.

Кольца из марганцовисто-цинковых ферритов лучше всего применять для фильтрации наводок с частотами до 40 МГц, кольца из никель-цинковых ферритов с умеренной магнитной проницаемостью наиболее эффективны для подавления наводок на частотах до 200 МГц. На частотах больше 200 МГц наиболее целесообразно применять кольца из никель-цинковых ферритов с низкой магнитной проницаемостью.

 

 

 

Полное сопротивление проводника можно повысить, увеличив длину и толщину ферритовых колец, размещая вдоль проводника несколько колец или пропустив его сквозь кольцо несколько раз. При необходимости фильтрации нежелательных сигналов в нескольких сигнальных проводах необходимо пропустить сквозь ферритовое кольцо все сигнальные провода для образования синфазного фильтра.

Активные фильтры:

LC – фильтры низких частот становятся очень громоздкими, когда их частота среза лежит в области звуковых частот. При этом если конденсаторы имеют небольшую емкость (например, 0,01 мкФ), катушки становятся несоизмеримо большими и массивными. Поэтому для фильтрации крайне низких частот целесообразно применять такие фильтры, которые не содержали бы катушек. Этому требованию удовлетворяют активные фильтры.

Активный фильтр представляет собой устройство, основной частью которого является операционный усилитель, преобразующий сопротивление подключенной к нему RC – цепи так, что все устройство ведет себя как индуктивность. Примерами могут служить активный фильтр параллельного типа или фильтр по схеме «двойного Т».

Однако если активный фильтр включают в цепь питания относительно большой мощности, то транзистор операционного усилителя должен пропускать довольно большой ток, что не всегда возможно. Для фильтрации помех в мощных цепях питания могут быть использованы устройства с частотно-зависимой обратной связью, в цепь которой установлен фильтр НЧ, рассчитанный на небольшую проходящую мощность. Через такое устройство проходят лишь колебания частот, лежащих в полосе пропускания этого фильтра. Активные фильтры низких частот для цепей питания рассчитаны на токи до 100 А.

Разделительные трансформаторы:

Такие трансформаторы должны обеспечить развязку первичной и вторичной цепей по сигналам наводки. Проникновение наводок во вторичную обмотку объясняется наличием нежелательных резистивных и емкостных цепей связи между обмотками.

Для уменьшения связи обмоток по сигналам наводок часто применяется внутренний экран, выполняемый в виде заземленной прокладки или фольги, укладываемой между обмотками. С помощью этого экрана наводка, действующая в первичной обмотке, замыкается на землю.

Средства развязки и экранирования, применяемые в разделительных трансформаторах, обеспечивают максимальное значение сопротивления между обмотками и создают для наводок путь с малым сопротивлением из первичной обмотки на землю. Это достигается обеспечением высокого сопротивления изоляции соответствующих элементов конструкции (тысячи МОм) и незначительной емкостью между обмотками. Применение в разделительных трансформаторах специальных средств экранирования позволяет существенно (более чем на 40 дБ) уменьшить уровень наводок во вторичных цепях.

 

Требования к заземлению технических средств

Заземление технических средств информатизации выполняется в соответствии со следующими основными требованиями:

- система заземления должна включать общий заземлитель, заземляющий кабель, шины и провода, соединяющие заземлитель с объектом;

- комплексные сопротивления заземляющих проводников должны обладать минимальным активным сопротивлением (не превышать 4 Ом) и собственной индуктивностью. Поэтому заземляющие проводники должны иметь минимально возможную длину, значительно меньшую длины волны электромагнитного поля источника наводки (l < 0,02λ), выполняться, как правило медным проводом соответствующего сечения;

- каждый заземляемый элемент должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых элементов, с целью исключения их взаимного влияния, запрещается;

- в системе заземлениядолжны отсутствовать замкнутые контуры, образованные соединениями или нежелательными связями между сигнальными цепями и корпусами устройств, между корпусами устройств и землей. Такие контуры могут образовывать электрические цепи для распространения информационных сигналов и являться паразитными излучателями. Для разрыва нежелательных замкнутых контуров используют разделительные трансформаторы, дроссели работающие в синфазном режиме, оптронные развязки;

- следует избегать общих проводников в системах экранирующих заземлений, защитных заземлений и сигнальных цепей. В этих случаях строят систему заземления из трех независимых контуров, сходящихся в одной точке. Такой подход позволяет оптимизировать каждую заземляющую цепь в отдельности;

- качество электрических соединений в системе заземления должно обеспечивать минимальное сопротивление контакта, надежность и механическую прочность контакта в условиях климатических воздействий и механических нагрузок. Для уменьшения сопротивления контакта наилучшим является непосредственное соединение металла с металлом, полученное сваркой или пайкой. При соединении под винт необходимо применять шайбы (звездочки или Гровера), обеспечивающие постоянную плотность контакта;

- контактные соединения должны исключать возможность образования оксидных пленок на контактирующих поверхностях и связанных с этими пленками нелинейных явлений, должны исключать возможность образования гальванических пар для предотвращения коррозии в цепях заземления. Наиболее эффективным методом защиты от коррозии является применение металлов с малой электрохимической активностью, таких, как олово, свинец, медь;

- Запрещается использовать в качестве заземляющего устройства нулевые фазы электросетей, металлоконструкции зданий, трубы систем отопления, водоснабжения и т.п.

 

Специальные кабели

Следует учесть, что информация, циркулирующая в подводимых к разведываемым радиоэлектронным средствам коммуникациям, особенно в системах проводной связи, является объектом самого пристального внимания радиоэлектронной и агентурной технической разведки. В существующих физических возможностях технической разведки вполне осуществим перехват информации с незащищенных кабелей секретной связи (достаточно вспомнить устройства типа «Камбала», устанавливаемые на подводных кабельных линиях связи и устройства типа «Крот», устанавливаемые на сухопутных линиях связи, успешно реализовывались методы радиоперехвата воздушных проводных линий связи слабо защищенных криптографическими методами и т.п.) При оптимальной реализации задачи перехвата, разведчику удается получить интересующую, практической ценности информацию, без необходимости ее дальнейшей детализации и аналитической обработки.

Практика РЭБ показала, что в некоторых случаях окружающее пространство, и работающие в качестве посторонних антенн излучатели (за исключением случаев слабых энергетических излучений), остается абсолютно прозрачным (досягаемым для средств РЭР, в том числе осуществляемых агентурным путем).

Существуют специальные требования, позволяющие снижать уровень доступного для радиоэлектронной разведки излучения, и для кабелей (соединительные линии, питающие провода и т.п.).

Эти требования включают в себя:

- экранирование, для ослабления всех видов излучения;

- симметрию жил по сопротивлению, для уменьшения напряженности разностной продольной электрической составляющей электромагнитного излучения за счет разницы в падении напряжения на проводах;

- скрутку жил в паре с минимально допустимым шагом, для исключения возможности реализации оптимальной геометрии антенны, а также уменьшения, за счет взаимной компенсации поперечных векторов поля электромагнитного излучения в равноудаленных точках пространства;

- жесткие требования к сопротивлению изоляции и переходному затуханию, с целью уменьшения токов утечки;

- применение кабелей с бронированной оболочкой и содержание кабелей под избыточным воздушным давлением, с целью исключения (затруднения) несанкционированного гальванического подключения к информационным цепям.

Специальные помещения

Специальные помещения исполняются, как правило, без окон, имеют автономную систему электропитания, экранируются. При строительстве возможно применение экранирующих материалов – шунгитобетона или бетона с электропроводящим наполнителем. Стены помещений могут отделываться гибкими экранами, например тканными коврами из аморфных материалов или электропроводящими тканями. В качестве экранирующей ткани возможно применение различных углетканей или металлизированных пленок.

С внутренней стороны помещение облицовывается конструкционным радиопоглощающим материалом для предотвращения образования стоячих электромагнитных волн с частотами более 1 ГГц и для создания более комфортной экологической обстановки. В качестве радиопоглощающих материалов могут быть использованы специализированное пеностекло различных марок, ферритовые радиопоглощающие покрытия., например металлические листы с наклеенными на них ферритовыми плитками. На внешнюю поверхность ферритового покрытия наклеиваются несколько слоев радиопоглощающих матов, выполненых из базальтовых волокон с определенным количеством полупроводящих нитей. Для экранирования помещений также применяют главным образом оцинкованную листовую сталь и сетки из тонкой медной проволоки или тонкие медные листы. В зависимости от требуемой эффективности экранирования экраны исполняют однослойными и многослойными.

Двери помещений, аппаратурных шкафов и стоек, а также крышек для съемных панелей оборудуют электромагнитными уплотняющими гребенчатыми прокладками. Иногда выполняют двери с пневматической герметизацией, с целью обеспечения более плотного контакта с дверным проемом. Если имеются окна, они оборудуют токопроводящими стеклами, на вентиляционные отверстия устанавливают экранирующие сетки.

 

Маскировка от средств РЛР

Для маскировки от средств радиолокационной разведки объектам разведки придают специальные малоотражающие формы, а также используют конструкционные материалы и покрытия с хорошими поглощающими свойствами. Отражающая способность этих материалов и покрытий должна быть очень низкой, в отличие от материалов экранов. Одним из способов радиомаскировки является управление отражением радиоволн.

Форма тел с малой ЭПР:

Теоретически и практически установлено, что резкое уменьшение эффективной площади рассеивания характерно для тел с малыми радиусами кривизны и без резких изломов поверхности. Чем лучше аэродинамическая форма объекта, тем меньше его ЭПР. Однако у ряда объектов, несмотря на их хорошую аэродинамическую форму, ЭПР все же остается довольно высокой.

Радиопоглощающие покрытия:

Дальнейшее снижение ЭПР достигается применением радиолокационных покрытий. По принципу взаимодействия с электромагнитной волной поглощающие материалы противорадиолокационных покрытий разделяют на градиентныеиинтерференционные.

Поверхностное волновое сопротивление градиентного покрытия равно волновому сопротивлению свободного пространства: маскируемые от РЛР объекты всегда располагаются в дальней зоне излучения. Для покрытий подбираются или создаются такие материалы, диэлектрическая и магнитная проницаемость которых близка к единице. Поглощение энергии плоской волны улучшается с ростом проводимости и магнитной проницаемости. Поэтому в поглощающих материалах используют наполнители из графитового порошка и (или) из порошков феррита, карбонильного железа, частицы которых изолированы друг от друга изоляционным материалом. Однослойные покрытия, выполненные из таких материалов, эффективны для волн метрового и дециметрового диапазонов. Для поглощения волн сантиметрового диапазона применяют, созданные на основе материалов с такими наполнителями, многослойные покрытия, например из пенополистирола, с изменяющейся концентрацией поглотителя (отсюда термин «градиентные»). Здания и сооружения создают из материалов на основе бетонов с примесью графита. Материалы делаются пористыми и зернистыми с градиентом размера зерен, направленным наружу. Чтобы увеличить площадь соприкосновения покрытия с падающей волной, изготавливают покрытия с так называемыми «геометрическими неоднородностями». Для таких покрытий характерны периодически повторяющиеся неровности в виде пирамид или конусов. Используются покрытия, которые поглощают до 99% энергии падающей электромагнитной волны.

В интерференционных радиопоглощающих покрытиях чередуются диэлектрические и проводящие пленки, способные хорошо отражать электромагнитные колебания. Свойства пленок подбираются так, чтобы в результате интерференции падающих и отраженных волн происходило их взаимное ослабление. Падающая волна многократно отражается от границы раздела двух сред «покрытие-объект» и частично поглощается в веществе покрытия (в состав интерференционных покрытий также входят ферромагнетики с примесями сажи в качестве поглотителя).

Интерференционные покрытия являются не столь громоздкими как градиентные. Однако по своему принципу действия эффективны в узком диапазоне частот, что ограничивает их практическое применение. Характерная особенность интерференционных покрытий состоит в том, что коэффициент отражения существенно зависит от угла падения волны.

В связи с улучшением аэродинамической формы современных летательных аппаратов оказалось возможным наносить покрытие лишь на те части объекта («блестящие точки»), которые дают максимум отражения. На самолете это стыки и резкие переходы (действующие как уголковые отражатели), воздухозаборники и другие отверстия, значительные по площади участки поверхности малой кривизны, острые кромки. Для наземных объектов требования к снижению их ЭПР менее жесткие, так как целью снижения ЭПР в этом случае является маскировка важных объектов под фон окружающей среды.

Управление параметрами вторичного (рассеянного) поля:

Задачей такого управления является изменение свойств цели, как переизлучающего источника, в такой степени, чтобы в нужном направлении получить минимум переизлученной энергии.

Один из способов управления сводится к подключению комплексной нагрузки к отражающему объекту. Этот способ имеет некоторое сходство со способом уменьшения ЭПР с помощью противорадиолокационных покрытий. Принципиальное его отличие заключается в том, что для изменения отражающих свойств цели используется подключение комплексной нагрузки к локальной области, размеры которой значительно меньше размеров всего отражающего объекта. Нагружаемая область в частном случае может представлять собой щель с сосредоточенной или распределенной комплексной нагрузкой.

Изменение параметров комплексной нагрузки может достигаться подключением сосредоточенных или распределенных реактивностей, реализуемых в виде различных полостей (например, кольцевых щелей).

Практическое управление характеристикой переизлучения самолета может быть достигнуто с помощью колебательного контура, создаваемого металлическими полосами, наклеенными или напыленными на обшивку. Поверхность самолета сначала покрывается изоляционным материалом, а потом на нее наносятся металлические полосы. Ориентируются и соединяются эти полосы различным образом, с тем, чтобы получить воздушный конденсатор, емкость которого мало зависит от поляризации падающей волны.

Пассивные радиопомехи:

Для создания пассивных помех используются переизлучатели типа дипольных отражателей, применяемые в массовых количествах. Как правило дипольные отражатели образуют облако, которое, однако, не меняет электрических свойств среды, поскольку расстояние между диполями в облаке существенно больше длины волны. В таких условиях действие пассивных помех сводится к образованию маскирующего фона и в этом смысле они аналогичны шумовым помехам.

Основу дипольного отражателя (диполя) с наносимым на нее проводящим слоем составляет бумага, стекловолокно или капрон. Возможно также изготовление диполей из металлической фольги. Длина диполей и их толщина выбираются так, чтобы обеспечивалось эффективное рассеивание радиоволн в широком диапазоне частот. Обычно длина диполя равна половине длины волны подавляемой РЛС. Вместе с тем применяют диполи с длиной существенно превышающей длину волны РЛС.

Дипольные отражатели обычно комплектуются в пачки. Облако, получающееся после раскрытия сбрасываемой, например, с самолета пачки, создает отраженный сигнал, наблюдаемый на экране индикатора кругового обзора в виде яркого пятна. Если сбросить достаточно большое количество пачек, то на индикаторе образуются полосы значительной протяженности.

Для создания пассивных помех со стороны земной поверхности также используются элементарные цели с большой ЭОП и широкой диаграммой обратного рассеяния. Диаграммой обратного рассеяния называют зависимость ЭОП от направления на облучающую РЛС у которой передатчик и приемник совмещены. Изготавливаться элементарные цели могут в форме полуволновых вибраторов, уголковых отражателей, металлических шаров, пластин, конусов и т.п.

Наиболее полно предъявляемым к искусственным целям требованиям отвечают уголковые и линзовые отражатели. Уголковые отражатели имеют наибольшее значение ЭОП при относительно малых размерах и малую зависимость ЭОП от направления облучения. Эти свойства определяются ходом лучей в уголке, отражаются почти строго в обратном направлении при изменении угла падения в широких пределах.

 

 

 

Отражатель с треугольными гранями дает в 9 раз меньшее значение ЭОП при равных условиях по сравнению с уголком, имеющим квадратные грани. Однако он обладает почти вдвое более широкой диаграммой обратного рассеяния. Кроме того указанные свойства уголков реализуются при соблюдении точной перпендикулярности граней, что легче обеспечивается в уголке с треугольными краями, имеющем более жесткую конструкцию. Все это определяет преимущественное применение именно этого типа уголков. Один уголоковый отражатель переизлучает энергию в пределах только одного квадранта. Объединяя уголки в октеты, можно получить искуственную цель, переизлучающую энергию в любых направлениях

Широко применяются также линзовые отражатели, имеющие большое значение ЭОП и широкую диаграмму обратного рассеяния.

 

 

Линза представляет собой сплошной шар, выполненный из диэлектрического материала с проницаемостью, увеличивающейся к центру шара. Закон изменения диэлектрической проницаемости выбирается таким, чтобы обеспечивалясь фокусировка пучка падающих параллельных лучей в точке, которая находится на поверхности, противоположной стороне входа лучей. На этой поверхности располагается экран, отражающий падающий луч в строго обратном направлении. Размер экрана влияет на ширину диаграммы обратного рассеяния: с увеличением угла, охватываемого экраном, растет и ширина диаграммы, однако этот рост замедляется при увеличении угла свыше 90º.