SCIF und hochfrequenzgesichertes Anlagendesign, Teil 2

In den letzten Jahren haben wir in der Branche eine wachsende Verwirrung über Design- und Leistungsanforderungen für sensible Informationseinrichtungen (SCIF) festgestellt. Teil 2 dieses Artikels soll den erheblichen Unterschied in der Leistung der Hochfrequenzabschirmung (RF) zwischen Einrichtungen hervorheben, die gemäß ICS/ICD-705[1] entworfen wurden, und solchen, die die Leistungsanforderungen von NSA 94-106[2] erfüllen sollen. Wir werden auch einige der Design- und Konstruktionsmethoden hervorheben, die zu erheblichen Leistungsunterschieden führen.

Wie in Teil 1[3] dieses Artikels erwähnt, besteht ein weit verbreitetes Missverständnis, dass ein SCIF-Design, das die Konstruktionsempfehlungen von ICS/ICD-705 nutzt, die Leistungsanforderungen gemäß NSA 94-106, dem NSA-Standard für HF-Abschirmleistung, erfüllen wird testen. In Teil 1 wurden die typischen Bauempfehlungen gemäß ICS/ICD-705, die empfohlenen Materialien und die typischen verwendeten Installationsmethoden besprochen. Der Artikel identifizierte außerdem Unterschiede in der typischen Konstruktion zwischen SCIF-Designs und Einrichtungen, die die in NSA 94-106 genannten Leistungsanforderungen erfüllen sollen, und lieferte Erläuterungen dazu, wie sich diese Unterschiede auf die Wirksamkeit der HF-Abschirmung auswirken.

In Teil 2 dieses Artikels werden einige der in ICS/ICD-705 verwendeten Methoden hervorgehoben, die die HF-Abschirmungsleistung einschränken, sowie einige alternative Methoden, die die HF-Abschirmungsleistung verbessern könnten. Darüber hinaus werden wir andere häufige Abweichungen besprechen, die häufig die Projektkosten erhöhen, ohne dass eine verbesserte HF-Leistung erzielt wird. Abschließend werden in Teil 2 die erheblichen Unterschiede in der potenziellen HF-Leistung anhand von Messdaten dokumentiert, die von einer nach den Baumethoden ICS/ICD-705 gebauten Anlage und einer Anlage, die die Anforderungen von NSA 94-106 erfüllt, gesammelt wurden.

Die SCIF-Anforderungen und Bauspezifikationen für ein bestimmtes Projekt reichen von physischen Barrieren bis hin zu Einrichtungen, die mit HF-Abschirmung und Baumethoden zur Reduzierung von akustischem Lärm errichtet wurden, und basieren auf einer Vielzahl von Faktoren, darunter dem Zweck der Einrichtung, dem Überwachungsrisiko, dem physischen Standort usw. Das Risiko und die Anfälligkeit des SCIF sollten vom Akkreditierungsbeauftragten (AO) und dem Site Security Manager (SSM) bewertet werden. Diese Bewertung wird bei der Auswahl der für jede SCIF-Anwendung erforderlichen technischen Maßnahmen hilfreich sein. Die Certified TEMPEST Technical Authority (CTTA) des Projekts wird die Anforderungen für TEMPEST bewerten[4] und Anweisungen zu den Anforderungen und dem Design der HF-Abschirmung geben.

Trotz eines klaren Prozesses für die Entwurfsrichtung und allgemeiner Bauempfehlungen, die in ICS/ICD-705 festgelegt sind, weichen viele Projektdokumente von der typischen ICS/ICD-705-Richtung ab. Diese Abweichungen können von der Spezifikation alternativer Abschirmmaterialien über die Verwendung alternativer Konstruktionsmethoden bis hin zur Festlegung von HF-Leistungsanforderungen reichen, die vom Projektentwurf nicht unterstützt werden. Diese Abweichungen haben häufig verschiedene nachteilige Auswirkungen, von erhöhten Projektkosten bis hin zu Designs, die die Abschirmungsanforderungen nicht unterstützen. Dies stellt alle Beteiligten, einschließlich der Anlageneigentümer, Anlagenplaner und Generalunternehmer, in die herausfordernde Situation, häufig während der Bauphase eines Projekts die Diskrepanzen zwischen Entwurf und spezifizierter Leistung überwinden zu müssen.

In Teil 1 dieses Artikels haben wir festgestellt, dass es nicht ungewöhnlich ist, dass Anforderungen an die HF-Abschirmungsleistung gemäß NSA 94-106 als Teil der Projektanforderungen für ein SCIF unter Verwendung von ICS/ICD-705-Wandtypen und Baumethoden spezifiziert werden. Darüber hinaus beziehen sich viele Projekte auf eine scheinbar willkürliche Leistungsanforderung. Beispielsweise erfordern die Spezifikationen eines Projekts möglicherweise eine Leistung von 60 dB von 1 GHz bis 10 GHz, obwohl ICS/ICD-705 keine HF-Abschirmleistung spezifiziert. Darüber hinaus sind die in ICS/ICD-705 beschriebenen allgemeinen Konstruktionsmethoden nicht dazu gedacht, eine bestimmte HF-Abschirmungsleistung zu erreichen, indem branchenübliche Methoden zur Quantifizierung der HF-Abschirmungsleistung verwendet werden, wie sie in Testspezifikationen wie IEEE 299⁵ und NSA 94-106 definiert sind.

Zuvor haben wir mehrere Gründe festgestellt, warum die Designempfehlungen in ICS/ICD-705 die NSA-Leistungsanforderungen nicht erfüllen. Zu diesen Gründen zählen unter anderem die Angaben des Herstellers zum Abschirmfolienmaterial, das üblicherweise für SCIF-Anwendungen spezifiziert wird und deutlich zeigt, dass das Material die Anforderungen an die Abschirmleistung gemäß NSA 94-106 nicht erfüllt. Wir haben außerdem festgestellt, dass die empfohlene Konstruktion für Wände aus ICS/ICD-705 zu einer erheblichen Perforation des Abschirmmaterials führt, was die Leistung beeinträchtigt. Weitere Faktoren sind die typischen ICS/ICD-705-Designempfehlungen, die keine Abschirmung an der Decke oder am Boden erfordern und keine Verwendung anderer Elemente erfordern, die für die Erzielung einer hohen HF-Abschirmleistung entscheidend sind, einschließlich Filter, Wellenleiter für Mechanik und HF abgeschirmte Türen.

Basierend auf ihrer Bewertung kann die CTTA Empfehlungen abgeben oder die Abschirmung von Böden und Decken sowie den Einbau von Filtern, behandelten Durchdringungen und HF-Türen verlangen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Design die Leistung von NSA 94-106 ohne wesentliche Änderungen an den allgemeinen Designempfehlungen in ICS/ICD-705 erfüllen wird.

Um diese Diskrepanz hervorzuheben, werden Daten von zwei verschiedenen SCIF-Einrichtungen bereitgestellt. Die erste Anlage, deren Leistungsdaten in Abbildung 1 dargestellt sind, wurde in strikter Übereinstimmung mit NSA 94-106 entworfen und gebaut. Daher wurde diese Anlage unter Verwendung von Abschirmmaterialien entworfen und gebaut, die alle in NSA 94-106 festgelegten Leistungsanforderungen für Magnetfelder, elektrische Felder, ebene Wellen und Mikrowellen erfüllen, einschließlich einer Dämpfung von 100 dB bei 10 GHz. Dies erfordert ein sechsseitig HF-abgeschirmtes Gehäuse mit ordnungsgemäß behandelten Durchdringungen, elektrischen Filtern und einer leistungsstarken abgeschirmten Tür.

Abbildung 1: Anlagendesign zur Erfüllung der NSA 94-106-Anforderungen. Die Dämpfung wurde mit dem Testverfahren IEEE 299 gemessen.

Beim zweiten Anlagenentwurf wurde die ICS/ICD-705 Wall A-Konstruktion für Innenwände und entlang der äußeren Gebäudeumfänge verwendet. Das Anlagendesign bot Abschirmungsverbesserungen, die über die in ICS/ICD-705 genannten hinausgingen, darunter HF-Türen, elektrische Filter für Energie- und Gebäudemanagementsysteme, HVAC-HF-Wellenleiter und HF-Wellenleiter für Sanitäranlagen, die die Leistung gegenüber den typischen Empfehlungen von ICS/ verbesserten. ICD-705. Schließlich umfasste die Einrichtung auch Fenster, von denen gemäß ICS/ICD-705 normalerweise abgeraten wird, die jedoch gelegentlich in einem SCIF-Entwurf enthalten sind. Die Projektanforderung dieser Einrichtung sah eine kundenspezifische HF-Abschirmungsleistung bei 90 MHz, 900 MHz und 6 GHz mit Dämpfungsanforderungen von 10 dB bis 30 dB vor.

Da in den Leistungsanforderungen der SCIF-Anlage Frequenzen identifiziert wurden, die nicht mit den Testfrequenzen der NSA 94-106 übereinstimmten, wurden nur die 100-MHz-, 1-GHz- und 10-GHz-Testfrequenzen der Anlage, die NSA 94-106 erfüllen sollten, bereitgestellt, um die entsprechenden Anforderungen zu erfüllen Vergleich wie möglich. Mit durchschnittlichen Unterschieden von 55 dB oder mehr und Spitzenunterschieden von bis zu 80 dB besteht eindeutig ein erheblicher Unterschied in der Leistung. Der ICS/ICD-705 Wall A verlangt, dass die Abschirmschicht zwischen zwei Trockenbauschichten eingelegt wird, aber die letzte Trockenbauschicht war zum Zeitpunkt der Aufzeichnung dieser Messungen noch nicht angebracht und die Abschirmleistung würde wahrscheinlich noch weiter abnehmen, sobald dies der Fall ist Trockenbau wird hinzugefügt.

Die HF-Leistung wird in Fällen erheblich eingeschränkt, in denen das SCIF-Design nur die ICS/ICD-705-Wandkonstruktion ohne Abschirmung an Decke und Boden und ohne HF-Türen, keine behandelten Durchdringungen oder gefilterten Strom erfordert. Aus den in Abbildung 2 dargestellten Daten geht jedoch hervor, dass viele dieser Faktoren eliminiert wurden und dass es immer noch zusätzliche Faktoren gibt, die die Leistung einschränken.

Abbildung 2: Anlagenentwurf unter Verwendung von ICD-705 Wall A mit zusätzlichen Böden und Decken, HF-Türen, Filtern und behandelten Durchdringungen. Die Dämpfung wurde mit dem Testverfahren IEEE 299 gemessen.

In dieser speziellen Anwendung sind die Fenster ein Faktor, der die Leistung einschränkt. Es gibt verschiedene Schutzarten für Fenster, darunter HF-Folie, HF-Glas und HF-abgeschirmte Fenster, die über einen HF-abgeschirmten Schirm verfügen. Diese Technologien sind typischerweise auf 40 dB bis 80 dB bei 10 GHz begrenzt, abhängig von der Leistung eines bestimmten Produkts, und variieren in der Leistung von 1 kHz bis 10 GHz.

Ein weiterer Faktor, der die HF-Abschirmleistung einschränkt, ist das primär empfohlene Abschirmmaterial. Ein Beispiel für das Material, das häufig in SCIF-Designs verwendet wird, ist in Abbildung 3 dargestellt. Das am häufigsten empfohlene Abschirmmaterial erfüllt den Angaben des Herstellers zufolge die HF-Abschirmungsdämpfungsanforderungen von NSA 94-106. Die Daten des Herstellers basieren jedoch auf einer kleinen Stichprobe unter idealen Testbedingungen, die in einem HF-abgeschirmten Gehäuse getestet wurde und bei mehr als 100 dB von 100 MHz bis etwa 1,5 GHz eine optimale Leistung erbringt. Oberhalb von 1,5 GHz lässt die Leistung laut Herstellerangaben nach. Die Leistung unter 100 MHz scheint ebenfalls abzufallen, und die Dämpfung wird bei magnetischen Feldern (H-Feld) mit abnehmender Frequenz sicherlich erheblich abnehmen.

Abbildung 3: Beispiel für die Installation der ICS/ICD-705 HF-Abschirmbarriere

Um die eingeschränkte Leistung in einigen Frequenzbereichen zu überwinden, sind bei einigen Designs dickere Kupferfolien oder Aluminiumbleche erforderlich. Die angegebenen Materialien erfüllen jedoch möglicherweise immer noch nicht NSA 94-106, wenn sie als Leistungsanforderung identifiziert werden. Darüber hinaus werden wir im nächsten Abschnitt dieses Artikels einige konstruktive Herausforderungen identifizieren, die die HF-Abschirmungsleistung beeinträchtigen und den Nutzen der Verwendung eines anderen Materials einschränken

Es kommt auch häufig vor, dass bei Designs, die für die HF-Leistung von entscheidender Bedeutung sind, viele Probleme übersehen werden, was zu einer zunehmenden Verschlechterung der HF-Abschirmleistung führt. Häufige Probleme bestehen darin, dass nicht alle Elemente identifiziert werden, die gefiltert werden müssen. Unabhängig davon, ob sie für Strom-, Kommunikations-, Daten- oder Gebäudemanagementsysteme verwendet wird, muss eine Komponente, die leitende Kabel oder Drähte enthält oder verwendet, gefiltert werden, um die HF-Leistung eines Abschirmsystems zu maximieren.

Es gibt mehrere Beispiele für eine Anlage, die alle Stromquellen filtert, sich jedoch dafür entscheidet, nicht alle Datenleitungen zu filtern, da die Daten über den Boden eingegeben werden, der ebenerdig ist. Es spielt jedoch keine Rolle, an welcher Stelle das Kabel oder die Leitung eingeführt wird. Wenn es leitfähig ist, kann es Signale übertragen und ähnlich einer Antenne abstrahlen. Ebenso besteht die Gefahr, dass kritische oder geschützte Signale mit diesen Kabeln oder Drähten gekoppelt werden und den gesicherten Raum verlassen. In manchen Fällen kann dieser mangelnde Schutz Anlass zu Bedenken hinsichtlich der mit Datenfiltern oder Kommunikationsfiltern verbundenen Kosten geben. Eine kostengünstige Lösung könnte jedoch darin bestehen, im sicheren Raum Glasfasern zu verwenden, die die Abschirmung über einen kostengünstigen HF-Wellenleiter oder eine Reihe von HF-Wellenleitern durchdringen können.

Zu den weiteren häufigen Designproblemen gehört, dass unbehandelte mechanische Teile und Rohrleitungen, die nicht speziell für das SCIF gelten, die SCIF-HF-Abschirmung durchdringen und durchdringen können. Dadurch entstehen einfach zusätzliche Punkte, an denen HF-Signale in das SCIF hinein oder aus ihm heraus dringen können. Auch hier gilt: Wenn das Ziel darin besteht, die Leistung der HF-Abschirmung zu maximieren, muss jedes Eindringen in oder aus dem abgeschirmten Raum ordnungsgemäß behandelt werden. Um potenzielle HF-Leistungsprobleme zu vermeiden, wird empfohlen, dass nur Gegenstände, die im HF-abgeschirmten Raum eines SCIF verwendet werden, die HF-Barriere passieren und dass alle anderen Gegenstände, die andere Bereiche der Einrichtung versorgen, außerhalb des abgeschirmten Raums verlegt werden. Natürlich gibt es Ausnahmen, aber diese sollten individuell auf der Grundlage einer Reihe von Faktoren bewertet werden, darunter die Kosten und die Auswirkungen auf die HF-Leistung.

Die empfohlene Wand im Detail in ICS/ICD-705 zeigt das HF-Abschirmmaterial zwischen zwei Schichten Trockenbau oder Trockenbau und einem Untergrund wie Sperrholz (siehe Abbildung 4). Die zweite Trockenbauschicht muss an der Wand befestigt werden. Dies geschieht normalerweise durch mechanische Befestigung der Trockenbauwand mit Schrauben. Diese Methode durchdringt jedoch die HF-Abschirmung und kann so zu Leckagen der HF-Abschirmung führen.

Abbildung 4: ICS/ICD-705 Wand C mit Darstellung einer HF-Barriere zwischen Sperrholzsubstrat und fertiger Trockenbauwand

Wie in den vorherigen Abschnitten erwähnt, wird bei einigen Designs die Verwendung eines alternativen Abschirmmaterials erforderlich sein. Diese Konstruktionsmethode führt jedoch unabhängig vom angegebenen Abschirmungsmaterial zu potenziellen HF-Abschirmungsverlusten. Daher verbessert die Installation alternativer Abschirmmaterialien möglicherweise nicht unbedingt die HF-Abschirmleistung und führt zu zusätzlichen Projektkosten, ohne dass die HF-Abschirmleistung davon profitiert.

Weitere häufige bauliche Herausforderungen beim Bau eines SCIF sind die Abschirmung an der Decke, HF-abgeschirmte Türen und die Behandlung von Durchdringungen, wenn im Rahmen der Entwurfsanforderungen bestimmte Anforderungen an die HF-Leistung festgelegt wurden. Bei vielen SCIF-Designs kann es erforderlich sein, dass sich die Wandfolie über den Umfang des SCIF an die Decke legt und diese überlappt, wenn es sich bei der Decke um ein Metallpfannendeck handelt. Allerdings wird die HF-Leistung durch die vorhandenen Durchdringungen durch das Metalldeck begrenzt.

Darüber hinaus kann es bei Projekten vorkommen, dass an der Decke ein Abschirmmaterial angebracht werden muss. In den meisten Fällen wird die Decke auch zur Unterstützung elektrischer und mechanischer Systeme und Komponenten wie Sanitär und Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik verwendet. Dies geschieht häufig über Gewindestangen oder Winkel, die durch die Decke befestigt werden. Ein Beispiel ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: HLK-, Elektro- und Sanitär-Stützwinkel mit Gewindestange, die das Abschirmmaterial aus Kupfergewebe an der Decke durchdringt

Leider kann diese Technik zu Hunderten, wenn nicht Tausenden von Durchdringungen der Decke führen, wodurch die Gefahr einer HF-Leckage besteht. HF-Abschirmungsunternehmen wissen, wie diese Verbindungen zu behandeln sind, um die HF-Abschirmungsleistung zu maximieren, aber ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechniker oder Klempner ohne Erfahrung in der HF-Abschirmung weiß wahrscheinlich nicht, wie er mit den Durchdringungen umgeht. Unabhängig davon können diese zusätzlichen Durchdringungen der Abschirmung negative Auswirkungen auf die gesamte HF-Abschirmleistung haben.

Es kann auch zu unbehandelten Durchdringungen durch die Wände kommen. Wenn die Durchführungen aus einem leitfähigen Material bestehen, wie zum Beispiel bei Leitungen, Rohrleitungen und HVAC-Kanälen, kann es empfehlenswert sein, die Abschirmung mit der Durchführung zu verbinden, um die Abschirmleistung zu maximieren. Diese Empfehlung stellt jedoch keine bewährte Vorgehensweise für die HF-Abschirmung dar und wird wahrscheinlich die Gesamtabschirmleistung beeinträchtigen. Darüber hinaus können diese Durchdringungen Bauschutt oder Farbe enthalten und die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigen, wenn sie nicht ordnungsgemäß gereinigt werden. Schließlich darf die Durchdringung nicht leitend sein und entweder aus PVC oder einem anderen nicht leitenden Material bestehen. Diese Durchdringungen stellen zusätzliche Bereiche dar, die die HF-Abschirmleistung erheblich reduzieren könnten. Ein Beispiel ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6: Unbehandelte Durchdringungen durch das Abschirmmaterial stellen einen Punkt dar, an dem die Abschirmleistung erheblich beeinträchtigt sein kann

Es gibt auch erhebliche Auswirkungen auf Türen, wenn für eine SCIF-Anwendung auf NSA 94-106 oder eine andere Ebene höherer HF-Leistungskriterien verwiesen wird. Derzeit ist keine HF-Tür auf dem Markt erhältlich, die die typischen akustischen Anforderungen für ein SCIF und die gemäß NSA 94-106 geforderten hohen HF-Leistungen erfüllt. Darüber hinaus sind zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen spezielle Hochsicherheitsschlösser, darunter X10-Schlösser, erforderlich. Um einen HF-Dämpfungsgrad von 100 dB aufrechtzuerhalten, müssen Schlösser normalerweise auseinandergenommen und modifiziert werden, um in eine HF-Tür integriert zu werden. Dieser Schritt führt jedoch zum Erlöschen der Sicherheitseinstufung des Schlosses.

Gemäß NSA 94-106 werden diese Probleme durch die Schaffung eines Vorraums oder eines vergrößerten Türpfostens angegangen, um eine akustische Tür mit den erforderlichen Sicherheitsschlössern und eine separate RF-Tür unterzubringen, um die RF-Leistungsanforderungen zu erfüllen. Die meisten SCIF-Designs beinhalten diese Art von Design für Türen nicht, was zu einem erheblichen und teuren Konstruktionsproblem führt, wenn in den SCIF-Projektdokumenten NSA 94-106 oder eine andere HF-Leistung mit erhöhtem Pegel (>60 dB bei 10 GHz) angegeben ist.

Wie in Teil 1 dieses Artikels erläutert, kann die Bezugnahme auf ICD/ICS-705 und NSA 94-106 als Teil eines Projekts zu großer Verwirrung hinsichtlich der Projektanforderungen führen. Teil 2 dieses Artikels beleuchtet die Leistungsunterschiede zwischen den Konstruktionsempfehlungen in ICD/ICS-705 und den in NSA 94-106 identifizierten Anforderungen. Darüber hinaus haben wir hervorgehoben, dass projektspezifische Leistungsanforderungen unter Verwendung der in ICD/ICS-705 bereitgestellten Bauempfehlungen möglicherweise schwierig zu erreichen sind. Die Festlegung spezifischer HF-Dämpfungsanforderungen an ein Projekt, das ICD/ICS-705 verwendet, kann ein Projekt gefährden, wenn der Entwurf des Projekts nicht sorgfältig überprüft wird, um sicherzustellen, dass die HF-Leistungsanforderungen erfüllt werden.

Schließlich kommt es nicht selten vor, dass der Entwurf eines Projekts die HF-Leistungsanforderungen nicht erfüllt. Dies bringt das Projektteam in die prekäre Lage, entscheiden zu müssen, wo es einen Kompromiss zwischen Entwurfs- und Projektleistungsanforderungen eingehen und gleichzeitig unerwartete und möglicherweise erhebliche Zusatzkosten in Kauf nehmen muss.

Um diese Probleme zu entschärfen, empfehlen wir den SCIF-Designteams, die tatsächlichen Anforderungen mit der CTTA zu prüfen, bevor eine Projektspezifikation oder eine Angebotsanfrage fertiggestellt wird. Es ist auch eine gute Idee, einen HF-Abschirmungsberater in das Designteam aufzunehmen, der bei der Koordinierung des HF-Abschirmungsdesigns hilft und sicherstellt, dass die fertige Struktur die Leistungsanforderungen erfüllt.

DesignJoel KelloggRadiofrequenzRFRF-AbschirmungSCIF

Joel Kellogg ist Director of Business Development für Gesundheitswesen, Industrie und Regierung bei ETS-Lindgren und verfügt über mehr als 20 Jahre Design-, Produktions- und Managementerfahrung.

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