Schirmdämpfung kritischer Infrastrukturen

Mit dem Sammelbegriff kritische Infrastrukturen werden alle Institutionen oder Einrichtungen bezeichnet, deren Ausfall nachhaltige Beeinträchtigungen für das Gemeinwesen oder das Wirtschaftssystem nach sich zieht. Aus elektromagnetischer Sicht sind dies vor allem Gebäude, Räume oder Bereiche, in denen sich sicherheitsrelevante IT befindet, die bewusst gestört oder deren Informationen abgestrahlt nach außen dringen können. Das betrifft zum Beispiel Rechenzentren oder Flughafenterminals. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Bewertung solch kritischer Infrastrukturen.
Dazu werden zunächst bereits bekannte Studien und Messergebnisse vorgestellt, die Rückschlüsse auf die Schirmdämpfung von kritischen Infrastrukturen zulassen. Dabei zeigt sich, dass bezüglich des erforderlichen Frequenzspektrums und des eingesetzten Messverfahrens die Ergebnisse nicht vollständig sind. Zusätzlich ist für eine umfassende Bewertung die Zusammensetzung von Materialien und Baukörpern entscheidend.
Daher wird ein umfassender Überblick zur Schirmdämpfung von kritischen Infrastrukturen erarbeitet. Begonnen wird mit der Entwicklung und Umsetzung eines geeigneten Messverfahrens, dass es ermöglicht, repräsentative Baukörperzusammensetzungen und -größen zu vermessen. Da die untersuchten Baumaterialien mitunter mehrere Tonnen schwer sind, werden an den Messaufbau besondere Anforderungen gestellt. Nach der Vermessung der Prüfkörper folgt eine Bewertung der Schirmdämpfungseigenschaften. Es zeigt sich, dass bereits mit verhältnismäßig einfachen Mitteln Schirmdämpfungen im Bereich von SD = 60 dB erreicht werden können. Hervorzuheben ist hier eine Kombination von Gipskarton und Aluminiumfolie sowie ein Mauerwerk aus mit ferritischem Material versetzten Kalksteinen. Zusätzlich wurden auch Fenster für geschirmte Bereiche untersucht. Diese weisen grundsätzlich eine hohe Schirmdämpfung auf. Allerdings wird hier die Bedeutung der Verbindung mit dem umgebenden Material deutlich. Bei einigen Varianten ist diese Anbindung konstruktiv sehr gelungen ausgeführt. Für eine umfassende Beurteilung der Schirmdämpfung von kritischen Infrastrukturen folgt im Anschluss an die Messungen eine analytische, numerische und wirtschaftliche Bewertung. Dabei wurde auf Basis von analytischen Verfahren ein Berechnungsmodell entwickelt, dass eine Abschätzung der Schirmdämpfung mit guter Näherung erlaubt. Mit diesem Modell ist es möglich, Vielschichtmaterialien und Gitterstrukturen mit ihren elektromagnetischen und geometrischen Eigenschaften nachzubilden. Ein Vergleich mit der gemessenen Schirmdämpfung von Stahlbeton weist eine äußerst gute Übereinstimmung im Frequenzbereich von f = 30MHz bis 10 GHz auf. Die Nachbildung der Baumaterialien in numerischen Berechnungsprogrammen liefert teilweise ebenfalls gute Übereinstimmungen. Allerdings stellt die Modellbildung eine Gratwanderung zwischen Detailtreue, Berechnungsfrequenz und Rechenaufwand dar. Messergebnisse mit sinnvollem Kosten-Nutzen-Verhältnis liegen deshalb nur im Frequenzbereich von f = 1 GHz vor.
Abschließend folgt eine wirtschaftliche Bewertung der Maßnahmen zur Schirmung kritischer Infrastrukturen. In dieser werden die Kosten verschiedener Materialkompositionen von sicherheitsrelevanten Bereichen der zu erwarteten Schirmdämpfung gegenüber gestellt. Es zeigt sich, dass die frühzeitige Einplanung von schirmdämpfungssteigernden Maßnahmen einen finanziellen Nutzen hat. Auf diese Weise lassen sich bis zu 15% der Baukosten gegenüber einer nachträglichen Schirmung einsparen. Anhand der Erkenntnisse dieser Arbeit lässt sich die Schirmdämpfung zukünftiger kritischer Infrastrukturen sicherer, wissenschaftlich fundierter und kostengünstiger generieren.