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Air Systems Division
Essais champs forts sur les systèmes : de l’antenne à la VIRC par Geneviève Deville
22/03/2006
Air Systems Division2
CE
M &
Sa
fety
Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Sommaire
Les essais champs forts
Les différentes méthodes d’essais
Méthode de la cage anéchoide
Méthode du strip line
Méthode de l’antenne filaire
Méthode de la chambre réverbérante à brassage de modeMode tuningMode SteeringVIRC
Application : les essais champs forts sur des systèmes de grandes dimensions
Air Systems Division3
CE
M &
Sa
fety
Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Environnement électromagnétique de plus en plus pollué.
Systèmes de plus en plus complexes.
Prise en compte de la menace « champs forts » dans
les spécifications d’immunité en rayonnement des matériels :
Militaires, Aéronautiques, Automobiles, Etc…
Air Systems Division4
CE
M &
Sa
fety
Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les environnements champs forts et les normes d’essais d’immunité (rayonnée)
Environnement Origine Forme Norme d’environnement
Norme d’immunité
Foudre indirecte Naturelle Impulsion MIL STD 464 MIL STD 461 RS 103
RTCA/DO160 sec 22
CEI 61000-4-9
CEI 61000-4-10
IEMN Hostile Impulsion MIL STD 464
CEI 61000-2-9
MIL STD 461 RS 105
CEI 6100-4-20
CEI 6100-4-25
HIRF Emetteursintentionnels
CW,
Modulé
MIL STD 464 MIL STD 461 RS 103
RTCA/DO160 sec 20
CEI 61000-4-3
Armes hyper
HPM
UWB
hostile CW,
Modulé
Impulsion
Pr NF EN 61000-2-13
Air Systems Division5
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464
Champ électrique moyen MIL STD 464
0
200
400
600
800
1000
1200
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000
fréquences (MHz)
E m
oy
(V/m
)
Ship Space & launch vehicule Ground aircraft
Air Systems Division6
CE
M &
Sa
fety
Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464
Champ électrique crête MIL STD 464
1
10
100
1000
10000
0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 100000
fréquences (MHz)
E m
oy
(V/m
)
Ship Space & launch vehicule Ground aircraft
Air Systems Division7
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage anéchoide :
Cette méthode est la plus largement répandue, elle est décrite par les normes MIL STD 462 (versions 1967, 1971…1993), la MIL STD 461 E, la DO 160 et la CEI 61000-4-3.
Les essais de susceptibilité rayonnée sont réalisés en cage de Faraday anéchoide :
Exemple : Montage d’essai proposé par la MIL STD 461 E
Air Systems Division8
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Air Systems Division9
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Essai RS 103 de la MIL STD 461 E sur une baie
antenneMesureur de
champ
équipement
Air Systems Division10
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les inconvénients de la méthode :
Nécessite des amplificateurs puissants (donc coûteux) pour
produire des champs de fort niveau.
Immobilise une cage de grand volume (donc coûteuse)
L’objet à tester n’est éclairé que sous une seule face.
Si l’objet est volumineux, le test est très long.
Air Systems Division11
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode du strip-line
de la MIL STD 462 (1967) à la MIL STD 461E (1999 ) :
Air Systems Division12
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Montage d’essai de la MIL STD 461 E (RS 105)
Air Systems Division13
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les inconvénients de la méthode :
Nécessite une installation spécifique (strip line)
La polarisation du champ est fixée donc nécessité de « tourner » l’équipement sous test »
La taille de l’équipement est limitée par les dimensions du strip-line
Rayonnement du strip-line donc pollution électromagnétique de l’environnement du laboratoire (problème résolu par l’utilisation d’une cellule TEM)
Cette méthode est plutôt utilisée pour produire des champs impulsionnels
Air Systems Division14
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de l’antenne filaire ( MIL STD 462 - 1971):
Air Systems Division15
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les inconvénients de la méthode :
Méthode utilisable seulement de 14 kHz à 30 MHz
Nécessiter d’adapter la ligne à l’aide d’un jeu de résistances par un processus d’itérations successives
Temps d’installation du montage d’essais prohibitif
Cette méthode a été rapidement abandonnée, on ne la retrouve plus dans les normes récentes.
Air Systems Division16
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode (mode
tuning):
La méthode consiste à utiliser une chambre réverbérante à brassage de modes pour produire le champ E nécessaire à l’illumination de l’objet à tester. Le brassage est lent. (entraînement du brasseur par moteur pas à pas)
(Test décrit dans la MIL STD 461 E et la DO 160 C et D)
Exemple : Montage d’essai proposé par la MIL STD 461 E
Air Systems Division17
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Air Systems Division18
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Principe de la chambre réverbérante à brassage de modes :
On obtient un champ électromagnétique statistiquement homogène et isotrope dans l’espace et uniforme en fréquence dans le volume donné grâce à :
Apparition d’un champ stationnaire associé aux modes propres de la cavité dû aux réflexions sur la paroi
Modification de la géométrie de la cage par la rotation pas à pas d’un ou plusieurs « brasseurs de modes »
Air Systems Division19
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Chambre réverbérante à brassage de modes :
Avec l’aimable autorisation du GERAC
Air Systems Division20
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Avantages de la chambre réverbérante à brassage de modes :
A niveau de champ constant, la puissance à injecter est beaucoup plus faible que dans la méthode de la chambre anéchoide.
L’objet sous test est illuminé sous toutes ses faces.
La durée de l’essai est plus courte.
Air Systems Division21
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode ( Mode
Steering) :
Une variante de la méthode consiste à faire varier le champ très rapidement et de manière aléatoire dans la chambre.
Le brasseur tourne de manière continue.
Cette méthode est décrite comme une variante de la précédente dans la DO 160 D.
Exemple : Montage d’essai proposé par la DO 160 D
Air Systems Division22
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Air Systems Division23
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode ( Mode
Steering) :
Les avantages par rapport à la méthode en chambre anéchoide sont les mêmes que ceux de la méthode Mode Tuning.
Cette méthode permet de gagner du temps, mais le temps de réaction de l’équipement sous test doit être rapide, sinon il y a un risque de ne pas voir le défaut.
Air Systems Division24
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les différentes méthodes d’essais :Méthode de la cage réverbérante à brassage de mode ( Mode
Steering) par utilisation d’une VIRC :
Il s’agit encore d’une autre variante de la méthode du Mode Steering.
Air Systems Division25
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Le principe de la chambre réverbérante vibrante (VIRC) :
La chambre réverbérante vibrante (VIRC) est une tente en tissu métallisé dont les murs sont de forme non régulière.
Le brassage du champ est effectué en agitant les parois de la tente
Avec l’aimable autorisation de Thales Naval Netherland
Air Systems Division26
CE
M &
Sa
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Avantages et inconvénients de la méthode : Inconvénients :
Champs très rapidement variables, donc risque de ne pas voir certains dysfonctionnements
Avantages :
Possibilité de générer des champs forts avec des amplificateurs de faible puissance
Facilement déplaçable et montage très rapide
Souvent le seul moyen de tester des systèmes de taille importante ou difficilement déplaçables
Air Systems Division27
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les essais champ forts sur des systèmes de grande taille :
Les antennes des radars conçus par Thales Air Defence peuvent atteindre des dimensions de l’ordre de 10m.
Difficilement déplaçables.
Nécessitent des moyens de levage/manutention qui ne rentrent pas dans les cages de Faraday.
Les antennes elles-mêmes ne passent pas par les portes des cages.
La vérification du bon fonctionnement de l’antenne demande aussi beaucoup de place (généralement le reste du radar).
Air Systems Division28
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Les essais champ forts sur des systèmes de grande taille :
Utilisation d’une chambre réverbérante vibrante (Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber = VIRC) en lieu et place d’une chambre réverbérante fixe
Plus de déplacement de l’antenne.
Manutention (donc coût) réduite.
Durée d’immobilisation du système diminuée.
L’ouverture rayonnante de grandes dimensions peut être testée en vraie grandeur.
Air Systems Division29
CE
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Utilisation de la VIRC appliquée à une antenne de grandes dimensions :
Refroidissement
Banc de test antenne
Alimentation
Récepteur
Générateur
M1
M2
M3
M4
4,3 m
4 m4,1m
5,6 m
4 m
6 m
Moteurs
VIRC
Essai in situ avec une VIRC
Antenne
Air Systems Division30
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Conclusion :
Il existe de nombreuses méthodes d’essais champs forts
Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients
Le responsable CEM doit les connaître toutes pour pouvoir choisir la mieux adaptée à ses besoins.
Air Systems Division31
CE
M &
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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC
Pour en savoir plus sur les chambres réverbérantes à brassage de mode et la chambre réverbérante vibrante :
- B Demoulin : Les chambres réverbérantes à brassage de mode. Principe et applications – Colloque CEM Brest 1998
- F.B.J Leferink : High field strength in a large volume: the intrinsic reverberation chamber – IEEE symposium on EMC 1998
- F.B.J Leferink & J Van Etten : The Vibrating Intrinsic Reverberation Chamber – IEEE Tr. on EMC 2001
- T.X.Nguyen (NASA) : Mode-Stirred Method implementation for HIRF susceptibility testing and results comparison with anechoic method
Air Systems Division
Merci de votre attention