Cours 1

publicité
LA COMPATIBILITÉ
ÉLECTOMAGNÉTIQUE
C.E.M.
ELECTROMAGNETIC
COMPATIBILITY
E.M.C.
Introduction à la compatibilité électromagnétique
Nous sommes tous exposées dans notre vie quotidienne, que nous
le voulions ou non, aux champs électromagnétiques provenant
de sources naturelles et artificielles.
Selon l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), l'intensité de
ces ondes est supérieure de plusieurs centaines de fois à celui du
rayonnement naturel. Il est quasiment impossible d'échapper à
cette exposition dont l'intensité a triplé en trente ans.
Progrès
technologique
Industrialisatio
n
Problèmes d’environnement
Nouvelle discipline
La COMPATIBILITÉ ÉLECTROMAGNÉTIQUE
Les charges électriques présentes dans l’atmosphère provoquent une intensité de champ électrique de
100 à 200 V/m par beau temps. L’induction magnétique terrestre a une valeur comprise entre 35 et 50 T.
Comparaison relatifs des valeurs des champs électriques
Dans le corps humain (cerveau)
5 mV/m
Dans le corps humain (cœur)
jusqu ’à 50 mV/m
Habitation (sauf près des appareils ménagers)
jusqu’à 20 V/m
Dans un wagon de train électrique
jusqu’à 300 V/m
A proximité des lignes HT
20 V/m
Écrans ordinateurs (à 5 cm)
de 1 à 10 V/m
Champ en atmosphère calme
de 100 à 200 V/m
Champ pendant un orage
jusqu’à 100 kV/m
Moquettes (à 5 mm, en atmosphère sèche)
de 200 V/m à 20 kV/m
Émission radio FM (à qques mètres de l’antenne)
qq dizaines de V/m
Émission GSM
à 1 cm de l’antenne d’un téléphone mobile
90 V/m
à 1 m d’une antenne de station de base (antenne relais)
50 V/m
à plus de 5 m de l’antenne relais
de 0,01 à qq V/m
Introduction à la compatibilité électromagnétique
Spectre électromagnétique
CEM
Absorption de ondes électromagnétiques par l’atmosphère
Pour ces longueurs d’onde, l’atmosphère absorbe très peu les
ondes, c’est pourquoi elles sont très utilisées pour les
communication longue portée mais peuvent provoquer des
problèmes de compatibilité électromagnétique entre les différents
systèmes.
QU’EST-CE QUE LA C.E.M. ?
Discipline qui étudie la
cohabitation de tous les
systèmes utilisant de l’énergie
électrique.
Quelques exemples de problèmes CEM
* Ouverture ou fermeture intempestives de barrières, ou portails automatisés
* Airbag, freins ABS
* Déclenchement missile
Une automobile moderne contient plus d’un kilomètre de fils électriques, elle se comporte comme
une antenne qui émet et capte des ondes EM. Le phénomène s’est amplifié avec l’augmentation
vertigineuse du nombre de composants électroniques embarqués et le multiplexage.
QU’EST-CE QUE LA C.E.M. ?
Définition
La C.E.M. est l’aptitude d’un équipement à fonctionner dans son
environnement électromagnétique de façon satisfaisante et sans
produire lui même des perturbations intolérables pour les autres
équipements qui se trouve dans cet environnement
Qui est concerné ?
Le fabricant ou / et l’importateur
La personne qui commercialise le produit
L’utilisateur
Les fabricants de matériel ont été les premiers à être concernés par la CEM. Depuis le 1er
janvier 1996, seuls les produits conforment à la réglementation en vigueur sur la CEM et
portant le marquage CE peuvent être commercialisés en France et dans l’Union Européenne.
Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
L’utilisation d’équipements électroniques se multiplie dans tous les
domaines d’activités, qu’il soient grands publics, industriels ou militaire.
Les technologies employées dans la conception et le développement des
matériels électroniques reposent sur trois paramètres :
 la rapidité de commutation (vitesse des microprocesseurs),
 les faibles énergies mises en œuvre pour basculer d’un état à un autre,
 le haut niveau d’intégration des composants.
“Pour aller plus vite, il faut diminuer l’énergie à commuter et réduire la
distance que doivent parcourir les charges électroniques“.
Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
Trois facteurs se conjuguent pour rendre sans cesse plus importants les
problèmes de perturbations électromagnétiques :
Les dispositifs de contrôle-commande et de mesure comprennent désormais des
composants électroniques travaillant à des niveaux de tension de plus en plus bas ; cela
entraîne, si aucune précaution particulière n’est prise, une plus grande sensibilité de ces
équipements aux perturbations auxquelles ils sont normalement soumis.
La multiplication des systèmes capables de couper brusquement des puissances
importantes (thyristors, triacs) engendre une prolifération d’impulsions à front raide
susceptibles d’influencer les matériels sensibles.
Les dispositifs perturbateurs et les matériels sensibles à ces perturbations sont de plus
en plus intégrés aux mêmes ensembles. Les perturbations sont transmises avec une
atténuation d’autant plus faible que les deux types d’éléments sont plus rapprochés.
Pourquoi faut-il se préoccuper de la C.E.M. ?
Cette course aux performances à considérablement modifié les
rapports entre les équipements électroniques et leur environnement.
L’environnement électromagnétique dans lequel ils sont amenés a fonctionner se
trouve fortement pollué par des parasites de toutes origines : naturelles (foudre,
électricité statique …), ou industrielles (émetteurs, radars, commutations …).
L’évolution des technologies rend les matériels plus sensibles ou plus
“vulnérables“ aux agressions extérieures, de plus ils deviennent eux mêmes
source de perturbation !
Sécurité des
personnes
Surtensions
foudre
IEMN
Effets
biologiques
C.E.M.
Perturbations et
immunité des
équipements
Décharges
électrostatiques
Brouillages des
récepteurs
hertziens
La CEM - Principes
Emissivité :
- Ce terme est employé pour évaluer le pouvoir
perturbateur d’un appareil
- Perturbations générées par un appareil
* Perturbations conduites
* Perturbations rayonnées
La CEM - Principes
Immunité :
- On parle d’immunité pour caractériser le niveau de
protection intrinsèque d’un appareil
- Immunité contre :
* Les perturbations conduites
* Les perturbations rayonnées
Terminologie CEM
niveau de susceptibilité.
Il s'agit du niveau à partir duquel il y a dysfonctionnement
d'un matériel ou d'un système.
niveau d'immunité.
C'est le niveau d'une perturbation supportée par un matériel
ou un système.
niveau de compatibilité.
Niveau de
susceptibilité
Niveau
d’immunité
Marge
d’immunité
C'est le niveau maximal de perturbation auquel on peut
s'attendre dans un environnement donné.
marge d'immunité.
C'est la marge qui existe entre le niveau de compatibilité et le
niveau de limite d'immunité.
niveau d'émission.
C'est le niveau maximal d'émission de perturbation que ne
doit pas dépasser un matériel.
marge d'émission.
C'est la marge qui existe entre le niveau de compatibilité et le
niveau de limite d'émission.
Niveau de
compatibilité
Niveau
d’émission
Marge
d’émission
OBJECTIF DE LA C.E.M.
Rendre compatible le fonctionnement d’un système ou d’une installation
avec son environnement électromagnétique
PLAN C.E.M.
- Évaluer l’environnement E.M. (sources de perturbations détermination des champs générés )
3 moyens de protection contre les
interférences
- Étudier les modes: de couplage entre les sources de perturbations et
le système ou l’installation
1. Supprimer
l’émission à la source.
- Déterminer dans quelle mesure les éléments sensibles du système ou de
l’installation supportent les perturbations
2. Rendre
le
couplage
le
plus
inefficace
possible.
- Définir les protections des éléments sensibles ou des installations
(simulations et tests devant aboutir à l’élaboration des protections)
3. Rendre le récepteur moins susceptible aux
- Intégrer le problème C.E.M. dans la conception d’un système ou d’une
émissions.
installation
Analyse de CEM
Le but de l’analyse est d’estimer la CEM d’une installation composée d’un ensemble de systèmes.
Il s’agit de déterminer la marge de compatibilité de chaque système de l’installation et de vérifier qu’elle est
supérieur à une valeur positive fonction de la sécurité recherchée.
PROCEDURE
Après avoir identifié et délimité tous les systèmes de l’installation, on définit pour chaque système
les paramètres suivants :
Les niveaux de perturbations émises par les systèmes j se comportant comme des
sources de perturbations ; on les désignera par Pj.
Les niveaux d’immunité de chaque système k notés Ik.
Les affaiblissements dus aux différents couplages. Ils traduisent pour chaque système
k l’action des perturbants j. On les appelera Ajk.
Les marges de compatibilité de chaque système k vis-à-vis des systèmes j sont définis
par la relation :
Mjk (dB) = Ik + Ajk - Pj
Analyse de CEM
Compte tenu des incertitudes de mesure, on impose des Mjk > X dB et non pas simplement Mjk > 0 dB. Si cette
condition n’est pas remplie, l’analyse doit être poursuivie par :
La prise en compte du facteur temps : il est possible que
le système k n’ait pas à fonctionner en même temps que
le système j responsable du terme MJK < X
La mise en place de dispositifs de protection permettant
de modifier les valeurs des paramètres Ajk, Pj ou Ik
L’acceptation d’un fonctionnement erroné du système k
pendant un certain temps
L’acceptation de la destruction d’une partie du système k
à condition que la partie détruite soit facilement
remplaçable
Modes de couplage
- Le couplage par impédance commune
- Le couplage par capacité « effet de main »
- Le couplage par diaphonie inductive
- Le couplage par diaphonie capacitive
- Le couplage Champ à câble
- Le couplage Champ à boucle
Couplage par Conduction : Mode commun - Mode différentiel
Mode differentiel
C’est la façon « normale » de transmettre les signaux.
On l’appelle aussi mode symétrique.
*Mode de propagation le moins redouté
IMD
– aisément repérable
– le plus souvent faible
– négligeable si les conducteurs allerretour proches
VMD
• éloignés des câbles perturbateurs
IMD
*Mode de propagation prépondérant à l ’intérieur des
systèmes
Pince ampèremétrique
Mesure 2IMD
IMD
IMD
ZMD
Mode Commun
On l’appelle aussi mode asymétrique.
Il utilise le réseau de masse ou de terre partagé
par plusieurs dispositifs comme retour de courant
*Le courant se propage sur tous les conducteurs dans le même sens et
revient par la masse
Ex: - Traction ferroviaire avec retour du courant par les rails
- Automobile, l’ossature sert de retour et de circuit de masse
Principale source de perturbations
IMC
IMC
La tension de mode commun est définie comme
étant égale à la valeur moyenne de la d.d.p. entre
les différents fils et la masse.
Couplage par impédance commune
* Piquet de terre
U1
I1
Z2
Zcom
Z1
U=Zcom.I1
* Plan de masse circuit imprimé
* Câble de mise à la masse (tresse)
* Câble d ’alimentation
Effet pelliculaire
• La résistance d’un conducteur rectiligne se calcule par
où  est la résistivité du matériau
• pour le cuivre : = 17,5·10-9 [m]
• pour l’aluminium :  = 28,6·10-9 [m]
• pour le fer :  = ~120·10-9 [m]
R 
l
A


• Un courant continu circule de manière homogène dans le conducteur
• Un courant alternatif HF se concentre en périphérie de la surface du conducteur
– l’intérieur du tube « ne sert à rien »

– l'épaisseur de cette « peau » se calcule par  ~
m
  0   f
• L’épaisseur de la peau diminue avec la racine carrée de la fréquence
 
• L’augmentation de R en fonction de la fréquence
dépend du rapport d/
(pour une section circulaire : A = ·d2/4)
 ~
– la relation approximative est la suivante
si d/ < 2 :
R( f )  RDC
si d/ compris entre 2 et 4 :
si d/ compris entre 4 et 10 :
si d/ > 10 :

  0   f
R( f )  RDC 
d
4 
  d 4 
R( f )  RDC  1  
 
  5,3    
d 

R( f )  RDC  0,25 
4   

Evolution de la résistance d'un conducteur cylindrique en fonction de la fréquence
40
35
30
Cu
Alu
25
R (Ohms)
Fer
20
15
10
5
0
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
f (Hz)
1,E+05
1,E+06
Impédance d’un conducteur Zconduc  R + j L w
– Lois empiriques des conducteurs classiques avec F en MHz
• plan de cuivre d ’épaisseur e en mm
RBF()=17,2/e
ZHF()=370F
• fil cylindrique de diamètre d en mm et de longueur L en m
RBF (m) = 22 L/d²
s
ZHF () = 1,25 L [Ln(L/d) + 0,64] F
Avec L=0,4ln(2s/d) H/m (s<2L)
L=0,2ln(4L/d) H/m (s>2L)
• piste de cuivre de 35µm d ’épaisseur, de longueur L en mm et de
largeur W en mm
RBF (m) = 0,5 L/W
ZHF () = 1,25 L [Ln(L/W) + 1,2 + 0,22W/L] F
(piste 1mm de largeur, L1H/m)
Impédance d'un plan métallique carré en Cuivre
1, E+0 1
1, E+0 2
1, E+0 3
1, E+0 4
1, E+0 5
1, E+0 6
1, E+0 7
1, E+0 8
1, E+0 9
10 0
10
e=35um
1
0 ,1
e=1mm
0 ,0 1
0 ,0 0 1
Z (mOhms)
f (Hz)
Impédance de pistes de Cu de 10 cm (e=35um)
f (Hz)
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
100
10
1
W=1mm
W=10mm
0,1
0,01
0,001
Z (Ohms)
1,E+03
Impédance fil cuivre de 1m
f (Hz)
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
10000
1000
100
=0,8 mm
=6,5 mm
10
1
0,1
0,01
0,001
Z (Ohms)
1,E+03
Exercice 1
ZHF () = 1,25 L [Ln(L/W) + 1,2 + 0,22W/L] F
Quelle est la différence de potentiel entre les 2 points distants de 10 cm d’une piste de circuit imprimé
de 1 mm de large parcourue par un courant de 1 A à la fréquence de 10 MHz?
Exercice 2
Sur une carte simple couche, la distribution des tensions et masses est faite par des pistes de 1mm
de large. Un des boîtiers comporte 4 portes HCMOS synchrones de l’horloge. Au moment des
commutations logiques, le courant transitoire est de 12 mA par porte, avec un temps de montée de
3,5 ns. Si aucune précaution n’est prise, quelle est la tension parasite sur une piste 0V (largeur
1mm, longueur 100mm) lorsque ce courant retourne à la source de tension 5V? (L1H/m)
Exercice 3
Pour mesurer la température d’un corps, on utilise un capteur qui transforme la différence de
température en une tension électromotrice. La sensibilité du capteur, dans le domaine de travail,
est de 100 V/°C. Le signal issu de ce capteur est amplifié par un ampli non inverseur qui absorbe
de la source d’alimentation un courant de 5mA.
+12
Que se passe t’il si la masse est connectée au point A? (rAB=0,1)
+
Quelle est l’erreur faite sur la mesure
capteur
R
R
i
A
B
Couplage par Capacité « effet de main »
Ct : capacité totale de la carte /masse
Ct = Ci + Cp avec Ci = 35 D et Cp = 9 S/H
Ci: capacité intrinsèque en pf (D : diamètre du disque ou diagonale de la carte en m)
Cp : capacité plane en pF
Cv=Ct.
 : pourcentage de perturbation reçue par la piste victime considérée
En cas de variation de la ddp entre la carte et son environnement (la masse), une
piste victime reçoit directement un courant
I=2.f.Cv.U
Couplage inductif - Couplage Champ à boucle
En général, la boucle étant fixe, la variation du flux est produite par
une variation du champ magnétique, donc par une variation d’un
courant perturbateur ip
• Réduction du couplage
– action sur la victime
• réduire S ou S apparente
• limiter les boucles en rapprochant les conducteurs
aller et retour et les câbles de masse
• réorienter les câbles par rapport au champ
– action sur la source• réduire dB/dt
– action sur le couplage
• séparer les fils coupables et victimes
• écran magnétique
• blinder les équipements sensibles
• filtrer les perturbations
Étude de la propagation sur les lignes de transmission
Équations de propagation
 V(z)Lz I(z) V(z)dV

t

I(z)Cz (V(z)dV) I(z)dI

t
 V L I
t
 z

I C V
t
z
²V LC ²V 0
t²
 z²

 ²I LC ²I 0
t²
 z²
Étude en régime sinusoïdal
 V jLwI
 z

I jCwV
 z
Solution des équations
Relation :
²V w²LCV 0
 z²

 ²I w²LCI 0
 z²
V(z) Ae jz Be jz

avec  w LC

 I(z)Ce jz De jz
A B  L Zc Im pédance caractéristique
C D C
 V(z) Ae jz Be jz

avec  w LC w  2 et Zc L

v 
C
I(z) A e jz  B e jz
Zc
Zc

Impédance d ’entrée d ’une ligne fermée par Zl
I(o)
I(l)
V(0)
Zl
V(l)
0
V(0)
Zl jZctan( l)
Ze
Zc
I(0)
Zc jZltan( l)
Im[Zecc]
l
z
Im[Zeco]
/4
/2
3/4
l
/4
3/4
l
Coefficient de réflexion - TOS

 jz
jz
 jz
V
(
z
)

Ae

Be

Vi
(
z
)

Vr
(
z
)

Ae
(1  ( z ))




A  jz B jz
A  jz
I ( z )  Zc e  Zc e  Ii ( z )  Ir ( z )  Zc e (1  ( z ))

Vr ( z ) B 2 jz 
 e 
Vi( z ) A

Z ( z )  Zc


(
z
)


Z ( z )  Zc

V ( z)

Z ( z) 

I ( z)
( z ) 
V max 1  
TOS 

V min 1  
Couplage par diaphonie inductive
V
i1
i2
V  L2
di2
di
M 1
dt
dt
• Réduction du couplage
- action sur la victime
• réduire S de la boucle victime en plaçant le fil retour
proche du fil aller • blinder le fil victime
– action sur la source
• réduire di/dt (ferrites sur câbles sensibles) blinder le
câble perturbateur
- action sur le couplage
• séparer les fils coupables et victimes • croiser les fils •
installer des écrans
Couplage par diaphonie capacitive
effet d ’une tension variable entre un
conducteur et son voisin quand deux
conducteurs sont parallèles sur une
longueur importante
• Réduction du couplage
– action sur la victime
• choisir les diélectriques d’enrobage des fils pour diminuer r, C
– action sur la source
• réduire dV/dt dans la paire coupable
– action sur le couplage
• séparer les fils coupables et victimes • croiser les fils • blinder les câbles
C12
Rg1
C1
V1
Rc1
C2
Rg2 Rc2
Vp2
eg1
C12
Rg1
V1
eg1
Rc2/2 Vp2
Tension parasite
4 premiers conducteurs
utilisés
2 premiers et 2 derniers
conducteurs utilisés
500
800
400
600
300
400
200
200
Vout, mV
Vout, mV
100
0
0
-100
-200
-200
-400
-300
-600
-400
-500
-800
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
time, usec
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
time, usec
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
Perturbation d’un signal de 50KHZ par horloge 1MHz, amplitude 5V
1.0
0.8
0.6
0.4
Vv, V
Vout, V
0.2
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
600
602
604
606
608
610
612
614
616
time, usec
618
620
622
624
626
628
630
C12
Us
C2
C1b
C1
Rc1
Rg2 Rc2
Vp2
C2b
Rb/2
Rg2 Rc2
V2bm
Rg2
C2b
Rb/2
Vmc
Rb/2
Rc2
V2md
Le raccordement des blindages
Blindage raccordé d'un seul côté :
•Inefficace en HF pour couplage inductif
•Efficace en BF pour couplage capacitif,
peu en HF
Blindage raccordé des deux côtés :
•Efficace en HF pour couplage inductif
•Inefficace pour couplage capacitif si reseau
de masse non equipotentiel
Solution privilégiée tout de
même
Paradiaphonie - Télédiaphonie
Courant perturbateur
Is
Couplage capacitif
Vcp
Rc
télédiaphonie
Courant perturbateur
Couplage inductif
Rg
l
2.5
eg
2.0
paradiaphonie
1.5
1.0
TELE
PARA, V
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
0
50
100
150
200
250
300
time, nsec
350
400
450
500
550
600
Champ Electrique - Champ Magnétique
Cas statique - grandeurs constantes

E
r
-q

dl
+q
F


q2 
F  k 2 u  qE
r
E (V / m)
Permittivité du vide

r
.
P 
dB
2
k  8.99  109 Nm2
C
1

,
4 o
où  o  8.85  10 12
I
 
C2 F
Nm2 m

  o I dl  u
dB 
4 r 2
µo = perméabilité
magnétique du vide
=410-7
= 1.256 10-6 H/m
B=H H(A/m)
Champ Magnétique
Le champ magnétique B produit par un courant I circulant dans un conducteur rectiligne de longueur
infinie, à une distance d du conducteur, vaut, d’après la loi d’Ampère:
B
B
d
I
Où o est la perméabilité magnétique du vide
0  r I
2 d
0  4 10 7
Et r est la perméabilité relative du matériau par rapport au vide
T
N
 A 2 
r vaut 1 pour l’air et la plupart des matériaux
r vaut 98 pour l’acier
r vaut 30 000 pour le Mumétal (74% nickel, 20% fer, 5% Cuivre, 1% chrome)
r vaut 10 … 100’000 pour les matériaux ferromagnétiques, le nickel et quelques autres
Champ Electromagnétique


div E 
Maxwell-Gauss
0

div B  0
Equation du flux magnétique



B
rot E  
t





E

rot B   0 
 j   0 t 


Maxwell-Faraday
Maxwell-Ampère
Couplage des champs électrique et magnétique:
Ilustration:
E

dl

j
Variation de

r
P
H

 

E 
Direction   B  o  j   o 
t 

propagation
Variation de
I

B
Variation de

E
Equation de conservation de la charge

 ( M , t )
div ( j ( M , t ))  
t

 

E 

  B  o  j   o
t 


 
B
 E  
t
Equation de propagation dans un milieu parfait (1)

 
B
D’après les équations de Maxwell : rot E  
t

 



Dans un milieu parfait : D   E ; B   H et j   E

Or B n’est donné que par son rotationnel. On utilise la relation :



rot (rot ( E))  grad (div( E))  E 




2


 (E )  (E ) 
 rot ( B)
 rot ( H )

grad (div ( E ))  E  

   

2
t
t
t 
 t


2

 E
E 1
 E   2  
 grad (  )
t
t 


2

E
 E
  2  0
Si le milieu n’est pas chargé :   0  E  
t
t




Equation de propagation dans un milieu parfait (2)

 
 D
D’après les équations de Maxwell : rot H  j 
t

 



Dans un milieu parfait : D   E ; B   H et j   E






rot (rot ( H ))  grad (div ( H ))  H 

B


B




   ro t ( D )
grad (div ( ))    ro t ( j ) 


t




 ro t ( E )
 B   rot ( E )  
t


2

 B
B
 B   2  
t
t


Cas d ’un milieu parfait, isolant et non chargé
  0 et   0

2

 E
E   2  0
t

2

 B
B   2  0
t
Cette équation vérifiée à la fois par :
le champ électrique
et
le champ magnétique
est appelée
Equation de d’Alembert
Cas des ondes progressives harmoniques





~

~
E (M , t )  E0 exp j wt  k .r   0  E0u exp j wt  k .r
~
E0  E0exp(j  0 )
: amplitude complexe
~
~
E ( M , t )  E0u exp j wt  (k x x  k y y  k z z ) 



Propriétés du champ EM
x
M
E
v
n
r
B
0
z
Longueur d ’onde (m)=v/f
y
E=Z.H (Z: impédance d ’onde )
Zo=377  impédance du vide
 v c 1 3.E8(m/s)
f
oo
PROPAGATION DANS LES CONDUCTEURS
OU DIELECTRIQUES A PERTES

  B
rot (E) jwB
t 





rot (H) J  D E  jwE
t
e

 
2
E  (w   jw )E  0
Solution :


avec  u ²w² jw (  j)²

jwt .r
Milieux très bons conducteurs:
  jw
2


w

z /
EE0e e
2
(1  j ) 
j(wt z /)
1

(1  j )
Champ rayonné par un fil court rectiligne

 
B  rot ( A)



A
E   gradV 
t

V
div ( A)   0 0
0
t
V (r ) 
1
40


A(r )  0
4

 (r ' )e jk r r '
r  r'
dv

jk r  r '
J ( r ' )e
 r  r ' dv
Ip = EL²/100 en BF
Ip = E/240 en HF
Idl
1
1

2
 jkr
Er

2
Zok
cos

(

j
)
e

4
k 2r 2
k 3r 3


 
Idl
1
1
1
E   E 
Zok 2 sin  ( j  2 2  j 3 3 )e  jkr
4
kr k r
k r



 E  0


 Hr  0

 
H   H  0


Idl 2
1
1

 jkr
H


k
sin

(
j

)
e

4
kr k 2 r 2
Donnez l’expression des champs en zone proche et en champ lointain
Donnez dans chaque cas l’expression du module de E et H (=90°)
Champ rayonné par un fil de longueur l
En supposant une variation sinusoïdale du courant sur la longueur du fil:
I ( z)  Î sin k (l / 2  z )
Déterminez le champ électrique rayonné à grande distance.
M
z = l/2
'
Mettre E sous la forme :
dl
Zo.Î  jkr
E  j
e .F ( )
2. .r
avec
l
l
cos( k cos  )  cos( k )
2
2
F ( ) 
sin 

z=0
z = -l/2
r'
r
Champ rayonné par une boucle
z

M
y
x

IS cos 
 jkr


Hr 
1

jkr
e
2r 3
IS sin 
 jkr


H 
1

jkr

k
²
r
²
e
4r 3
jwIS sin 
 jkr


E 
1

jkr
e
4r 2
Donnez l’expression des champs en zone proche et en champ lointain
Donnez dans chaque cas l’expression du module de H et E (=90°)
Action de l’onde EM sur une boucle fermée
x
E
A/2
B
l
z
-A/2
Une onde électromagnétique se propage suivant l’axe Oz.
*Calculez la fem induite sur la boucle en fonction de l’amplitude
du champ electrique excitateur E
*Représentez l’amplitude de la tension induite en fonction du
rapport l/
l
e  2 AEm sin(

)
Champ rayonné par une antenne
d
d
Antenne isotrope
Antenne de gain G=dP/dPiso
Densité de P rayonnée
dPiso=P/4d²
Densité de P rayonnée
dP=E²/Zo
Champ rayonné par l’antenne E (V / m)  1
d
30 PG
Exemple :
Emetteur FM, puissance sortie 5 KW, Gain antenne =6 ( soit 8dB) , f=100MHz,à 100m, E= 9,5 V/m
Téléchargement