compatibilite électromagnétique

COMPATIBILITE ÉLECTROMAGNÉTIQUE
INTRODUCTION
Jean-Charles Bolomey
[email protected]
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SOMMAIRE
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1. INTRODUCTION A LA CEM
2. COUPLAGE DES STRUCTURES FILAIRES
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RAPPELS SUR LES LIGNES
LIGNES COUPLEES JUXTAPOSEES
LIGNES COUPLEES EMBOITEES
LIGNES COUPLEES A UNE ONDE PLANE
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3. RAPPELS SUR LE RAYONNEMENT
– SOURCES ELEMENTAIRES ELECTRIQUES ET MAGNETIQUES
– CHAMP PROCHE ET CHAMP LOINTAIN
– PARASITES RAYONNES
– EXPOSITION DES PERSONNES
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4. BLINDAGES
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–
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–
•
5. TESTS
–
–
–
•
EFFICACITE DE BLINDAGE
RAPPELS SUR L’EFFET DE PEAU
ECRAN PLAN, MODELE DE LIGNE
SCHEMA EQUIVALENT BASSE FREQUENCE
MODELE DE CAVITE
MODELE D’ANTENNE, SECTION EFFICACE DE COUPLAGE
ASPECTS NORMATIFS (EMISSION, IMMUNITE)
MOYENS DE MESURE
• SIMULATION D’ONDE PLANE
• SIMULATION D’ONDE STATISTIQUEMENT ISOTROPE
• MESURE DE DAS
CAPTEURS
6. CONCLUSIONS
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INTRODUCTION A LA CEM
Quelques tendances générales
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•
ACCROISSEMENT DE LA POLLUTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE EN
RAISON DU DÉVELOPPEMENT DES LIAISONS ‘SANS FIL’
(TELEPHONES PORTABLES, RESEAUX LOCAUX SANS FIL, ETC…)
INTÉGRATION CROISSANTE DE L’ÉLECTRONIQUE DANS LES
ÉQUIPEMENTS PROFESSIONNELS ET ‘GRAND PUBLIC’
(AÉRONAUTIQUE, AUTOMOBILE, ÉLECTROMÉNAGER, ETC…)
ÉVOLUTION DE LA TECHNOLOGIE DES COMPOSANTS
(MINIATURISATION + RAPIDITÉ = VULNÉRABILITÉ ACCRUE)
ÉVOLUTION DES MATÉRIAUX
(REMPLACEMENT DU MÉTAL PAR DES COMPOSITES MOINS
‘ÉTANCHES’ VIS-A-VIS DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES)
NOUVELLES MENACES D’AGRESSIONS ÉLECTROMAGNÉTIQUES
(IEM, MFP, ULB, ETC…)
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PROBLÉMATIQUE DE LA CEM
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DEUX OBJECTIFS:
– RÉDUCTION DES ÉMISSIONS PARASITES SUSCEPTIBLES DE POLLUER
L’ENVIRONNEMENT (ÉMISSION)
– PROTECTION DES ÉQUIPEMENTS VIS-A-VIS DE LA POLLUTION
ÉLECTROMAGNÉTIQUE AMBIANTE (IMMUNITÉ)
•
DEUX MOYENS D’ACTION:
– L’ALLOCATION ET LA PLANIFICATION DES FRÉQUENCES (CCIR)
– LA NORMALISATION (CEI, CENELEC, UTE…)
• NORMES SPÉCIFIQUES (SELON PRODUIT)
• NORMES GÉNÉRIQUES (SELON ENVIRONNEMENT)
• NORMES GÉNÉRIQUES (RÈGLES GÉNÉRALES, TERMINOLOGIE, MOYENS
D’ESSAIS…)
•
OBJECTIFS CONSTRUCTEURS:
– VÉRIFICATION DES NORMES
– SATISFACTION DES CLIENTS
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CLASSEMENT DES INTERACTIONS AVEC DES ONDES
ÉLECTROMAGNÉTIQUES
Rôle déterminant du rapport dimension à longueur d’onde
SOURCE
LONGUEUR D’ONDE
λ
D/λ
APPROXIMATION
CONCEPTS DE
BASE
METHODES ET OUTILS
<<1
QUASI-STATIQUE
V,I,Z
CIRCUITS
EQUIVALENTS
ELECTRO/MAGNETOSTATIQUE,
ELECTROCINETIQUE
#1
NEANT
(DOMAINE DE
RESONANCE)
CHAMP
ELECTROMAGNETIQUE
E,D,B,H
EQUATIONS DE
MAXWELL +
ORDINATEURS,
MESURES
>>1
QUASI-OPTIQUE
RAYONS
ONDES
OPTIQUE GEOMETRIQUE,
THEORIE GEOMETRIQUE
DE LA DIFFRACTION,
OPTIQUE PHYSIQUE
STRUCTURE
DIMENSION D
5
DIMENSIONS ET LONGUEURS D’ONDES EN CEM
STRUCTURE
Composant
Circuit
Rack, baie
Véhicule
Aéronef
Bâtiment
…
Terre
D
< mm
cm
dm
m
qq 10 m
qq 10 m
12.800 km
RAYONNEMENT
Secteur (50 Hz)
Audio (…10 kHz)
Radio GO ‘100 kHz)
Radio FM (100 MHz)
Foudre (…100 MHz)
TV terrestre
TV satellite
Radar (1-10 GHz)
Four microonde (2,45 GHz)
Telephone cellulaire (GSM)
λ
6.000 km
30 km
3 km
3m
3m
#1m
# 3 cm
30-3 cm
12 cm
# 30 cm
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ACTION SUR LES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES
•
•
PLUSIEURS EFFETS POSSIBLES, DE LA PERTURBATION MOMENTANEE ET
REVERSIBLE (UPSET) A LA DESTRUCTION PHYSIQUE (BURNOUT)
DIFFERENTS SEUILS
–
–
SEUILS EN SIGNAL CRETE (CLAQUAGE)
SEUIL ENERGETIQUE E=P∆t
∆t<1µs
COMPOSANTS
SEUIL ENEGETIQUE DE
DESTRUCTION (mJ)
Diodes micro-ondes
Circuits intégrés CMOS
Transistors faible puissance
Diodes de commutation
Diodes Zener
Relais
Résistance carbone (0,25 W)
Tube électronique
10-4 A 10-3
10-3 A 10-2
10-3 A 10-1
10-2 A 10-1
10-1 A 1
1 A 100
10
10.000 A 100.000
7
ÉVOLUTION DE LA SENSIBILITÉ
EN FONCTION DE LA TECHNOLOGIE
10.000
1.000
SYSTEME MULTIBOITIERS
COMPOSANTS DISCRETS
CABLAGE DISCRET
100
SYSTEME MULTIBOITIERS
CIRCUITS IMPRIMES
CMOS BIPOLAIRE 28V
CARTES ELECTRONIQUES
TECHNO COUCHE EPAISSE
CMOS BIPOLAIRE 10V
10
CIRCUITS INTEGRES 2D
CIRCUITS HYBRIDES
CMOS5V
MODULES MULTICOUCHES 3D
FAIBLE CONSOMMATION 3,3V
1
FONCTIONS INTEGREEES ASIC
TRES FAIBLE CONSOMMATION 1,5V
0,1
0,01
1975
1980
1985
1990
1995
2000
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QUELQUES NORMES…
EXPOSITION DES EQUIPEMENTS ELECTRONIQUES
AUX CHAMPS ELECTROMAGNETIQUES (80MHz - 2 GHz)
3V/m équipements grand public, 10V/m équipements industriels
RAYONNEMENT PARASITE DES EQUIPEMENTS ELECTRONIQUES
CHAMP RAYONNE A 10 m, MESURE SUR SITE OUVERT
CLASSE B
30MHz-230MHz: 30 dBµV/m
230MHz-1000MHz: 37 dBµV/m
CLASSE A (éqts professionnels)
CLASSE B + 10 dB
EXPOSITION DES PERSONNES AU RAYONNEMENT DES
TELEPHONES PORTABLES
Débit d’Absorption Spécifique (DAS):
Europe: 2 W/Kg, dans 10g de tissu biologique
USA: 1,6 W/Kg, dans 1g de tissu biologique
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EXEMPLES DE NORMES
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IMMUNITE: NORMES CEI
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–
–
–
–
–
•
CEI 61000-4-2DECHARGES ELECTROSTATIQUES
CEI 61000-4-3CHAMPS ELECTROMAGNETIQUES RF RAYONNES
CEI 61000-4-4TRANSITIONS RAPIDES
CEI 61000-4-5SURTENSIONS (FOUDRE)
CEI 61000-4-6CONDUCTION RF
EN 50-360, 50-361 EXPOSITION DES TELEPHONES PORTABLES
RECOMMANDATION EUROPEENNE: DAS ET NIVEAUX DE REFERENCE
EMISSION
–
–
–
NF EN 55022 APPAREILS DE TRAITEMENT DE L’INFORMATION
NF EN 55011 ISM
NF EN 55013 RECEPTEURS DE RADIODIFFUSION
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CLASSIFICATION DES PERTURBATIONS
Perturbations conduites et perturbations rayonnées,
dans la bande (in-band) et hors-bande (out-of-band)
PERTURBATIONS RAYONNEES
(COUPLAGE INDIRECT)
BLINDAGE
FILTRE
PERTURBATIONS CONDUITES
(COUPLAGE DIRECT)
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SCENARIO CEM AVEC PERTURBATIONS
CONDUITES ET RAYONNÉES
LIGNES AÉRIENNES
LIGNES ENTERRÉES
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DIFFÉRENTES SOURCES DE BRUIT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
•
BRUITS NATURELS
–
–
–
•
BRUITS ARTIFICIELS INTENTIONNELS
–
–
•
BRUIT ATMOSPHERIQUE
BRUIT GALACTIQUE
BRUIT THERMIQUE
EMISSIONS RADIOELECTRIQUES
(RADIO, TV, TELEPHONIE, RESEAUX LOCAUX, RADAR, ETC…)
MENACES ELECTROMAGNETIQUES
(IEM, MFP, ULB)
BRUITS ARTIFICIELS NON-INTENTIONNELS
–
–
–
–
–
–
–
–
–
INSTRUMENTS ISM
ALIMENTATIONS A DECOUPAGE
APPAREILS DE TRAITEMENT DE L’INFORMATION
OSCILLATEURS LOCAUX DE RECEPTEURS
COLLECTEURS DES MOTEURS ELECTRIQUES
ALLUMAGE DES MOTEURS A EXPLOSION
TUBES FLUORESCENTS
ENSEIGNES LUMINEUSES
FLASH ELECTRONIQUE
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EXEMPLES D’ÉMISSIONS NON INTENTIONNELLES
RAYONNEMENT DE FUITE A 1 m D’UN
FOUR MICRO-ONDE CHARGE PAR
1 LITRE D’EAU)
RAYONNEMENT A 1 m D’UN MICROORDINATEUR EQUIPE D’UN PROCESSEUR
PENTIUM 90
RAYONNEMENT D’UN RADAR
DE 2MW A 10 km, EN VISIBILITE
CHAMPS ELECTRIQUES EN dBµV/m
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DIFFÉRENTES SOURCES DE BRUIT ÉLECTROMAGNÉTIQUE
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OBJECTIFS DU COURS
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•
PRESENTER LA PROBLEMATIQUE CEM SOUS SES DIFFERENTES
FORMES
SE CONCENTRER SUR LES ASPECTS RAYONNES
FOURNIR LES COMPLEMENTS D’ELECTROMAGNETISME
PERMETTANT UNE MEILLEURE COMPREHENSION DE CES
ASPECTS
ANALYSER LA PHYSIQUE DES MECANISMES DE COUPLAGE ET
QUANTIFIER LEURS EFFETS A PARTIR DE CONFIGURATIONS
CANONIQUES ACCESSIBLES A UN CALCUL ‘SIMPLE’
PRESENTER LES METHODOLOGIES UTILISEES DANS L’INDUSTRIE
– SIMULATION NUMERIQUE
– METHODES EXPERIMENTALES
•
PREREQUIS SOUHAITABLES:
– LIGNES DE TRANSMISSION
– ANTENNES, PROPAGATION EN ESPACE LIBRE
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