Essais champs forts sur les systèmes : de l’antenne à la VIRC par Geneviève Deville 22/03/2006 Air Systems Division

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 mode Mode tuning Mode Steering VIRC Application : les essais champs forts sur des systèmes de grandes dimensions Air Systems Division

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 Division

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 CEI 61000-2-9 MIL STD 461 RS 105 CEI 6100-4-20 CEI 6100-4-25 HIRF Emetteurs intentionnels CW, Modulé RTCA/DO160 sec 20 CEI 61000-4-3 Armes hyper HPM UWB hostile Pr NF EN 61000-2-13 Air Systems Division

Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464 Air Systems Division

Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC Exemple d’environnement champs forts : Environnement Électromagnétique (EME) défini par la MIL STD 464 Air Systems Division

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 Division

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Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC équipement antenne Mesureur de champ Essai RS 103 de la MIL STD 461 E sur une baie Air Systems Division

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 Division

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 Division

Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC Montage d’essai de la MIL STD 461 E (RS 105) Air Systems Division

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 Division

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 Division

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 Division

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 Division

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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 Division

Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC Chambre réverbérante à brassage de modes : Avec l’aimable autorisation du GERAC Air Systems Division

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 Division

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 Division

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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 Division

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 Division

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 Division

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 Division

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 Division

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 Division

Essais champs forts : de l’antenne à la VIRC Utilisation de la VIRC appliquée à une antenne de grandes dimensions : M2 M4 Moteurs M1 M3 5,6 m 4,1m Récepteur Générateur VIRC 4 m Banc de test antenne 4 m Antenne Alimentation Refroidissement 4,3 m 6 m Essai in situ avec une VIRC Air Systems Division

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 Division

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 Air Systems Division